典型电力变压器感应耐压试验电位分布分析

薛继印，刘 永，韩克俊

（山东电力设备制造有限公司，山东 济南 250022）

0 引言

对于220 kV及以上电压等级电力变压器，出于电网运行实际和制造经济性考虑，绝大多数结构为分级绝缘结构，其中各部位绝缘强度要通过多种不同的试验组合进行考核。例如高、中压线端绝缘强度用短时感应耐压试验（ACSD）考核，中性点绝缘强度用工频耐压试验考核，电力变压器内部整体绝缘状况，利用长时感应耐压试验（ACLD）同时监测局放指标来考核。

根据典型电力变压器绕组结构，实际试验时的励磁电压，计算出器身内部电位分布，以得到此两项试验时器身内部各部位的电位分布，结合绝缘距离、绝缘结构布置等对变压器器身各部位的绝缘裕度进行分析。

1 实例参数

以常规220 kV有载调压电力变压器为例，具体参数见表1。

表1 常规220 kV电力变压器型号、额定电压比以及各线端额定短时感应或耐受电压水平

其中，高、中压中性点以及低压绕组，均通过外施工频耐压试验进行考核，试验时，被试绕组与非被试绕组及地的电位分布相对简单，本文不再阐述。以下主要对ACSD和ACLD试验时，各绕组及端子部位的电位分布进行阐述。

2 ACSD励磁电压计算及各部位电位计算及分析

2.1 励磁电压及绕组各部位电位计算

按照GB 1094.3的相关规定，在进行单相短时感应耐压试验时，需同时使高压线端达到395 kV、中压线端达到200 kV，试验接线如图1。

图1 短时感应耐压试验试品接线图

接线采用非被试相支撑法，利用非被试相接地支撑，使被试相线端达到考核电压的目的,各绕组向量如图 2（c）。

图2 短时感应耐压试验向量分布图及各绕组电位分布

中压额定电压固定为121 kV，高压电压可以调节，以中压线端达到200 kV计算，高压调整至合适分接位置。

相关计算如下：

式中，UMAC为中压额定短时感应或耐受电压水平，为200 kV；UMN为中压额定电压，为121 kV。

式中，UHAC为高压额定短时感应或耐受电压水平，为395 kV；UHN为高压选定额定电压，此处为调整分接后电压。

可以计算得出UHN＝239 kV。因此，高压分接位置选择6分接较合适。

此时低压励磁电压

ULV=ULN×k=10.5 kV×1.908 6=20.04 kV

又依据非被试相支撑法向量图，知道中压绕组尾端 XM电压为 1/3UMAC，为67 kV。

对于高压绕组尾端K线，在1/3UHAC基础上，还要增加3个分接的试验相电压梯度：

由此，可以依据典型220 kV变压器结构，画出沿绕组高度方向电位梯度分布图，见图2（b）所示，在图中，可以方便的得出各绕组之间、线端之间的电位差，从而方便了绝缘裕度分析、工艺过程控制等工作。

2.2 绕组各部位电位及绝缘分析

由图2（b）可以看出，在此试验中，有以下几点电位梯度较高：

1）高压中部线端与调压线圈的纵绝缘结构，电位差约为250 kV。此处高压出线有小护筒，与调压线圈之间存在纸筒与撑条，形成爬距。

2）中压首端端部出线与低压出线之间，电位差约为162 kV，见图3。

图3 典型220变压器器身结构图

此处绝缘距离相对紧张，中压线圈内侧采用成型角环绝缘结构，但在出线处需要开出线槽，如果处理不当，使角环受到机械力损伤或有折痕，也会大大降低角环的耐击穿强度，造成绝缘缺陷。

另外，从中压出线沿中压角环上表面，跨过围屏和撑条，此处若处理不当（比如纸板高度不够，未能起到隔断作用），易于低压首端形成通路。

试验经验表明，在早期未重视产品洁净化生产时，此处易出现绝缘击穿。

3 ACLD励磁电压计算及各部位电位计算

3.1 励磁电压及绕组各部位电位计算

按照GB1094.3的规定，试验电压需达到1.5Um/。试验接线采取直接励磁法，中性点接地。

具体向量图及绕组电位分布见图4。

图4 长时感应耐压试验向量分布图及各绕组电位分布

长时感应耐压试验的相关计算同短时感应耐压试验方法类似，只不过采用了直接励磁法，无须非被试相支撑。

高压置于5分接，低压励磁倍数为1.56，电压为16.4 kV，高、中压线端分别为218 kV和109 kV，高压K线为10.4 kV。由此可画出沿绕组高度方向的各线圈电位分布图。

3.2 绕组各部位电位及绝缘分析

由图4（b）可以看出，在长时感应耐压试验中，有以下几个部位电位差比较大，电场相对集中。

1）高压中部线端与中压线圈中部的主绝缘结构，电位差约为163 kV。此处电极为线圈边缘，曲率半径大，电场相对均匀。但在之间的围屏、撑条若是存在气穴或杂质，也会导致局部场强畸变，起始放电。

2）中压首端出线部位，与低压之间点位差为125 kV，与夹件肢板等地电位电位差为109 kV，如果此处中压屏蔽不当、绝缘距离处理不当，或是中压压板出线孔内落入异物等，易造成中压局放超标。

3）高压中部线端与调压线段之间电位差为207 kV，此处绝缘结构为高压小护筒内部，经过调压双层纸筒或撑条向调压线段形成爬距。

此处若调压双层纸筒、撑条在粘接过程中存在封闭气隙，易在电场作用下形成局放。

调压线段靠近高压出线侧的上下屏蔽环，如果在制作过程中存在缺陷，也会出现局部放电。

4 结论

电力变压器内部绝缘强度的考核，主要有外施交流耐压试验、雷电冲击及操作波试验、感应耐压试验等项目。而其中的短时感应耐压和长时感应耐压试验是考核变压器内部主绝缘、纵绝缘的重要手段，对器身内各部位绝缘材料、绝缘结构考核全面、严格。

尤其是长时感应耐压试验，在施加1.5Um/电压的同时，检测内部局放，对变压器内部的电场分布，绝缘材料的绝缘强度，器身干燥，装配过程质量以及产品的洁净化程度，真空浸透程度都提出严格的要求。对试验过程中器身场强相对集中的地方，采取均匀电场、加强绝缘的方法，可以有效的通过感应耐压试验的考核，保证产品质量。