电力变压器螺旋式调压绕组雷电冲击放电故障及其预防_周才康.pdf

第 卷第期 年 月浙江水利水电学院学报 ：电力变压器螺旋式调压绕组雷电冲击放电故障及其预防周才康，王伟，王明虎（浙江爱力浦科技股份有限公司，浙江 三门 ；浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 ）摘要：针对一台 级三相自耦电力变压器在雷电冲击试验时出现的击穿放电故障现象进行了分析。用基于分布电容和行波理论的方法分析了螺旋式调压绕组中的雷电冲击波过程，进而阐述了调压绕组承受的静电感应电压、电磁感应电压、振荡电压和叠加电压的形成原理，通过比较对各分接引线的对地电压大小，分析了相应的放电故障机理和原因，并提出生产设计中加强绝缘、注意分接引线出头导线的折弯半径等预防措施。关键词：电力变压器；螺旋式调压绕组；雷电冲击波过程；放电故障中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，：；收稿日期：作者简介：周才康（），男，浙江三门人，高级工程师，研究方向为变压器试验的机制及成效，：。通信作者：王伟（），男，浙江杭州人，副教授，硕士，主要从 事 电 力 系 统 自 动 化 的 教 学 与 研 究，：。雷电冲击试验是考核电力变压器绝缘性能的重要手段，规定 级及以上变压器的线端雷电冲击试验为例行试验项目。对操作冲击和雷电试验的现行方法提 供 了一 个准则 并 作了 说明，作 为 对 的补充。一些企业根据各自的产品特点和工作经验对雷电冲击试验方法作了更为详细的补充和说明。刘文理、刘传彝、吴美妍、陈健、韩波、孟晨 对雷电冲击波在变压器绕组中传递的波过程作了较为详细的分析阐述，王代娟 对冲击电压试验时的变压器绕组绝缘缺陷检测方法进行了研究，赵晓林、田坤 对冲击电压下变压器油纸绝缘空间电场变化规律及电荷运动和分布特性进行了研究，并取得了一定的研究成果，对分析变压器雷电冲击故障具有一定的参考作用。从本团队近 年试验工作中统计的 多起 电力变压器绝缘故障来看，雷电冲击试验击穿故障占总绝缘故障的 左右，其中调压绕组雷电冲击击穿故障占 左右，分析此类故障原因，对提高产品质量、降低生产成本和保证产品交期具有重要意义。螺旋式调压绕组三相自耦电力变压器试品简介圆筒式绕组具有绕制简单、冲击性能好等优点；连续式绕组机械性能好，但冲击性能差；螺旋式绕组兼具圆筒式和连续式绕组的特点。大中型变压器的调压绕组一般采用螺旋式或连续式。笔者展开研究的故障被试品为 型三相自耦电力变压器，高压线端雷电冲击绝缘水平为 。雷电冲击试验及故障现象对被试品进行线端雷电冲击试验时，发现、两相高压线端电压波形、中性点电流示伤波形异常。吊罩检查发现相下部调压绕组的最下端自下往上第饼最外层（引线），对第饼外径侧第层引线放电。相下部调压绕组的上端引线出头处（第饼）最外层的两根引线头（和），对第饼最外层（引线）放电，放电故障点见图。图放电故障点实物图、两相放电点的调压绕组引线幅向排列和放电点引线示意图见图。图放电点引线示意图调压绕组基于分布电容和行波理论的雷电冲击电压分析 调压绕组承受的静电感应电压低压绕组由于受高压绕组之间分布电容和对地之间分布电容的静电感应（电容分压）作用的影响，会承受由高压绕组传递过来的部分电压，器身绝缘结构等效电容示意图见图。图中，为高压绕组对地之间的等效结构电容，。图器身绝缘结构等效电容示意图静电感应的传递电压幅值为 （）式（）中：为高、低压绕组之间的等效结构电容，；为低压绕组对地之间的等效结构电容，。.调压绕组承受的电磁感应电压、振荡电压和叠加电压根据行波理论，前行波在波阻抗不相等的线路第期周才康，等：电力变压器螺旋式调压绕组雷电冲击放电故障及其预防结点（不同绕制方法的变压器绕组连接点、接地点等），会发生波的折射、反射现象。在一端接地的变压器绕组的中部，振荡叠加后的对地电压最高，会达到入波电压的.倍左右。如果绕组末端开路，则前行波在绕组末端会发生反射，两波叠加后，开路的绕组末端对地电压会达到首端入波电压的.倍左右。由波的叠加原理可知，一个回路中同时有多个波源共同作用时，每个波源在回路中的传播是相互独立的，应分别考虑各个波源的单波幅值和多个波源叠加后的幅值对绝缘系统可能产生的影响。自耦变压器高压线端雷电冲击试验时，高压线端附近的调压绕组内径侧引线，受串联绕组与调压绕组之间的分布电容和调压绕组对地分布电容的分压作用，会受到来自高压线端的静电感应波的影响，调压绕组中的各点会受到静电感应波和沿绕组纵向来自高压线端的电磁感应波两个相量的叠加作用。静电感应波在调 压绕 组中的 电压 分布，与引线的幅 向 排 列 位 置 和 接 地 点 有 关，螺 旋 式调压绕组中，基 本 上 按 每 饼 各 引 线 之 间 的 层 间分布电容呈线性分布。电磁感 应电 压 波 沿调 压绕组长度方向对地之间呈 线 性 分 布。电 磁感应振荡电压波与电磁感应电压波在调压绕组中的行波起始点和终点相同、路径相同、波速相等，最终叠加后的稳态电压幅值应根据两波的极 性 和 相 位 系 数 进 行 相 量 计 算（），如 图的相 雷 电 冲 击 波 形 图（为雷电峰值冲击电压），根据放 电 点 处的 电压幅值与峰值电压之比，得出.。图相雷电冲击试验波形 调压绕组的各引线对地电压分析同一调压绕组中的 引 线 幅 向 排 列 结 构 和 绕线工艺相同，可 近 似 认 为 各 层 引 线 之 间 具 有 相等的分布电容。相雷 电冲 击试 验 绕 组 接 线方式和电势 分 布 见 图，调 压 绕 组 的 引 线 示 意 分布电容 见 图。调 压 绕 组 分 接 范 围 为 ，低压线端及 分 接 引 线接 地 时，调 压 绕 组 中 分接引线处 的 电 磁 感 应 电 压 最 高，其 电 磁 感 应电压值为 线 端 施 加 电 压的 左 右，取近似值.。调 压 绕 组 内 径 侧 引 线 的静电感应对地电压最高，极性与高压线端施加电压相 同。为 便 于 分 析，其 数 值 大 小 可 参 考绕组首饼电 磁 感 应 电 压 的 起 始 分 布，按 线 端 施加电压的 估算，试验电 压 时，近似取 ；其他引线的静电感应电压大小按饼间 结 构 电 容 分 布，在 偶 数 引 线 之 间 分级逐 级 递 减，相 各 分 接 引 线 的 对 地 电 压 见表。浙江水利水电学院学报第 卷图相雷电冲击试验绕组接线方式和电势分布图图相调压绕组引线分布电容示意图表相各分接引线的对地电压（，时）分接引线序号 电磁感应电压 静电感应电压 .叠加电压（、两相雷电冲击试验绕组接线方式和电势分布见图，调压绕组的引线示意分布电容见图。、两相各分接引线的对地电压见表、表。图试验接线方式和电势分布图图，两相调压绕组引线分布电容示意图表相各分接引线的对地电压（，时）分接引线序号 电磁感应电压 静电感应电压 静电感应电磁振荡电压 叠加后的静电感应振荡电压 叠加电压 表相各分接引线的对地电压（，时）分接引线序号 电磁感应电压 静电感应电压 .叠加电压 第期周才康，等：电力变压器螺旋式调压绕组雷电冲击放电故障及其预防故障原因及预防措施、三相调压绕组分接引线的电压分布见图。从本例试验故障现象和吊罩检查结果来看，相未出现击穿放电现象，相引线对引线放电，与以上引线对地电压分析结果一一对应。相引线出头处各引线叠加后的电磁感应振荡电压均较高，受引线绝缘包扎工艺的影响，下部调压绕组出线头处的引线和引线与相邻饼中的分接引线距离最近，耐受电压低，最先发生击穿放电现象。图，三相引线电压分布示意图螺旋式调压绕组变压器高压线端雷电冲击试验时，最低分接电压下试验电压对绝缘系统的影响最小。最高分接电压下对绝缘系统影响最大的是高压线端附近的内径侧引线，换位时对上、下相邻饼间的接地引线之间的电压最高，对绝缘系统的影响较大。额定分接下，同一饼中各相邻分接引线之间的电压幅值不高，但高压线端附近的电磁感应初始电压分布电压梯度最高，因此，调压绕组内径侧引线的对地静电感应电压最高，调压绕组反极性端悬空时的静电感应振荡传递电压及其与电磁感应电压叠加后的对地电压均较高，在设计、生产时应注意加强绝缘，需加强引线出头首饼与相邻饼间的绝缘，应保证饼间、引线固定绝缘与相邻饼间的油隙，还应注意分接引线出头导线的折弯半径不能过小，折弯弧线应圆滑，导线棱边应无尖角毛刺，引线绝缘包厚及与相邻饼间引线的绝缘距离应满足绝缘工艺要求，电压梯度高的饼间引线宜加垫导线角环加强绝缘，以保证产品雷电冲击试验的顺利通过和正常运行时的绝缘安全。结论综上所述，本台试品在进行雷电冲击试验时，当螺旋式调压绕组处于最低分接电压下（相），各分接引线的对地电压最小。当处于最高分接电压下（相），高压线端附近的内径侧引线，换位时对上、下相邻饼间的接地引线之间的电压最高。额定电压分接下（相），引线之间叠加后的静电感应电磁振荡电压最高，等多根引线与上、下相邻饼间的接地引线之间的静电感应电磁振荡电压都比较高。不同设计结构下的静电感应电压值并不相同，可分别参考进行计算分析。自耦变压器高压线端在进行雷电冲击试验时，调压绕组受分布电容的分压作用会受到来自高压线端的静电感应波的作用，也会受到沿绕组纵向来自高压线端的电磁感应波的作用。此外，额定电压分接下，调压绕组一端悬空时，还会受到反射波的振荡作用，分析时应分别考虑各个波源的单波幅值和多个波源叠加后的幅值对绝缘系统可能产生的影响。主绕组和调压绕组为其他结构的变压器可参考以上方法进行分析。参考文献：全国变压器标准化技术委员会绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙：北京：中国标准出版社，全国变压器标准化技术委员会电力变压器第部分：电力变压器和 电 抗 器 的 雷 电 冲 击 和 操 作 冲 击 试 验 导 则：北京：中国标准出版社，沈阳变压器厂变压器试验（修订本）北京：机械工业出版社，保定天威保变电气股份有限公司变压器试验技术北京：机械工业出版社，刘文理电力变压器绝缘技术哈尔滨：哈尔滨理工大学出版社，刘传彝电力变压器设计计算方法与实践沈阳：辽宁科学技术出版社，吴美妍电力变压器绕组波过程与绕组纵绝缘结构优化南京：东南大学，陈健 大型变压器波过程及主绝缘电场的仿真研究 北京：华北电力大学，韩波 电力变压器绕组波过程分析及部分纵绝缘优化 哈尔滨：哈尔滨理工大学，孟晨多绕组电力变压器波过程的计算与分析沈阳：沈阳工业大学，王代娟 基于冲击电压试验的变压器绕组绝缘缺陷检测方法研究北京：华北电力大学，赵晓林 冲击电压下变压器油纸绝缘空间电场变化规律及电荷运动模型研究北京：华北电力大学，田坤冲击电压下油纸绝缘系统中的电荷分布特性研究北京：华北电力大学，浙江水利水电学院学报第 卷