关于电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验的论述
2013-04-05 17:29阅读：
目录
前言
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摘要
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第一章
电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击波形
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第一节
试验电路。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4
第二节 校正
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第二章 雷电冲击试验
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第一节 波形
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第二节 波尾截断的冲击波
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第三节 端子接线和故障探测方法
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第三章 操作冲击试验
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第一节 特殊要求
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第二节 变压器
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第三节 电抗器
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第四章
包括传递函数分析在内的数字处理。。。。。。。。。。。。18
第五章 冲击试验报告
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参考文献
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总结
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电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验论述
前言
电力设备在电力系统运行中除承受正常运行的工频电压外，还可能承受暂时过电压和雷电过电压的袭击。
雷电在输电线路或电力设备上，有可能造成幅值陡度都很高的的过电压，对设备的绝缘破坏很大。在制造厂，为了考验电力设备耐受雷电过电压的能力，使用冲击电压发生器进行模拟雷电的试验，这就是雷电冲击试验。
雷电脉冲具有非常陡的上升时间，这使变压器的绕组表现出多个分布电容器相串联的特征。而不是工频电压下的电感特征。由系统操作所产生的脉冲上升的电压则没有那么快，典型情况下是20us，并且变压器绕组表现出与50Hz频率下大致相同的变化特征。电压平均分布，铁心中形成磁通。其他绕组按匝数比感应出相应的电压，尽管在一般情况下操作脉冲的幅值低于雷电冲击，但是它却比正常的系统电压高得多，（大约1.5至2倍），那以，对于这一条件，仅靠过电压试验并不能使变压器得到充分的考核。因此，对于运行中可能承受所有操作波的变压器均应进行操作冲击试验。对于额定电压在300KV及以上的绕组，均应进行此项试验。
摘要
本次讨论的是变压器试验中的一项，雷电冲击和操作冲击试验。变压器是电网中很重要的电力设备，担负着重要的任务，是变电和输送的主要设备。因此，变压器的正常可靠运行至关重要。变压器试验是检验变压器合格与否的重要手段，雷电冲击和操作冲击在检验变压器耐受过电压的水平中占有举足轻重的地位。
本部分是以使用常规冲击发生器对变压器的电抗器进行雷电冲击和操作冲击试验为基础而编写的。至于另用电容器对中压或低压绕组放电产生操作冲击波的方法也是适用的。但对于另加电感与该电容器串联以对高压绕组传递一种弱衰振荡波的方法则不适用。
第一章 变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击波形
第一节 试验电路
一、试验电路的选择：
选择变压器和电抗器的雷电冲击试验和操作冲击试验的试验电路（端子接线）有不同的考虑。对于变压器，所有的端子和绕组均可分别地按规定的试验水平进行雷电冲击试验；但在操作冲击试验时，由于是靠耦合传递电压，故规定的试验水平可以只在一个绕组上得到。
电抗器的雷电冲击试验与变压器相类似。即所有端子可分别地进行试验，但在操作冲击试验中却有不同的考虑，且出现的问题也不一样。因此，本部分中的雷电冲击试验，对于变压器和电抗器是用同一条文来叙述
的。对于操作冲击试验，则须按变压器和电抗器分别叙述。
二、试验电路的规程：
波前时间T1主要由试品的等效冲击电容以及冲击发生器的内部和外部串联电阻决定。对于雷电冲击波，半峰值时间T2主要由冲击发生器电容，试品电感和冲击发生器放电电阻或其他并联电阻决定。但是，在某些情况下，如绕组电感太小时，串联电阻也会对波尾有明显的影响，对于操作冲击，则采用其他的参数。
雷电冲击和操作冲击试验用的试验设备基本一样，只是有些元件的参数不同，如电容值和电阻值不同以及试品端子接线不同。为了满足雷电冲击和操作冲击波形的不同要求，必须重视冲击发生器的电容和串联电阻以及放电电阻等参数的选择，对于操作冲击试验，可能需要高值串联电阻和负载电容，这将使冲击发生器的效率明显地降低。由于冲击发生器的输出电压是由绕组的试验水平决定的。而绕组的试验水平与试品的设备最高电压Um有关，因此，所需的冲击发生器能量是由试品本身的阻抗决定的。试验设备，试品，连接电缆和接地线及其他有关设备的布置，会受到试验室空间的限制，特别是各种结构件的邻近效应。由于冲击试验时冲击电压和冲击电流的幅值很大并且变化率又很高，再者接地系统牢固的相连，最好在试品附近处的接地点接地。此连接点应作为参考接地点。为使试品接地良好，应当采用一根或几根低阻抗导线与此参考地点相连。
第二节 校正
试品和冲击电压发生器之间的电流回路应是低阻抗的。并且此电流回线应与试验室的整个接地系统牢固的相连，最好在试品附近处的接地点接地。此连接点应做为参考接地点。为使试品接地良好，应当采用一根或几根阻抗导线与此参考接地点相连。
电压测量回路是试品的一个单独回路，只流过测量电流，它应当与上述参考接地点连接良好，该回路中的电流应占通过被试绕组冲击电流很小的一部分。
在操作冲击试验中，冲击电压和冲击电流的变化率比雷电冲击试验时要小得多并且又无载波回路，故试验线路周围和参考接地点的电位梯度均显得较低，因而危险性小，但仍建议按雷电冲击试验的接地方式接地。
雷电冲击试验
第二章 雷电冲击试验
第一节 波形
在大型变压器和电抗器的冲击试验中，由于其绕组电感小或冲击电容大，往往不可能得到规定的波形，此时应允许有较大的偏差。
由于被试变压器的冲击电容是一个常数，故为得到符合要求的波前时间T1或上升率，只能减小串联电阻值，但又不能过分减少，以免电压波形峰值处的振荡过大。必须对振荡峰值和波前的时间同时兼顾。通常，即使将波前时间延长到制造单位与用户协商的极限值，亦应尽量使振荡峰值不大于10%，试验电压值的测量按GB/T
16927.1规定的原则进行。
对于大型电力变压器，尤其是其中的中压和低压绕组，视在半峰值时间T2可能达不到所规定的偏差值。这些绕组的电感可能小到使波形出现振荡。对于此问题，可用下述一些办法以得到某种程度上的解决，如增大冲击发生器的电容，采用并联级运行方式，调节串联电阻或者对非被试绕组的端子或对被试绕组的非被试端子采用特殊的试验接线。
当非被试绕组的端子通过阻抗接地而不是直接接地时，会使绕组的等效电感明显的增加。对于直接接地的端子，只含有漏电感（由短路阻抗决定），对于通过阻抗接地的端子，主电感是占主要的，它可使等效电感比直接接地时高100倍至200倍。
当任何非被试端子通过阻抗接地时，必须确保任何非被试端子上的对地电压不超过：
对于星形绕组，端子额定雷电耐受电压的75%；
对于角形绕组，端子额定雷电耐受电压的50%。
当电感太小或冲击发生器电容太小而使波形发生振荡时，反极性幅值不应超过第一个峰值的50%。
第二节 波尾截断的冲击波（截波）
一、
截断时间：
由于绕组结构及其布置不同，不同的截断时间Tc将在绕组的不同部位处产生不同的电气应力（电压和持续时间）。因此，不可能对一般的或特殊的变压器或电抗器规定一个最苛刻的时间，所以截断时间不作为规定的试验参数，只要求符合GB1094.3
规定的2us-6us的范围。
但是，只有在截断时间几乎相同的情况下，才可以对截波的波形或数字记录进行比较。
二、截断冲击波的骤降陡度和反极性幅值：
截断时各种特性参数，主要与截断电路的布置，截断电路的阻抗及试品的阻抗有关。它们均可用来决定骤降的陡度和反极性电压幅值。
在GB 1094.3
中，已限制振荡部分的反极性电压幅值不大于截断冲击电压幅值的30%，这一规定，实际上已成为截断电路布置的准则，此外，还可以在该电路中接入附加的阻抗Zc，以满足此限值。截断回路外形尺寸应尽可能小以使骤降陡度最大，但是，应限制反极性振荡不超过30%。在多层式绕组中，层间阻抗会使骤降陡度降低，从而不能形成围绕零点的振荡。
在GB1094.3中已建议用触发型截断间隙，因为它能保持截断时间稳定，便于对截断前及截断后的波形或数字进行比较，只有在截断时间相同的条件下才能比较截断后的那部分波形。
第三节 端子接线和故障探测方法
一、端子接线：
试品端子接线和接地的方式主要与所采用的故障探测方法有关。通常，被试相绕组的非被试端子接地，非被试相绕组应短路接地。但是，为了改善波尾时间T2,非被试绕组经电阻接地是比较合适的。此外，被试绕组的非被试线端也可以同样的经电阻接地。
二、故障探测方法：
故障检测一般是通过检查施加试验电压和冲击响应电流的波形图或数据记录来实现的。
在验收试验中，主要是记录施加的试验电压波形和下列至少一个瞬态现象波形：
1：中性点电流（适用于中性点在试验时可以接地的星形联结和曲折形联结绕组）
2：绕组电流（适用于其他类型的绕组以及中性点在试验时不能接地的星形联结和曲折形联结绕组）
3：传递到邻近短路的非被绕组上的电流，有时被称为电容传递电流
4：油箱电流
5：传递到非被试绕组上的电压。
试验程序：
直接施加冲击电压的方法是一种优先采用的方法，不过，在某些特殊的情况下，如中压或低压绕组运行时不会直接受到与其相连接系统中来的雷电过电压。在这种情况下，传递电压的波形将不满足GB1094.3的要求。因此设法在绕组端子上加入足够大的电阻值，以使试验电压值达到规定的水平是比较重要的。但有时即使使用了相当大的电阻值，也不能总是得到想要的试验电压值。在这种方试的试验中，可能会在三角形联结绕组上出现较高的相间电压值，从而使相间的内绝缘和外绝缘遭受过高电气应力的危险，这可能使低压绕组上的电压值受到限制，合适的电压限值可由低压重复式冲击发生器的瞬态分析确定。
接到绕组上的非线性保护装置，由于其特有的性能，可能会使降低电压全波与全电压全波的波形图或数字记录有差异，为了证明这些差异确实是由保护装置动作所引起的，须通过两个或多个电压值不同的降低电压的全波冲击试验来表明保护装置动作的趋势。为表明非线性效应的可逆性，应在全电压全波试验电压施加后，按相反的顺序，依次施加原用的几个降低电压的全波冲击波。例如：60%，80%，100%，80%，60%。
GB1094.3给出的变压器中性点的试验方法，当用间接加压方法时，即中性点上的冲击电压是由一个或多个线端传递的，其中性点上的波形尚不能规定，因为它基本上是由变压器本身的参数决定
的；当采用对中性点直接加压的方法时，所有线端需接地，其波前时间允许长达13us，此时，冲击发生器的感性负载显著加大，很难达到符合偏差要求的半峰值时间，因此，可允许被试绕组的非被试端子经阻抗接地。
三、试验记录：
概述：可以用模拟或数字记录系统来记录雷电冲击电压和电流响应波形。
模拟和数字记录系统：数字记录可以对试验结果提供数学的解释，并允许使用辅助的数学处理，例如对所记录的现象进行故障分析，这些技术表明是有前途的，但驿试验结果的解释尚未得到证实。
在此须强调，当为使试验结果可以被接受而采用波形图对比的方法时，用数字测量技术得到的波形应当是由未经任何数学处理，滤波及平滑化的原始数据得出的。
对非标准波形进行评估时，采用原始数据也是同样重要的。当数字记录仪作为直接测量装置记录电压和电流波形而无需对所记录的数据进行数学处理时，可视为技术先进的模拟式仪器。尽管外施电压测量已有专门的规定，但记录其他瞬态现象特性的选择则与所采用的故障探测方法有关。
四、波形的模拟记录：
为使试验结果判断容易，主要是根据降低电压和全电压下记录的波形图比较，最好是利用示波器上合适的衰减器，使相对应的波形图均具有相同的幅值。
冲击电压波形测定：在对试验电路参数进行初步调整时，记录波形的最佳扫描时间，对于波前，为不大于10us（当对变压器中性点进行试验时，可能需要更长的扫描时间），对于波尾，只要能估算出半峰值时间就可以，不过，有时还要能估算出反极性电压幅值。
外施冲击试验电压波形记录：为确定试验波形峰值并对任何可能出现的故障进行探测，则对于全波，扫描时间应不小于100us;
对于截波，扫描时间在10us-25us之间一般是足够的。至于试验报告，对于验收试验，一般有一个恰当的扫描时间的记录是足够的，但对于诊断性试验，则可能需要几个不同的扫描时间的记录。
冲击响应电流的模拟记录
一般地说，冲击电流是探测故障的最灵敏的参数，因此，电流的波形图是试验结果的主要判断依据。
根据电流波形的形状以及采用的线性扫描或指数扫描，可能需要扫描时间不同的多个记录，以保证：尽可能得到包括波前附近处的高频分量在内的清晰波形图；电流波形图的持续时间应足够长，以便判断稍晚些时间出现的波形差异。由于每台变压器的响应特性不同，且扫描时间在一定程度
上与绕组结构型式有关，故“稍晚些时间”的含义也就不同，不确切。对于扫描时间，很难拟出一个更好的规则，当记录中性点或绕组电流时，记录时间至少应持续到感性电流峰值的出现，以便由波形图判断是否存在着由于匝绝缘击穿造成匝间短路而使电感发生变化的现象。
波形的数字记录：
数字记录的原理是在试验过程
中以规则的时间间隔采样，从而对电压或电流波形进行测定。这些采样应直接表示为原始数据，以便对波形参数进行估算，也可以根据降低电压值和全电压值下记录波形的比较来对试验结果进行评估。另外，所记录的数据也可以用波形分析算法进行处理，如对记录波形的故障分析。冲击试验时，试验区域附近会出现很高的电磁场，故需要对数字记录系统中的敏感的电子装置，整个处理设备及其电源进行保护，以免受电磁场的损害。
数字记录仪的屏幕分辨率应不小于768*1024像素，打印机应不小于300dpi。
冲击电压波形的数字记录
对于验收试验，有一个恰当的记录一般是足够的，但是，对于诊断性试验，由于所有的信息已储存在计算机内存中，系统软件有能力在整个采样时间内检验波形或检验波形的某一部分，软件可以将全电压下波形与降低电压下波形相减，并将此差显示于可调幅值的刻度上，但是，倘若难于对这两条波形曲线进行适当的时间调节时，在波形的快速上升部分可能出现问题。
冲击响应电
