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时间:2018-07-21
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1、500kV变压器的剩磁和局部放电试验> 江苏省电力试验研究所 (南京 210029) 万达 摘 要 分析变压器剩磁导致局部放电试验中产生异常过电压的机理,提出现场的直流和交流去磁方法。 关键词 变压器 剩磁 局部放电 过电压1 概述 电力变压器绕组直流电阻测试后,会在铁心中残留剩磁。一般说来,直流磁化的安匝愈大,剩磁愈严重。例如,一台750MVA、500kV三相变压器,额定电压下的高压侧励磁电流为0.87A。如果采用5A电流测试高压绕组的直流电阻,其直流磁势(安匝)是额定电压下交流磁势(峰值)的4倍,剩磁将
2、比较严重。 具有剩磁的变压器,施加50Hz交流电压,交流磁势的某半波方向与剩磁方向一致时,铁心急骤饱和,出现偶次谐波。图1所示,一台500kV单相变压器具有剩磁,在施加50%和100%50周额定电压时,均出现较明显的偶次谐波激磁电流,激磁电流的偶次谐波是存在剩磁的标志。 局部放电试验一般采用150~250Hz的中频电源,如果铁心有一定剩磁,将会在被试变压器高压侧出现异常过电压。 2 剩磁导致异常过电压的机理 利用中频电源进行大型变压器局部放电试验的主接线如图2所示。 中频发电机G经升压变Ts向被试变压器T施加
3、中频电压。被试变压器在中频电压下呈现为一容性负荷Ct,采用补偿电抗器Lb,使升压变Ts的负荷呈高的功率因数,并略有迟相,保证试验电压的稳定。 图2试验回路的等值电路(忽略有功部分)如图3所示。 当被试变压器低压侧电压为U0,其产生的磁通与剩磁方向一致时,铁心急骤饱和, 其饱和电感Le如图3等值回路,使变压器低压侧电压突然下降,电容Ct放电,如图4所示。Ug—中频发电机电压;Ut—被试变压器低压侧电压;Uh—被试变压器高压侧电压;Ls—升压变Ts的电感(H);Lc—被试变压器有剩磁时的饱和电感(H);Lt—被试变
4、压器高低绕组间的电感(H);Ct—被试变压器的电容(F) 当电容Ct的放电电流在变压器绕组中流过频率fo(fo值较高,一般约数升赫)的半个周期后,铁心饱和消失,Le断开,等值回路返回到图3。该回路的振荡频率为f1: 这样,变压器低压侧的电压有一个2Vo的跳跃,并以f1的振荡频率叠加在中频电压波形上,如图5所示。如果频率f1接近中频电源的频率f,其叠加作用导致被试变顺异常的过电压。严重时,将对变压器绝缘造成意外的损伤。 文献[1]中有一个计算实例:设当铁心剩磁为90%额定磁感应强度,则:Ls=0.0783(H);
5、 Lb=0.205(H);Le=0.0015(H);Lt=0.00126(H);CtT=2.043×10-6(F) f1接近中频电源频率(f=250Hz)的二倍,导致较严重的异常过电压。被试变压器曾出现过低压侧及高压侧分别为28.1kV(69%)和29.2kV(72%)的异常过电压。3 判别剩磁导致异常过电压的方法 如上所述,由于铁心剩磁导致的异常过电压主要取决于跳跃电压的振荡频率f1,当f1接近中频电源频率二倍时,叠加后的异常过电压较高。当f1大大高于f,例如f1>4f时,由于叠加的相位偏移,过电压的数值下降,
6、且持续时间缩短,对绝缘的损伤作用减轻。如式(1)所示,Lt为被试变压器高低压绕组间的电感:式中 Us——升压变额定电压(V);Is——升压变额定电流(A);Usk%—升压变高—低间短路电压百分数。 被试变压器电容量Ct(F),除考虑高(中)压绕组对地电容外,还应考虑绕组并间的电容,一般可按试验时被试验变压器低压侧的电流进行推算:式中 U—试验电压(V);I—试验电流(A);f—中频电源频率(Hz)。 补偿电抗器的阻抗,近似等于容抗,即: 表1列出几种不同类型变压器的f1的计算结果。 由表1可看出,壳式三
7、相500kV变压器,绕组电容量较大,f1≈2f,铁心的直流剩磁将会导致较高的异常过电压,其他类型的500kV变压器和大容量220kV变压器,f1≈(2~3)f,剩磁也有导致异常过电压的可能性。。 必须指出,按式(2)计算f1,主要取决于Ls和Ct,即升压变阻抗大和被试变电容量均导致,f1下降,出现f1≈2f情况。文献[2]中列出1000kV变压器在现场工频感应试验的实例,由于其结构特殊,呈现4000kVA的容性功率,以及升压变容量小和阻抗大的原因,铁心剩磁将导致工频(50周)感应试验时的异常过电压。4 现场消除剩磁
8、的方法 变压器制造厂内,在进行耐压和局部放电试验之前,均要进行空载试验,该试验是施加110%额定电压,持续时间也比较长(对500kV变压器,要持续1h能消除剩磁。)4.1 直流法 按电工理论,正反向通入直流电流,并逐渐减小,缩小铁心的磁滞回环,达到消除剩磁的目的。直流法去磁接线如图6所示。E—蓄电池(12V);R—可变电阻(0—100Ω,5
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