南方電網(wǎng)紅河供電局 余云光 岳倩倩 李茂兵 譚智斌

變壓器是電網(wǎng)的心臟，其重要性不言而喻，為保證其安全可靠運(yùn)行需定期開(kāi)展預(yù)防性試驗(yàn)，及時(shí)消除設(shè)備隱患。大型電力變壓器引線粗重，引線接線板應(yīng)力大，尤其是邊相引線曲率大，接線板應(yīng)力更大，裝拆引線難度極大，增加了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，若引線恢復(fù)不當(dāng)還會(huì)造成接頭部位發(fā)熱，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行。在此背景下，電力行業(yè)制訂了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流變電設(shè)備不拆高壓引線試驗(yàn)導(dǎo)則》[1]，各設(shè)備運(yùn)維單位在不拆引線試驗(yàn)方法上都有一定的嘗試，然而收效甚微。原因是被測(cè)繞組引線鄰近站內(nèi)帶電設(shè)備由于靜電感應(yīng)在引線上產(chǎn)生幾千甚至上萬(wàn)伏的工頻感應(yīng)電壓[2,3]，影響測(cè)試設(shè)備正常工作。

根據(jù)本單位企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》，大型電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括繞組連同套管絕緣電阻、繞組直流電阻、電容型套管介損及電容量[4]。本單位此前開(kāi)展過(guò)大型電力變壓器不拆引線試驗(yàn)方法的研究，借助于新一代介損儀變頻測(cè)試功能可有效消除工頻干擾，完成電容型套管介損及電容量的測(cè)試；但受工頻感應(yīng)電壓的影響，繞組連同套管絕緣電阻、繞組直流電阻兩個(gè)項(xiàng)目無(wú)法完成。

在某500kV變電站主變預(yù)防性試驗(yàn)工作中，在不拆引線情況下進(jìn)行繞組連同套管絕緣電阻測(cè)試時(shí)，高壓繞組由于工頻感應(yīng)電壓過(guò)大，兆歐表讀數(shù)波動(dòng)很大，無(wú)法讀數(shù)；進(jìn)行繞組直流電阻測(cè)試時(shí)直流電阻測(cè)試儀蜂鳴報(bào)警器動(dòng)作，從而不得不拆除高壓側(cè)引線方能完成試驗(yàn)工作。因此，要完全實(shí)現(xiàn)大型電力變壓器不拆引線進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，關(guān)鍵在于工頻感應(yīng)電壓下繞組連同套管絕緣電阻、繞組直流電阻試驗(yàn)方法的突破，消除工頻感應(yīng)電壓對(duì)測(cè)試設(shè)備的影響，同時(shí)不影響測(cè)試的準(zhǔn)確性。

1 工頻感應(yīng)電壓

運(yùn)行中的變電站內(nèi)設(shè)備停電檢修時(shí)，停電設(shè)備及其引線處于鄰近帶電設(shè)備的交變電場(chǎng)中，在電容耦合作用下產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為一工頻電壓，其幅值為鄰近帶電設(shè)備與其耦合產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的向量和，與停電設(shè)備及其引線與鄰近帶電設(shè)備的距離成反比，與耦合長(zhǎng)度成正比，且與停電設(shè)備及其引線與鄰近帶電設(shè)備的空間位置關(guān)系有關(guān)[5]。垂直跨越三相母線或其他三相對(duì)稱(chēng)帶電設(shè)備時(shí)，各相在停電設(shè)備上產(chǎn)生的工頻感應(yīng)電壓向量幅值相等，角度相差120度，向量和為零，感應(yīng)電壓最小；停電設(shè)備及其引線與帶電設(shè)備三相平行時(shí)工頻感應(yīng)電壓最大。

圖1為某220kV變電站#2主變高壓側(cè)引線，#2主變高壓側(cè)引線與帶電的220kV母聯(lián)212斷路器間隔D平行，其中#2主變高壓側(cè)引線A相與220kV母聯(lián)212斷路器間隔C相水平距離最近，約5米?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量#2主變高壓側(cè)引線感應(yīng)電壓，A相7090V、B相2303V、C相870V?？深A(yù)見(jiàn)在500kV變電站主變停電時(shí)，高壓側(cè)引線與500kV帶電設(shè)備平行鄰近時(shí)其感應(yīng)電壓可達(dá)上萬(wàn)伏。

2 絕緣電阻試驗(yàn)

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流變電設(shè)備不拆高壓引線試驗(yàn)導(dǎo)則》，測(cè)量繞組連同套管絕緣電阻，被試?yán)@組應(yīng)短接與地絕緣，非被試?yán)@組短接接地[1]。因此被試?yán)@組上的工頻感應(yīng)電壓不能通過(guò)繞組直接接地來(lái)消除，只能借助工頻感應(yīng)電壓抑制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1 抑制電路

圖2為本單位設(shè)計(jì)的一種工頻感應(yīng)電壓抑制電路，該電路由四級(jí)濾波電路組成，其中R1、R2、R3、R4取值為100kΩ，電容 C1、C2、C3、C4取值為0.3μF。對(duì)于工頻感應(yīng)電壓，電容的容抗為式（1），對(duì)于各級(jí)濾波電路，當(dāng)電阻與電容串聯(lián)后接在工頻電壓回路時(shí)，根據(jù)歐姆定律電容分壓比為式（2）。

圖2中I為輸入端，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)S置于S1、S2、S3、S4時(shí)，該工頻感應(yīng)電壓抑制電路的輸出端O的工頻電壓分壓比，即工頻感應(yīng)電壓抑制能力分別為0.1、0.01、0.001、0.0001。

2.2 測(cè)試電路

圖3為繞組連同套管絕緣電阻試驗(yàn)測(cè)試電路，將工頻感應(yīng)電壓抑制電路的G端接地，被試?yán)@組A、B、C、O相短接接入工頻感應(yīng)電壓抑制電路輸入端I，非被試?yán)@組短接接地。根據(jù)感應(yīng)電壓的大小選擇合適的抑制擋位，兆歐表L端接工頻感應(yīng)電壓抑制裝置輸出端O，E端接地。

以工頻感應(yīng)電壓10000V為例，選擇S3擋即可將O端感應(yīng)電壓抑制在10V左右，滿足普通兆歐表的測(cè)試要求。對(duì)測(cè)試回路而言，只增加了電阻R1、R2、R3、帶來(lái)300kΩ附加誤差。由于繞組連同套管的絕緣電阻通常在10000MΩ以上，與附加誤差相差5個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此工頻感應(yīng)電壓抑制電路的電阻對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響可忽略不計(jì)。測(cè)試時(shí)，兆歐表電流支路還包括由負(fù)極L經(jīng)工頻抑制電路電容C流往正極E的電流，但由于電容的設(shè)計(jì)絕緣電阻在100000MΩ以上，比繞組連同套管絕緣電阻大得多，對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響可忽略。綜上，本工頻感應(yīng)電壓抑制電路對(duì)變壓器不拆線進(jìn)行繞組連同套管絕緣電阻試驗(yàn)可行。

為驗(yàn)證本方法可行性，對(duì)某220kV變電站#2主變進(jìn)行了測(cè)試，在相同條件下分別采用拆引線、不拆引線兩種方法進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試。表1中測(cè)試數(shù)據(jù)為同一時(shí)間段內(nèi)測(cè)試所得，大氣條件及油溫相同，其中高壓繞組不拆引線測(cè)試時(shí)采用工頻感應(yīng)電壓抑制電路，而中壓繞組、低壓繞組感應(yīng)電壓較小，未采用工頻感應(yīng)電壓抑制電路，兩組數(shù)據(jù)表明該抑制電路是有效的。

3 直流電阻測(cè)試

大型電力變壓器高、中壓繞組均為中性點(diǎn)引出的星形接線，參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流變電設(shè)備不拆高壓引線試驗(yàn)導(dǎo)則》，進(jìn)行直流電阻測(cè)試時(shí)，非被試?yán)@組懸空，測(cè)試線一端接中性點(diǎn)套管引線，另一端接被測(cè)相套管引線，逐相進(jìn)行測(cè)試[1]。要消除工頻感應(yīng)電壓對(duì)直流電阻測(cè)試儀的影響，可拉開(kāi)中性接地開(kāi)關(guān)使之懸空，被試相套管引線接地，非被試相懸空。被試相接地感應(yīng)電壓衰減為零，中性點(diǎn)遠(yuǎn)離帶電體不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，因此被試相繞組兩端感應(yīng)電壓均為零，從而消除了感應(yīng)電壓對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)繞組連同套管絕緣電阻試驗(yàn)，采用工頻感應(yīng)電壓抑制電路可實(shí)現(xiàn)不拆引線。所測(cè)的絕緣電阻數(shù)據(jù)與相同條件下拆引線所測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)明顯差別。為提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性及可對(duì)比性，應(yīng)盡量在晴朗干燥條件下進(jìn)行。必要時(shí)應(yīng)結(jié)合引線連接設(shè)備絕緣電阻測(cè)試值對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；對(duì)于繞組直流電阻試驗(yàn)，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流變電設(shè)備不拆高壓引線試驗(yàn)導(dǎo)則》推薦接線基礎(chǔ)上，將中性點(diǎn)懸空、被試相接地即可消除感應(yīng)電壓的影響；綜上所述，大型電力變壓器不拆線試驗(yàn)存在的問(wèn)題全部解決，可實(shí)現(xiàn)不拆引線進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。