CN104181445A - 一种换流变双边加压局放试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流变双边加压局放试验装置及其试验方法，由P1变频电源、T1励磁变压器、T2励磁变压器、L1补偿电抗器、L2补偿电抗器、C1-C6电容分压器、局放检测仪、Em接地端子排、CT1-CT4电流互感器组成。本发明首次提出了一种换流变双边加压局放试验法，建立了换流变双边加压局放试验接线方法和试验流程，与传统局放方法对比，大大提高了试验效果和效率，经过试验验证，本发明具有推广价值，为电力系统探索变压器局放试验方法提供了宝贵的指导和借鉴经验。

Description

一种换流变双边加压局放试验装置及其试验方法

技术领域

本发明属于电学领域，尤其涉及在高压、特高压领域，进行换流变压器双边加压局部放电的一种装置及其试验方法。

背景技术

换流变压器是直流输电工程中不可或缺的设备，其运行状态直接影响直流系统的安全稳定。它除了具有常规交流变压器的作用外，还与换流阀一起实现交流电和直流电之间的相互变换，并将直流系统和交流系统相互隔离，其阻抗还可以起到限制阀臂短路和直流母线上短路故障电流的作用，使换流阀免遭损坏。

局部放电是指导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生。在强电场中，变压器内部绝缘中存在的弱点或生产过程中造成的缺陷会引起局部放电，这种放电的能量很小，它的短时存在并不影响电气设备的绝缘强度，但介质一旦发生局部放电，这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致绝缘击穿。长时感应电压带局部放电测量试验能有效地发现绝缘内部的固有缺陷或者是由雷电冲击或操作波冲击试验所造成的局部隐患，以便消除这些缺陷，防止局部放电对绝缘造成破坏。因此要保证设备长期运行的可靠性，局部放电试验是必不可少的。国内外学者对变压器的局部放电方法进行了很多研究，目前一般采用单边加压的方法，由于加压端对地电位高，电压越高、自身带入回路的局放量就增大，对试验设备危害也越大，严重时直接威胁试验技术人员的生命安全。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供的一种换流变双边加压局放试验装置及其试验方法，由P1变频电源、T1励磁变压器、T2励磁变压器、L1补偿电抗器、L2补偿电抗器、C1-C6电容分压器、局放检测仪、Em接地端子排、CT1-CT4电流互感器组成；

其中，P1变频电源低压侧接主电网380V动力电源，其高压侧连接T1励磁变压器和T2励磁变压器低压侧；T1励磁变压器高压侧极性端接换流变压器阀侧绕组C、T2励磁变压器高压侧极性端接换流变压器阀侧绕组D；T1励磁变压器和T2励磁变压器高压侧非极性端接地；电容分压器C3、C4串联，首端接换流变压器网侧绕组A、尾端接地；电容分压器C1、C2串联，首端经CT3后接C、尾端接Em接地端子排；电容分压器C5、C6串联，首端经CT4后接D、尾端接Em接地端子排；L1补偿电抗器首端经CT3后接C、尾端经CT1后接Em接地端子排；L2补偿电抗器首端经CT4后接D、尾端经CT2后接Em接地端子排；换流变压器网侧绕组B点接地。

采用上述装置，可以使T1励磁变压器和T2励磁变压器输出相位相差180度，保证对称加压试验时，阀侧绕组可承受试验电压不出现击穿和损坏的情况。试验方法按以下7个步骤进行：

步骤1：从零开始升压，电压上升到保持5min，并记录局部放电测量，其中Um为设备最高运行线电压；

步骤2：电压上升到保持5min，并记录局部放电测量；

步骤3：电压上升到当试验电压频率等于或小于两倍额定频率时，试验持续时间应为60s，当试验频率超过两倍额定频率时，试验持续应为t＝额定频率f_N/试验频率f_S×120S，且不小于15秒，并记录局部放电测量。试验时，试验频率为250Hz，持续时间为24s；

步骤4：试验后立即将电压降至U₂，保持60min，期间连续测量局部放电，并每隔5min记录局部放电测量；

步骤5：将电压降至保持5min，并记录局部放电测量；

步骤6：试验完毕，降压至零，并关闭电源；

步骤7：试验电压不产生突然下降；在线端电压为时，局部放电量的连续水平不应大于100pC；在线端电压为时，局部放电量的连续水平不应大于300pC，局部放电不呈现持续增长的趋势，偶然出现的较高幅值脉冲可以忽略不计；在线端电压为时，局部放电量的连续水平不应大于550pC；局放试验后的油色谱分析结果要求合格，并与局放试验前的分析结果无明显差异；如果满足本要求，判断合格。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：首次提出了一种换流变双边加压局放试验法，建立了换流变双边加压局放试验接线方法和试验流程，与传统局放方法对比，大大提高了试验效果和效率，经过试验验证，本发明具有推广价值，为电力系统探索变压器局放试验方法提供了宝贵的指导和借鉴经验。另外，本发明改变了落后、陈旧的局放试验模式，降低了电力系统的试验成本，节约了试验的人力和物力。

附图说明

图1是本发明的接线示意图；

图2是本发明试验加压程序流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种换流变双边加压局放试验装置及其试验方法，由P1变频电源、T1励磁变压器、T2励磁变压器、L1补偿电抗器、L2补偿电抗器、C1-C6电容分压器、局放检测仪、Em接地端子排、CT1-CT4电流互感器组成；

其中，P1变频电源低压侧接主电网380V动力电源，高压侧连接T1励磁变压器和T2励磁变压器低压侧；T1励磁变压器高压侧极性端接C(换流变压器阀侧绕组)、T2励磁变压器高压侧极性端接D(换流变压器阀侧绕组)；T1励磁变压器和T2励磁变压器高压侧非极性端接地；电容分压器C3、C4串联，首端接A(换流变压器网侧绕组)、尾端接地；电容分压器C1、C2串联，首端经CT3后接C、尾端接Em接地端子排；电容分压器C5、C6串联，首端经CT4后接D、尾端接Em接地端子排；L1补偿电抗器首端经CT3后接C、尾端经CT1后接Em接地端子排；L2补偿电抗器首端经CT4后接D、尾端经CT2后接Em接地端子排；B点(换流变压器网侧绕组)接地。

采用上述装置所具有的连接方式，可以使T1励磁变压器和T2励磁变压器输出相位相差180度，保证对称加压试验时，阀侧绕组可承受试验电压不出现击穿和损坏的情况。试验方法按照图2所示的步骤图，结合以下7个步骤进行：

步骤1：从零开始升压，电压上升到保持5min，并记录局部放电测量，其中Um为设备最高运行线电压；

步骤2：电压上升到保持5min，并记录局部放电测量；

步骤3：电压上升到当试验电压频率等于或小于两倍额定频率时，试验持续时间应为60s，当试验频率超过两倍额定频率时，试验持续应为t＝额定频率f_N/试验频率f_S×120S，且不小于15秒，并记录局部放电测量。试验时，试验频率为250Hz，持续时间为24s；

步骤4：试验后立即将电压降至U₂，保持60min，期间连续测量局部放电，并每隔5min记录局部放电测量；

步骤5：将电压降至保持5min，并记录局部放电测量；

步骤6：试验完毕，降压至零，并关闭电源；

步骤7：试验电压不产生突然下降；在线端电压为时，局部放电量的连续水平不应大于100pC；在线端电压为时，局部放电量的连续水平不应大于300pC，局部放电不呈现持续增长的趋势，偶然出现的较高幅值脉冲可以忽略不计；在线端电压为时，局部放电量的连续水平不应大于550pC；局放试验后的油色谱分析结果要求合格，并与局放试验前的分析结果无明显差异；如果满足本要求，判断合格。

完整试验过程应注意的事项如下：

1.试验前，被试换流变压器的网侧与阀侧套管、励磁变压器中、高压侧套管及补偿电抗器必须加装与其电压等级对应的均压环，保证其在试验电压下无电晕；均压环和套管需用裸铜线连接起来并固定牢靠，防止悬浮电位放电。

2.试验回路中的各接地点必须可靠接地。试验中，被试变压器单独接地，两台励磁变压器单独接地，其余试验系统中的设备一点接地。为了防止周围金属物件悬浮放电对试验的影响，试验场地临近的电气设备、金属构架必须可靠接地。接地线必须采用专用接地线，或带透明护套的裸铜线。

3.由于现场试验电压较高，高压引线的需防晕，励磁变压器至补偿电抗器至被试换流变之间的连接采用直径30cm的防晕导线，确保在正常试验时不出现电晕现象。

4.检测阻抗与套管末屏的连接线应尽可能短。试验时，将检测阻抗放到换流变套管末屏附近，可以将背景局放降低到30pC以下，大大提高了可靠性。

为了验证本发明的正确性、使用性，本方案采用实施例加以说明。

被试换流变压器为特变电工生产的单相双绕组的变压器，网侧绕组为分级绝缘，阀侧绕组为全绝缘结构，额定容量为250MVA，网侧绕组额定电压为最高工作电压为阀侧绕组额定电压为170kV。

在进行局部放电测量试验时，为了降低阀侧施加电压值，将换流变的分接开关调至最大档位进行试验，即+18档，其额定电压为642.97kV，此时网侧与阀侧的电压比为局部放电试验时网侧和阀侧电压值如表1所示。

表1局放试验时各侧电压值

根据特变电工出厂试验报告数据，被试变压器网侧绕组对地电容为C_L＝12800pF，阀侧绕组对地电容为C_V＝18000pF。根据公式计算换流变压器阀侧入口电容为：

$C=\frac{1}{3}{C}_L{K}^2+\frac{1}{3}{C}_V=\frac{1}{3}\×12800\×{2.185}^2+\frac{1}{3}\×18000=26370\mathrm{pF}$

试验频率为： $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{13.2\×26.37\×{10}^{-9}}}\text{=269.76Hz,}$ 被试变压器的容性电流为I_C＝ωCU，其中C为换流变压器入口电容，U为试验电压。

计算出不同电压下被试变压器的容性电流如表2所示。

估算试验频率一个很重要的目的就是排除“假谐振点”。现场试验时，试验回路的实际谐振频率为250Hz，小于理论计算值269.76Hz，实际频率和理论频率不同的原因是参数估算误差、试验回路中的杂散电容等的影响。

试验采用对称加压方式进行，所以试验中补偿电抗器对加压测采用双边补偿的方式进行补偿，各采用一台额定容量2200kVA，额定电压110kV，额定电流20A，电感量6.6H±2％的电抗器。补偿电抗器补偿电流值为I_L＝U/ωL。

表2被试换流变压器电容电流和补偿电流

进行局部放电试验时，被试变压器在不同电压下的有功损耗计算公式如下：

P＝(k×f_N/f_S)^1.9×(f_S/f_N)^1.6×P₀

式中P₀为换流变压器的空载损耗，90.45kW；f_N为额定频率，50Hz；k为试验电压与额定电压的比值。在试验电压下，网侧电压值为217.9kV，所以k＝217.9/169.9＝1.28，此时有功损耗为：P＝(1.28×50/250)^1.9×(250/50)^1.6×90.46＝89.22kW，有功电流为：I_R＝P/U₁＝89.22/217.9＝0.41A。

在局部放电试验时，单台励磁T1和T2变容量为550kVA，高压侧额定电压220kV，额定电流2.5A，低压侧接400V绕组，额定电流1375A，变比为550。变频电源容量为750kVA，额定输出电压0～400V可调，额定输出电流1875A。在试验电压下，变压器的有功电流为0.41A，无功电流为I_X＝I_L-I_C＝10.15-9.02＝1.13A，所以励磁变压器高压侧输出电流励磁变压器低压侧输入电流和变频电源输出电流为I′_T＝1.445×550＝794A；励磁变压器低压侧输入电压

本次试验局部放电测量结果如表3所示，根据试验数据可知，结果符合规程相关规定，试验合格。局放试验后进行了油色谱分析，未发现乙炔，总烃未出现增长，可以判断换流变压器内部未出现放电，印证了本本发明的正确性和可靠性。

表3局部放电测量试验数据

Claims (2)

1.一种换流变双边加压局放试验装置，其特征在于，由P1变频电源、T1励磁变压器、T2励磁变压器、L1补偿电抗器、L2补偿电抗器、C1-C6电容分压器、局放检测仪、Em接地端子排、CT1-CT4电流互感器组成；其中：

P1变频电源低压侧接主电网380V动力电源，其高压侧连接T1励磁变压器和T2励磁变压器低压侧；T1励磁变压器高压侧极性端接换流变压器阀侧绕组C、T2励磁变压器高压侧极性端接换流变压器阀侧绕组D；T1励磁变压器和T2励磁变压器高压侧非极性端接地；电容分压器C3、C4串联，首端接换流变压器网侧绕组A、尾端接地；电容分压器C1、C2串联，首端经CT3后接C、尾端接Em接地端子排；电容分压器C5、C6串联，首端经CT4后接D、尾端接Em接地端子排；L1补偿电抗器首端经CT3后接C、尾端经CT1后接Em接地端子排；L2补偿电抗器首端经CT4后接D、尾端经CT2后接Em接地端子排；换流变压器网侧绕组B点接地。

2.一种根据权利要求1所述的一种换流变双边加压局放试验装置的试验方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

步骤1：从零开始升压，电压上升到保持5min，并记录局部放电测量，其中Um为设备最高运行线电压；

步骤2：电压上升到保持5min，并记录局部放电测量；

步骤3：电压上升到当试验电压频率等于或小于两倍额定频率时，试验持续时间应为60s，当试验频率超过两倍额定频率时，试验持续应为t＝额定频率f_N/试验频率f_S×120S，且不小于15秒，并记录局部放电测量；试验时，试验频率为250Hz，持续时间为24s；

步骤4：试验后立即将电压降至U₂，保持60min，期间连续测量局部放电，并每隔5min记录局部放电测量；

步骤5：将电压降至保持5min，并记录局部放电测量；

步骤6：试验完毕，降压至零，并关闭电源；

步骤7：试验电压不产生突然下降；在线端电压为时，局部放电量的连续水平不应大于100pC；在线端电压为时，局部放电量的连续水平不应大于300pC，局部放电不呈现持续增长的趋势，偶然出现的较高幅值脉冲可以忽略不计；在线端电压为时，局部放电量的连续水平不应大于550pC；局放试验后的油色谱分析结果要求合格，并与局放试验前的分析结果无明显差异；如果满足本步骤要求，判断合格。