110kV电力变压器交流耐压和局部放电试验的干扰消除110kV power transformer ac withstand voltage and partial discharge test interference elimination

摘要：交流耐压试验和局部放电试验是检验变压器绝缘性能的重要手段。本次试验通过带局部放电功能的车载式无局放串联谐振试验装置对电力变压器进行交流耐压和局放试验，试验过程中不可避免会产生各种各样的干扰，这些影响试验测量结果的干扰源主要来自试验的电源、试品的接地系统、外来或设备自身的电磁辐射、试验装置或设备内部各元件的放电及各类连接线与设备的接触干扰等。结合项目试验过程，详细阐述了上述干扰引发的原因。结合干扰源形成的过程，讨论了抑制干扰的多种解决方法。

Abstract: AC withstand voltage test and partial discharge test are important means to test transformer insulation performance. In this test, the AC voltage withstand test and partial discharge test of power transformer are carried out by the vehicle-mounted series resonance test device without partial discharge, these interference sources mainly come from the power supply of the test, the grounding system of the test sample, the electromagnetic radiation of the external or the equipment itself, the discharge of the components in the test device or the equipment, and the contact interference between the connecting wires and the equipment. Combined with the project test process, the causes of the above-mentioned interference are described in detail. Combined with the formation of interference source, several methods to suppress interference are discussed.

关键词：耐压 局部放电 干扰 电力变压器

中国分类号：TM41               文献标识码：B  

引言

 交流耐压试验是电力变压器各种试验最重要的一环，其试验的电压有高有低，容量有大有小；交接试验时局部放电试验的测量数据，可以为变压器后续的安全稳定运行提供参考，交流耐压试验因为试验电压远高于设备的额定电压，所以属于电力设备的破坏性试验，对电力设备每做一次交流耐压试验对设备都是一次损伤，所以，试验过程的升压阶段不希望突然中断试验，因此，交流耐压试验不能多次进行。

电力变压器的故障多数是由于绝缘失效造成的， 局部放电特性、参数是最能衡量变压器绝缘质量好坏的重要指标之一，突发性故障在高压变压器事故中占有相当大的比重。根据规定，变压器在交接试验、预防性试验或运行过程中发现油中含气量超标时，要做局部放电试验。

1 项目背景

 江西龙头山水电站枢纽工程位于江西省丰城市，是赣江流域梯级开发的最后一级电站，主要是以发电、航运交通、防洪灌溉、饮用供水、观光旅游等综合利用的大型水利水电工程。

龙头山水电站安装有八台单机容量为33MW的灯泡贯流式水轮发电机组和四台电压等级为220kV/10.5kV，单台容量75MVA的双圈变压器，变压器规格型号：SSP11-75000/220，额定电压：242±（2×2.5%）/10.5kV，额定频率：50HZ，冷却方式：OFWF，结线组标号：YNd11；安装有8个间隔的GIS；每两台发电机组与一台变压器联接成一段单母线，每两段单母线联接接成一个分段接线，形成两组独立的单母线，220kV母线为四进一出的单母线分段接线方式。

2电力设备交流耐压和局部放电的意义

2.1 电力设备交流耐压的意义[1-3]

电力变压器在日常运行中，其线圈、带电体对地和相互间的绝缘一直长期承受着电场、温度、机械振动的作用，绝缘材料会慢慢发生劣化，形成非金属性接地缺陷。规程规定的各种相关试验方法各有所长，各有特色，均能发现电力设备本体的一些缺陷，试验数据可以直观反映出电力设备本体的绝缘状况任何，但除交流耐压试验以外的其他试验，其试验设备输出的电压往往都远远低于电力设备的额定电压和正常运行电压值，这么低的试验电压不能真实有效地直观反应电力设备本体绝缘状况，作为设备安全运行的保证还远远不够有力，而交流耐压试验设备输出的电压值远高于电力设备的额定电压和设备的正常运行电压，试验设备输出电压值符合电力设备在运行中所承受的电气状况，同时交流耐压试验电压也一般比设备正常运行电压要高，因此交流耐压试验合格的电力设备都有较大的安全运行裕度，电力设备交流耐压试验的目的是考核电力设备的绝缘强度和绝缘性能，验证设备是否具有在电力系统可靠安全运行的必要条件。

因为交流耐压的试验设备输出电压一般都比电力设备的正常运行电压要高得多，过高的试验电压会使电力设备本体的绝缘介质发生发热、放电等现象，而且会大大加速电力设备本体绝缘缺陷的发展，因此交流耐压试验是一种设备破坏性试验，因此，我们在在进行交流耐压试验前，首先应该要对被试设备进行各种非破坏性试验，如：测量绝缘电阻、吸收比、介质损失、绝缘油试验、直流电阻、直流泄漏电流试验等，要在对各项试验结果进行综合分析后，方可进行设备的工频交流耐压试验，防止在交流耐压试验过程中使缺陷扩大，工频耐压是鉴定设备绝缘好坏有效的和直接的最有效方法，是保证设备安全运行的一个重要手段。

2.2 电力设备局部放电的意义[4-6]

电气设备正常运行或在电气设备的绝缘试验中，因电力设备本体各部位所受的电场强度是不相等的，当设备本体局部区域的电场强度达到该处电介质的击穿场强时，该区域就会产生放电现象，这种放电现象是并没有完全贯穿施加电压的两导体或者线圈之间，也就是说设备的整个绝缘并没有真正被击穿，电力设备仍然保持有绝缘的性能，这种现象就是我们所称的局部放电。局部放电分为内部局部放电和表面局部放电，发生在电力设备绝缘体内内部的局部放电称为内部局部放电；发生在电力设备绝缘体表面的局部放电称为表面局部放电，也称为电晕放电。

电力设备发生局部放电时会逐渐腐蚀、损坏设备本体的绝缘材料，随着时间的推移，会使放电区域不断扩大，最终导致电力设备的整个绝缘体全部击穿。因此要把电力设备的局部放电值限制在一定水平之内。高电压电力设备都把局部放电的测量作为检验电力设备制造和安装质量的重要指标之一，设备不但要在出厂时和安装好后的交接试验中要做局部放电试验，而且在投入运行之后还要周期性地经常进行局部放电值的测量。

3 试验过程

3.1 试验设备

因试验现场空间又狭小，传统的耐压试验装备很难满足其多样性的要求，为提高试验效率，试验选用带局部放电功能的车载式无局放串联谐振试验装置，如图1所示。

图1 车载式无局放串联谐振试验装置

3.2 试验原理

在交流耐压试验中接入局部放电测试仪，根据f=1/(2π×√LC），通过调整试验设备的输出频率，使试验设备的电感与试品电容形成谐振，然后调整调压设备的输出电压，使试验设备输出电压达到规程规范要求的交流耐压电压值和局部放电检测要求的电压值，并安全地将较小的试验电流较高的试验电压施加到试品上，从而实现对设备进行耐压试验和检测设备局部放电的目的。

局部放电试验前变压器要有效接地，交流耐压与局部放电试验可以同步进行，试验电压要从零快速升到规定值（0.8×1.3×Um），保持10秒，然后快速下降到测量电压点(1.1×Um/√3)，保持1分钟后进行测量。

耐压试验+局部放电检测接线图如下：

图2  耐压试验接线图

l-变频电源；2-励磁变压器；3-电抗器；4-电抗器；5-分压器；6-补偿电容；7-试品

3.3 试验现象

在1#主变压器的交流耐压和局部放电试验过程中，因干扰大，无法准确测量局部放电数据，见图4。

4干扰来源

电力设备交流耐压和局部放电试验时的干扰源可以分为：试验电源带来的干扰、接地系统和接地网耦合的干扰、电磁辐射造成的干扰、试验设备本身各元件的放电带来的干扰及各类设备与导线间接触不良带来的干扰。[7]第一类的干扰往往与外施试验电压的高压电压值的大小没有关系的干扰，第二类的干扰一般仅是在高压加于回路时才会产生的干扰，主要指的是排除通过传感器与局部放电信号一起进入到测试仪器和设备的干扰外的干扰，当然也包括影响测试仪器设备本身的高次谐波、载波通讯以及无线电通讯等连续周期型干扰和电力电子元器件本身动作而产生的高频涌流所引起的周期性脉冲型的干扰和高压供电线路上的电晕放电、其他电气设备本体和引线产生的局部放电火花、变压器分接开关操作动作所产生的放电、电机工作时所产生的线圈电弧放电、电气设备和导线接触不良所产生的悬浮电位放电等等随机脉冲型的干扰及设备的线圈热噪声或接地网、接地引线、接地线的噪声以及供电电源线、变压器继电保护信号线路中而耦合进入的白噪声等。主要有：

(1)来自供电电源的干扰，指只要试验设备的控制部分、调压装置与试验变压器本体等是接通了电压，但没操作升压即可能影响试验测量值的干扰。

(2)来自接地系统方面的干扰，比如接地网焊接部良、接地线连接不好、或多重多点重复接地时，或不同接地点因为存在电位差而在试验测量仪器设备上造成的读数干扰偏转。

(3)其他高电压试验项目、电力设备的电磁辐射影响而检测到的干扰，如由试验回路的外部电磁场对整组试验回路产生的电磁耦合而引起的射频干扰。

(4)邻近的高压电力设备、照明日光灯、运行中的电焊机等产生的电弧或放电火花的干扰。

(5)试验设备连接线路或试品内的引接线等接触不良引起的接触噪声。

(6)试验线路的放电。

(7)邻近的敲打、撞击声、噪音等叠加进来的干扰。

5干扰消除方法

本次交流耐压和局部放电试验所采用的试验装置和设备，均已经对可能出现的各类干扰信号采取了相应抗干扰措施，并已经在技术规范中做了明确的指出。但在实际操作和使用中往往因为种种原因，影响试验的各类干扰还会意外地频频出现，所以，只有反复实践和在不断总结试验方法、抗干扰措施、试验技术、试验经验中加深理解规程规范，才能切实把交流耐压和局部放电试验做好。以下论述为干扰消除的解决方法：

(1)现场采用屏蔽式电源隔离变压器及投入加装的低通滤波器抑制电源干扰。即试验回路接有一阻塞阻抗，即一个无局放放电的低通滤波器，以降低来自电源的干扰。

(2)有两点及以上接地点的多点接地网系统中，高频信号常常会经接地线、接地网、接地引线等耦合到我们的试验操作控制回路中而产生干扰；这种试验干扰大都与试验电压值的高低没有关系。局部放电试验的操作和控制与测试回路只能采用有且只有一点接地的方式，以消除地网中杂散电流对测试的影响；试验电源、励磁变压器和补偿电抗器外壳接地线应分别引至被试变压器油箱的接地引下线上，防止地线环流产生干扰；试验过程的接地方式如下：

①Y形接法变压器局部放电试验时，采用串联试验变压器中间接地的对称加压方式，即两台串联的试验变压器中间接地，被试变压器的低压侧要接地。

②三角接法变压器局部放电试验时，串联试验变压器的中间线圈抽头的接线柱或被试品的低压侧都要可靠接地，接地用导线要满足规范要求，三柱式铁心变压器二者同时要接地。

③有平衡线圈的接地变压器局部放电试验时，平衡线圈的引出端要短路接地，平衡线圈有三个引出端，只能一个引出端接地。

④试验时，“工作接地”与“保护接地”要分开接地，工作接地应接于380V的工作电源零线上，与保护接地分开，且接地电阻要小0.5欧姆。

⑤试验时，测试仪器均要保护接地，局部放电测试仪背景总干扰≥500PC时，要将高压套末屏外壳接地，背景总干扰降≤300PC时才能重校方波；检测阻抗应尽量靠近套管末屏。

⑥多台变压器的局放试验时，变压器间有防火隔墙的，隔墙内有钢筋且变压器套管与防火墙之间的距离如果小于4m(含4米）时，必须在防火墙上装设网格状的屏蔽金属网，金属网要可靠接地，以提高屏蔽效果，增加试验时的抗干扰能力。

(3)邻近高压带电设备、高压输电线路、无线电发射器、可控硅、电机的电刷等产生的高频信号，常常会以电磁感应或辐射的形式经对地的杂散电容、杂散电感或阻容电路而耦合到我们的试验回路中；试验时如果能将试品放置于屏蔽效果非常良好的试验室中可以消除这种干扰，当然，如果采用平衡法、对称法和模拟天线法的试验测试与控制回路，也是可以有效地抑制试验时的辐射干扰的。

(4)电晕、高压引线尖端、连接处接触不良等放电干扰是随试验电压的升高而增大的；安装高压屏蔽罩改善出线端电场分布，降低均压罩及金具表面电场强度，以消除电晕；高压引线采用无晕的导电圆管，保证各连接部位的良好接触等防晕措施可以消除这种干扰。

(5)停止试验现场周围的电气施工，特别是电焊作业，以减少试验干扰。

(6)试验的加压导线采用专门定制的6mm2的导线，保证在测量电压下不产生点晕。

(7)控制周围的电气施工作业等措施，可以降低来至周围环境的干扰。

(8)要选择合适的试验装置和设备，成套试验设备本体、耦合电容器本体、局部放电测试仪等组合成的整套试验设备或装置的局部放电水平应严格控制在一定的允许量值以下，电力系统一般要求要控制在100PC以内。

6 结论

变压器交流耐压与局部放电试验涉及到很多种接地方面的问题。但由于试验现场的环境条件、干扰源等实际情况各不相同，试验人员对接地的要求有时往往不够很注重，遗忘接地或接地不可靠或接地引线截面积不满足要求从而存在安全隐患、造成试验异常等现象时有发生，甚至有酿成惨痛教训的安全或质量事故。为保证电力系统的安全和电力设备的正常运行以及各项电气试验的正常顺利进行，在变压器的交流耐压和局部放电的试验中，必须要把设备的接地问题和接地导通性问题放在试验的首要位置并加以足够的关注和重视。

作者简介：刘永和，男，1970年7月出生，本科学历，电气高级工程师，在广东省源天工程有限公司电力试验中心工作，邮编：511340，

参考文献：

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[5]电力变压器局部放电带电检测及定位技术[J]。马洪杰,边庆华,陈文通。电气技术与经济。2021(05)

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