一、试验目的与基本原理
感应耐压试验是考核变压器绝缘强度的关键项目,其主要目的是在高于工作电压的条件下,验证变压器主绝缘(绕组对地、绕组之间)和纵绝缘(匝间、层间、段间)的承受能力。试验通过在变压器低压侧施加特定频率和波形的交流电压,在高压侧感应出规定的高压,以模拟实际运行中可能出现的工频电压升高和操作过电压等应力情况。
二、主要试验方案
根据试验电压的波形和产生方式,感应耐压试验主要分为两类方案,具体如下:
(一)工频/倍频交流感应耐压试验
本方案是考核变压器纵绝缘和分级绝缘主绝缘的标准方法,适用范围广、规范性强。
1. 核心原理
为避免铁芯在2倍及以上额定电压下磁饱和,必须相应提高试验电源频率(如100Hz、150Hz、200Hz),确保试验过程中铁芯工作状态稳定,试验结果准确可靠。
2. 适用对象
各类电力变压器、互感器的出厂、交接及大修后试验,尤其适用于分级绝缘变压器的分相试验,能全面考核不同工况下设备的绝缘性能。
3. 试验程序
(1)接线:试验电源通常接至被试变压器低压绕组,非被试绕组短路接地或连接至合适电位,高压绕组开路或通过测量装置接地,确保接线规范、无安全隐患。
(2)升压:使用变频电源装置,从零开始平稳升压至目标试验电压,避免冲击升压对设备造成损伤;对于分级绝缘变压器,需精确控制高压端子和中性点的电位,防止局部绝缘受力超标。
(3)耐压计时:在规定的试验电压下持续规定时间,试验时间按下式计算:t = 120秒 × (额定频率 / 试验频率),且不少于15秒,确保绝缘在规定应力下得到充分考核。
(4)监测与记录:全程监测试验电压、电流波形,并按要求记录局部放电量,实时掌握试验过程中设备的绝缘状态,为试验结果判定提供依据。
4. 合格判据
在规定时间内,无绝缘击穿、局部放电量未超标、试验电压和电流波形无异常变化,即判定试验合格。
(二)操作波感应耐压试验
本方案主要用于现场考核大型变压器耐受操作过电压的能力,适配现场试验的特殊需求,能更贴近实际运行中设备面临的过电压工况。
1. 核心原理
通过向低压绕组放电,在高压侧感应出符合标准波形的操作冲击电压,以模拟系统投切产生的过电压,精准考核设备在瞬时过电压作用下的绝缘耐受能力。
2. 适用对象
220kV及以上电压等级的大型电力变压器,特别是在现场不具备倍频试验条件时,是现场试验的优选方案。
3. 试验程序
(1)波形校准:在低于50%试验电压下进行冲击,确定充电电压与输出高压的比例关系,并调整至标准波形(波头时间≥100μs,波尾时间≥1000μs,过零时间≥200μs),确保试验波形符合规范要求。
(2)预试验:在75%试验电压下冲击一次,记录电压和电流参考波形,为正式试验结果比对提供基准。
(3)正式试验:在100%额定试验电压下,通常冲击3次,全面考核设备在额定过电压应力下的绝缘稳定性。
4. 合格判据
将全电压下的电压、电流波形与降低电压下的参考波形进行比对。若波形形状、振荡频率、过零点等未发生显著畸变,且幅值比例正常,则判定试验通过。
三、仪器设备配置清单
一套完整的感应耐压试验系统由电源、测量、保护及辅助设备构成,各部分设备配置及要求如下:
(一)核心电源设备
1. 多倍频感应耐压试验装置:作为交流试验的核心,应选用采用电力电子变频技术的现代装置。其输出频率应在50-200Hz范围内可调,输出容量需根据被试变压器容量和试验电压计算选择(通常为3kVA至100kVA以上)。装置应具备低波形畸变率(≤3%)、触摸屏控制、自动计时及多重保护功能,确保试验过程稳定、安全、高效。
2. 无局放变频串联谐振试验系统:对于更高电压等级或要求精确测量局部放电的试验,推荐使用此系统。它通过调节频率使回路中的电抗器与被试品电容发生谐振,从而在试品上获得高电压。该系统优点包括输出波形好(正弦波畸变率<3%)、所需电源容量小、局放水平低(可≤10pC),系统主要由变频电源、励磁变压器、谐振电抗器、电容分压器组成。
3. 操作波冲击电压发生器:用于产生标准操作冲击波,主要包括高压储能电容器、波头/波尾电阻、触发球隙、直流充电单元等,能精准输出符合规范的操作冲击波形。
(二)测量与监测设备
1. 高压测量系统:必须采用高精度的测量方式,推荐使用高精度电容分压器配合数字峰值电压表或高压示波器进行测量,系统整体测量误差应不大于3%,确保试验电压测量准确。
2. 电流监测装置:使用精密分流器和示波器测量试验回路电流,在操作波试验中,“示伤电流”波形的对比是判断绝缘故障的关键依据,能及时发现绝缘潜在缺陷。
3. 局部放电检测系统:若试验标准或相关要求需监测局部放电,需配置该系统,包括无局放耦合电容、高频电流传感器(HFCT)及数字式局部放电检测仪,用于监测、定位和记录试验过程中的局部放电信号,为绝缘性能评估提供详细数据。
4. 波形记录与分析仪:采用多通道数字存储示波器,用于同步记录电压、电流波形,并具备波形叠加、比对分析功能,方便试验后对波形数据进行复盘和分析,精准判定试验结果。
(三)保护与辅助设备
1. 综合保护控制单元:集成过电压保护、过电流保护、闪络保护、零位启动保护、紧急停机等功能,能全方位保障试验过程中设备和人员的安全,避免意外事故发生。
2. 补偿电抗器:用于补偿被试变压器的容性电流,提高电源装置的输出能力,确保试验过程中电压稳定,满足试验负荷需求。
3. 专用高压连接组件:包括均压罩、屏蔽导线、绝缘支柱等,以减少电晕干扰,避免干扰试验测量数据的准确性,同时保障高压连接部位的绝缘安全。
4. 接地系统:配备重型接地线和接地棒,确保所有设备及被试变压器外壳可靠接地,接地电阻符合安全要求,杜绝触电等安全隐患。
四、安全措施与试验准备
为确保试验安全有序开展,保障人员和设备安全,试验前需做好充分准备并严格执行以下安全措施:
1. 资质与方案:试验人员必须具备相应资质,熟悉试验流程和安全规范。试验前需根据GB 1094.3、DL/T 474.6、DL/T 2486等现行标准制定详细的作业指导书,明确试验步骤、安全注意事项和应急处置方案。
2. 安全隔离:确认被试变压器与所有带电系统已完全隔离,各侧绕组短路并可靠接地放电,彻底消除带电隐患。试验区域装设安全围栏,悬挂警示牌,设专人监护,禁止无关人员进入试验区域。
3. 设备状态确认:试验前,变压器应已通过绝缘电阻、吸收比、介质损耗、油色谱分析等常规试验,确认无严重受潮或缺陷,确保被试设备处于合格状态,避免试验过程中因设备本身缺陷引发事故。
4. 设备检查:检查所有试验设备接地是否牢固,仪器仪表是否在有效检定周期内,连线是否正确无误、接触良好,排查设备及连线的安全隐患,确保试验设备正常运行。
5. 环境控制:试验应在良好天气下进行,环境相对湿度不宜大于80%;设备工作环境温度一般为-10℃至+45℃,避免恶劣环境影响试验安全和试验结果准确性。
6. 分步操作:试验过程中严格执行降压-断电-接地的操作顺序,升压必须从零开始,并缓慢进行,禁止冲击合闸,防止操作不当对设备和人员造成伤害。