浅析电气试验中对试验变压器的优化选取

[摘要]工频耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法，它是对电气设备绝缘施加比工作电压高得多的试验电压，这些试验电压称为电气设备的绝缘水平，耐压试验能够有效地发现导致绝缘抗电强度降低的各种缺陷，尤其是对绝缘有危险的集中性局部缺陷。因此它可用来确定电气设备绝缘的耐受水平，可以判断电气设备能否继续运行，避免在运行中发生绝缘事故。在220KV及以下的电气设备，一般用工频耐压试验考验其耐受工作电压和操作过电压的能力，在交接试验和预防性试验中都需要进行工频耐压试验。

作为基本试验的工频耐压试验，产生工频高压最主要的设备是工频高压试验变压器，它是高压试验的基本设备之一，如何选择恰当的试验变压器，本人结合新近从事的输变电和发电厂工程调试的经验，谈谈这方面的体会。

[关键词]试验变压器 选择现场试验

试验变压器的工作原理与电力变压器相同，在这里不必细谈，由于与电力变压器用途不同，它又有其特点,试验变压器特点：

（1）工作电压较高，一般都是单相的。通常在体积不大时，额定电压做在了50KV，100KV但电压又不能过高，过高电压会使体积增大。

（2）变比较大，工作电压在很大范围内调节。如从零调升到50KV，100KV，甚至更高电压。

（3）绝缘裕度很低。因它不承受过电压作用，不连续运行。使用时严格控制其最大工作电压不超过额定值。尤其在试验电容性试品时，只能从零升压，而不能突然加压，因产生的励磁涌流，会在试品上出现过高的电压，；也不能在试验工程中突然将电源切除，，这相当于切除空载变压器，也将引起过电压。

（4）容量一般不大，过大容量会使重量成倍增加。使用时应满足被试品击穿前的电容电流和泄漏电流的需要，在被试品击穿或闪络后能短时的维持电弧，正常试验时被试品上有必须的电压，而被试品击穿或闪络时，保证有一定的短路电流。国产试验变压器的容量如，对于容量为25KVA时，额定电压为50KV，高压绕组的额定电流为0.5A；额定电压为25KV，高压绕组的额定电流为1A，额定电压为100KV，高压绕组的额定电流为0.25A

（5）漏磁通较大，短路电抗值也较大，试验时允许通过短时的短路电流。因它工作电压高，采用了较厚的绝缘及较宽的间歇距离。

（6）使用时间上有限制，通常为间歇工作方式，一般不允许在额定电压下长时间连续使用

（7）有油浸式和干式，干式大有取代油浸式之势，有金属壳和绝缘壳两类，金属壳又分为单套管和双套管两类，单套管变压器的高压绕组一端一端经外壳接地，另一端（高压端）经高压套管引出，双套管变压器高压绕组的中性点通常与外壳相连，这样每个导管所承受的只是额定电压的一一半，，当使用是时，如高压绕组一端接地时，外壳应当按额定电压的一半对地绝缘起来。

试验设备必须正确进行选择，否则会造成容量不足，电压过高，电流过大，损坏试验设备和被试设备，还会引起人身伤害事故的发生。

试验变压器的一般性选择

根据被试品的额定电压, 结合电气设备交接试验国家标准GB50150-91规定,选择试验电压,确定所需试验变压器的电压等级

根据被试品的的负载, 选择试验变压器的容量,一般情况下,其负载大都是电容性的, 确定所需试验试验变压器的容量可按被试品的电容来估算, (忽略试验变压器空载电流和试验中被试电机的阻性电流), 即试验设备容量

S=2πfCXUS2×10-9 Kva

CX __ 被试品的电容 uF US__被试品的试验电压

下面以实例来说明如何优化选取试验变压器

在重庆万盛电厂2*300MW新建工程中，有两台高压电机运转前须作交流耐压试验，两台铭牌相同,电机额定功率450kW，额定电压6000V，Y型接法。现场调试队有两台试验变压器，铭牌分别是

（kVA） 一次额定电压（A） 一次额估算试验电容电流

根据电气设备交接试验国家标准GB50150-91规定，该电机试验电压为10KV

测量电机三相对地电容为108nF，

估算试验电容电流 I=2πfCXUS×10-6=2×3.14×50×108×10×10-6=0.339 A

估算试验设备容量S=USI=10×0.339=3.39 KVA

根据计算比较,两台试验变压器都符合要求

试验

(1)先用第一台试验设备试验,对第一台电机加试验电压为10KV,测得低压侧电流22 A

(2)再用第二台试验设备试验,对第二台电机加试验电压为10KV,测得低压侧电流45 A

3.试验设备试验比较

两台试验变压器施加同一试验电压,而低压侧产生的电流不同,用第二台试验设备试验(考虑试验变压器空载电流和试验中被试电机的阻性电流,而比估算值大几安培电流), 低压侧产生的电流要大得多,这给调压器(特别是碳刷式调压)和试验电源带来压力,因此,为降低试验电源电流,应尽可能选择接近试验电压等级的试验设备,且变比尽可能小.

试验变压器的特殊性选择

全绝缘试验变压器的选择

一般试验变压器是半绝缘变压器,产生高电压只能单极产生，对于某些不同试验电压等级的组合的电气设备，试验时对一些部件可能电压过低，而对另一些部件电压可能过高，比如高压真空开关、SF6开关试验，对它们的本体（支柱瓷瓶和绝缘拉杆）和断口（真空包）试验，两者的试验电压大小不同，断口施加的电压要大一些，这时，可选择全绝缘试验变压器，它有两个高压电极引出，试验时两个电极对地电压不高，但两个电极之间的压差电压高，利用这一点对开关断口施加较高电压的同时，不会对开关本体造成过压。

可串接试验变压器的选择

当单台试验变压器的额定电压提高时，其体积和重量都将显著增加，不仅在绝缘结构上带来困难，而且费用也大幅度增加，运输上也增加了困难，因此需要较高工频试验变压器时，（施工单位一般配置25 kV、50 kV、100 kV、20 kV电压等级试验变压器），可将2-3台较低电压等级的试验变压器串接起来，这种试验变压器也是单极式，但高压端除高压引线外，还有累接绕组引线引出，当两台试验变压器串接时，后一级试验变压器的电源由前一级试验变压器高压端累接绕组供给，这时第二台试验变压器的铁芯和外壳的对地电位与第一台试验变压器高压绕组的额定电压U相等，因此对第二台试验变压器必须用绝缘支架或支柱绝缘子支撑起来，并能耐受电压U。两台试验变压器高压绕组串接后的输出电压为2U。这种串接后的两台变压器容量是不同的，两台容量比是2比1，第一台输出容量为2S，第二台输出容量为S，装置总容量3S，其利用系数为2S/3S=66.7%，因此试验变压器的串接，利用系数小，漏抗比较大，故串接后的台数不能过多，一般不超过三台。

试验变压器的超前无功功率补偿

当被试品具有较大容量时，试验变压器和调压设备应供给较大的无功功率，在一定条件下，电容性负载会使试验回路发生显著的“容升现象”或谐振。当实验变压器输出的电压波形含有高次谐波分量时，电容负载还会使电压波形更加畸变，因此当电容性负载较大时，例如被试品为电缆、电容器，应采取措施补偿超前的无功功率。

（1）、 串联电感方法

当试验变压器对被试品能够提供足够的电容电流，但输出电压不够时，采用串联电感，利用串联谐振产生高电压，这种补偿即电压补偿如图1 所示。试品所需的容性功率靠串联电感补偿，而试验变压器只需供给串联电阻消耗的很小的功率。串联谐振法耐压试验的工作原理是调节回路中的调谐电感使之与试品处于工频串联谐振状态。如果wl=1/wc，则在电感和电容上的电压可以大大超过回路外加电压，

达到以低电压、小容量电源来使试品的绝缘承受高电压的考验目的。流过高压回路的电流，在谐振状态时达到最大值，

即： Imax=U2/r

式中r为高压回路等效电阻。实验线路中谐振回路的品质因数

Q=wl/r

这时试品上的电压 Uc=QUi由于Q值远大于1，故Uc 远大于Ui，因此试验变压器容量和调压器的容量都可以相应小Q倍。

（2）并联电感方法

当试验变压器对被试品能提供足够的电压，但输出电流不够时，并用并联电感，利用并联谐振提供电流，这种补偿即电流补偿，如图2所示，试验变压器提供很小的输出电流i就能满足实验要求。

结束语 现代试验变压器的发展，由于电感元件设备的配置，越来越轻型化，特别是在微电脑的结合下，通过扫描频率，使耐压电路处于谐振状态，试验电容电流极少，更减少了试验变压器所需的额定电流，变压器体积减小，重量更轻，特别利于施工单位的设备搬运试验作业。

参考文献

赵玉林 《高电压技术》中国电力出版社1998.7

张仁豫 高电压试验技术《第二版》 清华大学出版社2003.5

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。