变压器的试验原理及方法（上）

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第一节  电力变压器的绝缘性试验

由于电力变压器内部结构复杂，电场、热场分布不均匀，因而事故率相对较高。因此要认真地对变压器进行定期的绝缘试验，根据状态检修规程，一般为3～5年进行一次停电试验。不同电压等级、不同容量、不同结构的变压器试验项目略有不同。

变压器绝缘电阻、泄漏电流和介质损耗等性能主要与绝缘材料和工艺质量有关，它们的变化反映了绝缘工艺质量或受潮情况，但是一般而言，其检测意义比电容器、电力电缆或电容套管要小得多，不作硬性指标要求变压器绝缘主要是油和纸绝缘，最主要的是耐电强度。

对于电压等级为220kV及以下的变压器，要进行1min工频耐压试验和冲击电压试验以考核其绝缘强度；对于更高电压等级的变压器，还要进行冲击试验。

由于冲击试验比较复杂，所以220kV以下的变压器只在型式试验中进行；但220kV及以上电压等级的变压器的出厂试验也规定要进行全波冲击耐压试验。出厂试验中，常采用二倍以上额定电压进行耐压试验，这样可以同时考核主绝缘和纵绝缘。

测量绕组连同套管一起的绝缘电阻、吸收比和极化指数，对检查变压器整体的绝缘状况具有较高的灵敏度，能有效地检查出变压器绝缘整体受潮、部件表面受潮或脏污以及贯穿性的集中缺陷。

例如，各种贯穿性短路、瓷件破裂、引线接壳、器身内有铜线搭桥等现象引起的半贯通性或金属性短路。经验表明，变压器绝缘在干燥前后绝缘电阻的变化倍数比介质损失角正切值变化倍数大得多。

1、绝缘电阻、吸收比和极化指数测量

测量绕组绝缘电阻时，应依次测量各绕组对地和其他绕组间的绝缘电阻值。被测绕组各引线端应短路，其余各非被测绕组都短路接地。将空闲绕组接地的方式可以测出被测部分对接地部分和不同电压部分间的绝缘状态，测量的顺序和具体部件见下表

变压器绕组绝缘电阻测量应尽量在50℃时测量，不同温度（t1,t2）下的电阻值（R1、R2）可按工程简化公式

在实际测量过程中，会出现绝缘电阻高、吸收比反而不合格的情况，其中原因比较复杂，这时可采用极化指数PI来进行判断，极化指数定义为加压10min时绝缘电阻与加压1min的绝缘电阻之比，即PI=P10/P1。目前现场试验时，常规定PI不小于1.5。

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2、泄漏电流测量

测量泄漏电流比测量绝缘电阻有更高的灵敏度。运行检测经验表明，测量泄漏电流能有效地发现用其他试验项目所不能发现的变压器局部缺陷。

双绕组和三绕组变压器测量泄漏电流的顺序与部位如下表所示。测量泄漏电流时，绕组上所加的电压与绕组的额定电压有关。

变压器泄漏电流测量顺序和部位

测量时，加压至试验电压，待1min后读取的电流值即为所测得的泄漏电流值，为了是读数准确，应将微安表接在高电位处。

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3、介质损耗角正切测量

测量变压器的介质损耗角正切值tanδ主要用来检查变压器整体受潮、釉质劣化、绕组上附着油泥及严重的局部缺陷等。测量变压器的介质损耗角正切值是将套管连同在一起测量的，但是为了提高测量的准确性和检出缺陷的灵敏度，必要时可进行分解试验，以判明缺陷所在位置。

下表给出了规定tanδ测量值，测量结果要求与历年数值进行比较，变化应不大于30%。

介质损耗角正切值规定

由于变压器外壳均直接接地，采用反接法进行测量。对双绕组和三绕组变压器的测量部位见下表。

对于三绕组变压器测量C及tanδ的接线方式如图所示

三绕组变压器测量C及tanδ测量接线图

（a）高压-中、低压及地  （b）中压-高、低压及地    （c）低压-高、中压及地

（d）（高+中）压-低压及地（e）（中+低）压-高压及地；

（f）（高+低）压-中压及地（g）（高+中+低）压-地

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4、雷电冲击试验

试验标准：GB1094.3-2003

高压线端：雷电全波1550kV(峰值)；

雷电截波：1675kV(峰值)；

中性点：雷电全波325kV(峰值)；雷电截波325kV(峰值)；

低压线端：雷电全波125kV(峰值)；         

试验采用：负极性

试验分接:分接范围为±5%时开关置主分接，分接范围超过±5%时开关应分别置最大、额定、最小三个位置试验

全波波形：1.2±30%μS/50±20%μS；  

截波截断时间：2μS～6μS；

过零系数:0＜K0＜30%

试验顺序：一次降低电压的全波冲击，一次全电压的全波冲击，

              一次降低电压的截波冲击，两次全电压的截波冲击，

              两次全电压的全波冲击。

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5、操作冲击试验

试验标准： GB094.3-2003

高压线端：        1175kV(峰值)；

试验电压极性：    负极性

分接开关位置：    1

操作冲击波是由冲击电压发生器直接施加到变压的高压端子，中性点接地。冲击电压的波形,视在波前时间至少100μS，超过90%的规定峰值时间至少为200μS，从视在原点到第一个过零点的全部时间至少为500μS,最好为1000μS。

试验应包括一次60%全电压的操作冲击，三次连续的100%的全试验电压的冲击。

6、交流耐压试验

交流耐压试验是鉴定绝缘强度最有效的方法，特别对考核主绝缘的局部缺陷。如绕组主绝缘受潮、开裂、绕组松动、绝缘表面污染等，具有决定性作用。变压器应在油及绝缘试验合格后才可进行。

交流耐压试验对于10kV以下的电力变压器每1-5年进行一次；对于66kV及以下的电力变压器仅在大修后进行试验，如现场条件不具备，可只进行外施工频耐压试验；对于其他的电力变压器只在更换绕组后或必要时才进行交流耐压试验。

电力变压器更换绕组后的交流耐压试验标准见下表。

在变压器注油后进行试验时，需要静置一定时间。通常500kV变压器静置时间大于72h，220kV变压器静置时间大于48h，110kV变压器静置时间大于24h。

错误接线一：双绕组均不短接

错误接线二：双绕组均仅短接

由于绕组中所流过的是电容电流，故靠近X端的电位比所加的高压高。又因为非被试绕组处于开路状态，被试绕组的电抗很大，故由此将导致X端电位升高，显然这种接线方式是不允许的，在试验中必须避免。

图   变压器交流耐压试验的正确接线方式

T1---试验变压器；T2---被试变压器

感应耐压

感应耐压试验由于采用自激法加压，若试验接线选择合理的话，变压器的主绝缘和纵绝缘可同时得到考验。考虑到变压器铁心的磁饱和问题，感应耐压试验的电源常采用倍频电源，感应耐压因此也叫倍频感应耐压。试验电压为出厂试验值的80%。

实例：益阳明山主变耐压试验

变压器参数如下：

型    号：SFPSZ7－120000/220          接线方式：YNyn0d11

电    压：230±8×1.25%/121/10.5kV    出厂序号1ET.710.1378.20

生产厂家：沈阳变压器厂                投运日期：1993年04月

绝缘水平（AC）：高压线端—395kV        高压中性点—200kV

               中压线端—200kV       中压中性点—140kV

               低压绕组—35kV

试验电压计算：

经多方协商，高压、中压绕组线端耐压值按出厂值进行，即高压侧耐压值为395kV，中压侧耐压值200kV。为使高、中压线端同时达到或最接近该值，试验时，高压绕组处于第6分接位置。此时，被试变高压对低压变比K1=238.625/√3/10.5=13.1，中压对低压变比K2=121/√3/10.5=6.6。

当高压电压为UBA=UBO+UOA=395 (kV)时，

低压绕组应施加电压Uac=395/1.5/k=20.1 (kV)，

中压侧电压为UBmAm=UBmOm+UOmAm=20.1*K2*1.5= 199.0(kV)，

此时，被试变感应倍率为：k=20.1/10.5=1.9，

高压中性点电压Uo=395/3=131.7kV，

中压中性点电压为Uom=199/3=66.3（kV） ；

当高压电压为1.1Um/√3=1.1*252/√3=160.0 (kV) 时，

低压绕组应施加电压Uac=160.0/1.5/k=8.1(kV)；

当高压电压为1.3Um/√3=1.3*252/√3=189.1 (kV) 时，

低压绕组应施加电压Uac=189.1/1.5/k=9.6(kV)。

中性点耐压

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7、局部放电测量

（1）变压器局部放电特点

变压器放电脉冲是沿绕组传播的，起始放电脉冲是按分布电容分布的。经过一段时间后，放电脉冲通过分布电感和分布电容向绕组两端传播，行波分量达到测量端的检测阻抗后，有可能产生反射或震荡，所以纵绝缘放电信号在端子上的响应比对地绝缘放电要小得多，放电脉冲波沿绕组传播的衰减随测量频率的增加而增大电力变压器中局部放电可分为：

绕组中部油-屏障绝缘中油道击穿

绕组端部油道击穿

接触绝缘导线和纸板（引线绝缘、搭接绝缘、相间绝缘）的油隙击穿

引线、搭接纸等油纸绝缘中局部放电

线圈间（纵绝缘）的油道击穿

匝间绝缘局部击穿

纸板沿面滑闪放电

现场试验一般在下面3种情况下，需要进行局部放电试验：

a.新安装投运时。 （1.5Um/√3下：≤500pC）  

b.返厂修理或现场大修后。（1.3Um/√3下：≤300pC）

c.更换重要部件、滤油后 。

d.运行中必要时。

（2）变压器局部放电测量

变压器局部放电测量主要包括三种情况：单相励磁变压器、三相励磁变压器和变压器套管抽头的测量，它们测量的基本接线如下图所示。

变压器局部放电测量基本原理图：

（a）单相励磁变压器

（b）三相励磁变压器

（c）变压器套管抽头

试验接线图

图中：Ｖ1、V2：静电电压表 1.0级； Ｃ1、C2：高压、中压套管电容；

       Ｚ、Z’：检测阻抗；         ＰＤ   ：局部放电测试仪；

       U、Cq：校正方波发生器。

向量图

加压时序图

A=B=E=5min，C=6000/试验频率=52sec，D=30min

（3）变压器局部放电测量中的干扰抑制

消除变压器局部放电测试现场的干扰，对准确测量至关重要。变压器现场试验的干扰有两种情况：

一种是试验回路未通电前就存在干扰，其主要来源于试验回路以外的其他回路中的开关操作、附近高压电场、电机整流和无线电传输等；

另一种是在试验回路通电后产生的干扰，这种干扰包括试验变压器本身的局部放电、高压导体上的电晕由于或接触不良放电，以及低压电源测局部放电、通过试验变压器或其他连线耦合到测试回路中的干扰等。

第二节 电力变压器的电压比、极性和组别试验

1、变压器极性组别和电压比试验的目的和意义

变压器线圈的一次侧和二次侧之间存在着极性关系，若有几个线圈或几个变压器进行组合，都需要知道其极性，才可以正确运用。对于两线圈的变压器来说，若在任意瞬间在其内感应的电势都具有同方向，则称它为同极性或减极性，否则为加极性。

变压器联结组是变压器的重要参数之一，是变压器并联运行的重要条件，在很多情况下都需要进行测量。

在变压器空载运行的条件下，高压绕组的电压和低压绕组的电压之比称为变压器的变压比：

电压比一般按线电压计算，它是变压器的一个重要的性能指标，测量变压器变压比的目的是：

（1）保证绕组各个分接的电压比在威廉希尔官方网站 允许的范围之内；

（2）检查绕组匝数的正确性；

（3）判定绕组各分接的引线和分接开关连接是否正确

2、变压器极性组别和电压比试验方法

测量变压器绕组极性的方法有直流法和交流法，这里介绍简单适用的直流法：用一节干电池接在变压器的高压端子上，在变压器的二次侧接上一毫安表或微安表，实验时观察当电池开关合上时表针的摆动方向，即可确定极性。

如图5－8所示，将干电池的正极接在变压器一次侧A端子上，负极接到X上，电流表的正端接在二次侧a端子上，负极接到x上，当合上电源的瞬间，若电流表的指针向零刻度的右方摆动，而拉开的瞬间指针向左方摆动，说明变压器是减极性的。

更多详情可了解华天电力生产的变压器变比组别测试仪。

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