论文部分内容阅读
摘要：介绍变压器冲击合闸的高压试验的意义、方法和试验过程中的现象以及注意事项。希望读者吸取成功的经验并应用于实际生活中。
关键词：变压器；冲击合闸；高压试验；试验分析
Abstract: this paper introduces the impact of high voltage transformer off of the test of significance, method and the process of the phenomenon and the matters needing attention. Hope to learn from successful experience of readers and applied to real life.
Keywords: transformer; Impact off; High pressure test; Test analysis
中图分类号：O212.6文献标识码：A 文章编号：
1 试验的意义
变压器冲击合闸试验的主要目的在于解决以下问题：
（1）考核变压器的机械强度即抗电动力水平。由于变压器合闸时产生的励磁涌流很大，在大电流建立的强磁场作用下，绕组与绕组之间、匝与匝之间将可能产生很大的电动力，当变压器机械强度达不到要求时将造成绕组变形。如果变压器不能承受励磁涌流作用下的电动力，也就更加无法承受短路时由短路电流所形成的强烈电动力冲击。本试验在操作过程中出现较大或最大励磁涌流的可能性比较大，因而可以达到考核变压器机械强度的目的。
（2）检查变压器差动保护是否会误动。变压器空载投入时首先接通电源的一侧可能产生很大的励磁涌流，而另一侧没有电流，很容易使变压器的差动保护动作。虽然励磁涌流的数值可达额定电流的数倍，但对于质量合格的变压器而言是不会造成破坏的，一般经0.5～1s 即可衰减到0.25～0.5倍额定电流，但全部衰减完毕所需时间较长，尤其是大型变压器。在励磁涌流衰减初期，若保护的整定值设置不当，往往造成差动保护误动，只要一给变压器合闸通电，就引起保护动作、断路器跳闸令变压器不能正常投入运行。因此，通过变压器空载冲击合闸试验，可对差动保护的接线、特性、定值进行实际检查 ，并作出保护可否投入的评价和结论，为保护整定值的设定与调整提供了实践操作的依据，使继电保护装置能够在变压器空载投入时避开励磁涌流。
（3）检查变压器及其回路的绝缘强度。由于在对变压器进行投退操作时，有可能产生操作过电压。若变压器及其回路有绝缘缺陷，则会被操作过电压击穿而显露出来，从而检验变压器绝缘强度能否承受全电压或操作过电压。
2 试验的方法
按照规程规定：变压器冲击合闸试验状态与变压器空载投退的情形是一样的，因此试验应从变压器电源侧施压进行。由于使用的大部分是降压变压器，电源侧即是高压侧，故可以认为冲击合闸试验是在高压侧进行的。若被试品为发电厂的升压变压器，电源侧为低压侧，则应从低压侧施压冲击。试验前应使变压器与发电机可靠断开，如为三绕组变压器，或发电机端设有厂用变压器，一般应将变压器中压侧或机端厂用变同时断开。发电机与主变压器采用直接连接方式时，一般可不进行变压器冲击合闸试验。
（图1 电源电压初相位为0°时的磁通） （励磁电流i0与磁通Φ间的关系见图2）
做变压器冲击合闸试验时应将变压器的继电保护装置及冷却系统的控制、保护及信号装置投入运行，一方面可以对试验中变压器出现的危险情况加以保护，另一方面，也是为了检查保护装置与变压器的配合情况。
对于中性点接地的电力系统，试验前必须投入主变压器中性点接地开关，以降低操作过电压对变压器绝缘的威胁。
在额定电压下对变压器进行冲击合闸试验的冲击试验次数要求为：新投入运行的变压器及全部更换绕组的变压器，应连续冲击 5 次，配电变压器因无差动保护，通常冲击试验只做3 次；大修后投入运行的变压器，应连续冲击3 次。由于励磁涌流和操作过电压的大小与通电时电压的初相位、剩磁的大小等不确定因素直接相关，不同时刻合闸所形成的电流、电压的幅值不同，而通過 3～5 次的合闸操作，每次操作有三相互差 120°的电压作用，这样就可以达到9～15相次的数值不同的合闸电流及操作电压，提高了最大值出现的机率，增强了试验结果的鉴定意义。当然，考虑到冲击合闸试验带有一定的破坏性，操作的次数也不宜过多，3～5 次的操作已能基本说明问题。
第一次冲击操作后要持续运行10min 以上，最好带电运行时间不少于30min，以便有充裕的时间观察变压器是否存在异常现象。通常变压器如果存在绝缘缺陷的话，在第一次合闸通电以后就会显露出来，因此应特别加强此刻的检查，操作前应派人到现场对变压器进行监视，检查变压器有无异状，发现异常情况时应立即停止操作，同时检查主变压器差动保护及瓦斯保护的工作情况，录制主变压器冲击合闸时的励磁涌流示波图。以后的每次合闸间隔时间不少于5min。
额定电压为110kV 及以上、容量为15MVA 及以上的变压器，在冲击试验前、后应对变压器油作色谱分析。
为了确保变压器的绝缘状态良好，避免在变压器冲击合闸试验中出现绝缘破损现象，可在做冲击合闸试验之前先做局部放电试验，局放试验合格以后再做冲击合闸试验。
3 试验过程分析与处理变压器冲击合闸试验过程中主要检查两方面的现象：
变压器的状态检查。冲击试验中应注意观测冲击电流、空载电流、一次二次侧电压、变压器温度等数值情况，并做好详细记录。检查变压器空载运行的声音是否正常，正常时变压器发出均匀的电磁嗡嗡声。常见的声音异常有以下几种情况：声音比较大而均匀时，可能是外加电压偏高所引起；声音较大而嘈杂，可能是铁芯或金属附件松动所产生；有吱吱的放电声音，可能是内部或套管表面发生闪络现象；有爆裂声响，可能是变压器内部出现击穿现象。对于以上异常现象应严加注意，并及时查出原因进行相应处理。
（2）保护装置的检查。在冲击合闸的过程中，应仔细检查继电保护装置的动作情况，当合闸后出现了差动保护等电信号驱动的保护装置动作，电流表的冲击指示值很大，但气体继电器、压力释放阀和压力继电器没有动作，或是气体继电器动作，但里面无可燃性气体，且压力释放阀和压力继电器没有动作，则可以判断是继电保护装置的整定值需要调整。此时应根据冲击电流的大小并充分考虑保护装置的可靠性后，调整继电保护装置的整定值，然后再进行下一次冲击合闸试验，必要时可适当增加冲击合闸的次数（不宜对变压器连续多次合闸充电，因在大电流的多次冲击下，容易在其引起的电动力作用下逐渐造成绕组固定装置松动）。如果继电保护装置仍然动作，则应对变压器进行详细的检查与试验，抽取变压器油样，进行油中气体的色谱分析，以判断变压器是否存在内部故障，从而决定是否继续进行冲击合闸试验，以及保护整定值的调整。
4 试验的注意事项
变压器冲击合闸是在变压器额定电压下进行的，因此试验前应对变压器进行送电前的全面检查：确认各种试验单据齐全，数据真实可靠；变压器一次 、二次引线相位、相色正确；接地线等压接接触截面符合设计和国家现行规范规定； 变压器应清理擦拭干净，顶盖上无遗留杂物，本体及附件无缺损。所有紧固件、连接件安装牢固，无渗油；通风设施 、事故排油设施 、消防设施齐备 ，工作正常；油浸变压器的油系统油门应拉开，油门指示正确，油位正常；变压器的分接头位置处于正常电压档位；保护装置整定值符合规定要求，操作及联动试验正常。上述检验合格后，且经质量监督部门进行检查合格后，方可进行变压器合闸操作。
关于合闸电源的选择：
（1）冲击合闸试验宜在高压侧进行。在高压侧合闸所产生的励磁涌流及操作过电压均比在低压侧操作时所产生的数值要小，对变压器产生的破坏力相对要小一些。
（2）试验时如果有几个电源可供选择向变压器充电，应选用小系统电源充电。小系统电源的等值阻抗相对较大，出现励磁涌流时系统压降较大，加于变压器的实际电压变小，从而导致励磁涌流减小。而且小系统电源的等值阻抗中电阻成份较大，能加快励磁涌流的衰减。
5 试验现象及案例分析现象
1：某 110kV 变电站主变为钟罩式变压器，对其进行冲击合闸试验时, 在钟罩靠近底座附近的位置出现火花放电现象。分析火花产生的原因是变压器的钟罩外壳与底座及地网的连接不良所造成。由于变压器的外壳底座是接地的，变压器的绕组与外壳之间充满了变压器油，构成了两个导体中间加绝缘介质的“电容器”结构。在进行变压器冲击合闸试验时，所产生的励磁涌流，相当于向“电容器”的一个极板（绕组）以高压、大电流强充电。由于变压器为钟罩型式，“电容器”的另一个极板（外壳）是通过螺栓接地，螺杆、螺母、螺孔、法兰盘等结构之间有油膜、气隙甚至油漆形成电阻，加之电流过大，造成储能电荷不能顺利对地泄流、均匀导通，从而在钟罩与底盘之间产生电位差，出现击穿放电的火花现象。且放电火花的大小，与变压器合闸时产生的励磁涌流的大小相对应，励磁涌流大，则火花也大；励磁涌流小，火花也小。这种火花一闪即逝，对变压器不会造成危害，可通过清洗法兰周边和紧固螺杆螺母垫圈上的变压器油及油漆，均匀紧固所有螺丝，将变压器外壳与地网进行可靠连接等一系列措施，达到使变压器外壳接地导通顺畅，放电条件良好的要求，从而解决这一火花放电现象。
现象2：某厂 110kV 主变安装且前期调试合格后，进行变压器冲击合闸试验，通电后检查变压器 B 相无电压显示，经故障查找发现变压器的 B 相绕组存在接地现象，此前曾对变压器各部位的绝缘电阻进行测量，数据完全合格。进一步检查测试发现该相绕组连同套管引线一起击穿接地，对变压器解体后发现接地是由于 B 相套管引线与升高座接触所造成，B 相套管引线在安装时配置过长，且位置处理不当，在冲击合闸时受到冲击电动力的作用发生位置偏移而接地。从此事故中可以看到制造、安装的细节处理对变压器运行安全的影响，也反映出变压器合闸过程中所产生的强大电动力对变压器机械强度的要求。
6 结束語
变压器的冲击合闸试验是在变压器的额定工作电压下进行的，且试验过程中可能受到操作过电压、励磁涌流以及强烈的电动力冲击所带来的破坏，试验现象中涉及的设备多，影响范围联系到一次设备及二次保护、仪表的运行情况，其结果直接反映变压器的制造、安装质量，体现变压器抗冲击电流、 电压的能力以及二次保护装置与变压器的配合运行情况，是变压器投运前的重要试验项目，参与试验的相关工作人员应以专业、严谨、细致的态度来观察试验现象，共同分析现象成因，合理解决相关问题，从而确保变压器能够安全投入运行。
参考文献：
[1] 周武仲.电力设备维修诊断与预防性试验[M].中国电力出版社.
[2] DL/T－596－1996,电力设备预防性试验规程[S].
关键词：变压器；冲击合闸；高压试验；试验分析
Abstract: this paper introduces the impact of high voltage transformer off of the test of significance, method and the process of the phenomenon and the matters needing attention. Hope to learn from successful experience of readers and applied to real life.
Keywords: transformer; Impact off; High pressure test; Test analysis
中图分类号：O212.6文献标识码：A 文章编号：
1 试验的意义
变压器冲击合闸试验的主要目的在于解决以下问题：
（1）考核变压器的机械强度即抗电动力水平。由于变压器合闸时产生的励磁涌流很大，在大电流建立的强磁场作用下，绕组与绕组之间、匝与匝之间将可能产生很大的电动力，当变压器机械强度达不到要求时将造成绕组变形。如果变压器不能承受励磁涌流作用下的电动力，也就更加无法承受短路时由短路电流所形成的强烈电动力冲击。本试验在操作过程中出现较大或最大励磁涌流的可能性比较大，因而可以达到考核变压器机械强度的目的。
（2）检查变压器差动保护是否会误动。变压器空载投入时首先接通电源的一侧可能产生很大的励磁涌流，而另一侧没有电流，很容易使变压器的差动保护动作。虽然励磁涌流的数值可达额定电流的数倍，但对于质量合格的变压器而言是不会造成破坏的，一般经0.5～1s 即可衰减到0.25～0.5倍额定电流，但全部衰减完毕所需时间较长，尤其是大型变压器。在励磁涌流衰减初期，若保护的整定值设置不当，往往造成差动保护误动，只要一给变压器合闸通电，就引起保护动作、断路器跳闸令变压器不能正常投入运行。因此，通过变压器空载冲击合闸试验，可对差动保护的接线、特性、定值进行实际检查 ，并作出保护可否投入的评价和结论，为保护整定值的设定与调整提供了实践操作的依据，使继电保护装置能够在变压器空载投入时避开励磁涌流。
（3）检查变压器及其回路的绝缘强度。由于在对变压器进行投退操作时，有可能产生操作过电压。若变压器及其回路有绝缘缺陷，则会被操作过电压击穿而显露出来，从而检验变压器绝缘强度能否承受全电压或操作过电压。
2 试验的方法
按照规程规定：变压器冲击合闸试验状态与变压器空载投退的情形是一样的，因此试验应从变压器电源侧施压进行。由于使用的大部分是降压变压器，电源侧即是高压侧，故可以认为冲击合闸试验是在高压侧进行的。若被试品为发电厂的升压变压器，电源侧为低压侧，则应从低压侧施压冲击。试验前应使变压器与发电机可靠断开，如为三绕组变压器，或发电机端设有厂用变压器，一般应将变压器中压侧或机端厂用变同时断开。发电机与主变压器采用直接连接方式时，一般可不进行变压器冲击合闸试验。
（图1 电源电压初相位为0°时的磁通） （励磁电流i0与磁通Φ间的关系见图2）
做变压器冲击合闸试验时应将变压器的继电保护装置及冷却系统的控制、保护及信号装置投入运行，一方面可以对试验中变压器出现的危险情况加以保护，另一方面，也是为了检查保护装置与变压器的配合情况。
对于中性点接地的电力系统，试验前必须投入主变压器中性点接地开关，以降低操作过电压对变压器绝缘的威胁。
在额定电压下对变压器进行冲击合闸试验的冲击试验次数要求为：新投入运行的变压器及全部更换绕组的变压器，应连续冲击 5 次，配电变压器因无差动保护，通常冲击试验只做3 次；大修后投入运行的变压器，应连续冲击3 次。由于励磁涌流和操作过电压的大小与通电时电压的初相位、剩磁的大小等不确定因素直接相关，不同时刻合闸所形成的电流、电压的幅值不同，而通過 3～5 次的合闸操作，每次操作有三相互差 120°的电压作用，这样就可以达到9～15相次的数值不同的合闸电流及操作电压，提高了最大值出现的机率，增强了试验结果的鉴定意义。当然，考虑到冲击合闸试验带有一定的破坏性，操作的次数也不宜过多，3～5 次的操作已能基本说明问题。
第一次冲击操作后要持续运行10min 以上，最好带电运行时间不少于30min，以便有充裕的时间观察变压器是否存在异常现象。通常变压器如果存在绝缘缺陷的话，在第一次合闸通电以后就会显露出来，因此应特别加强此刻的检查，操作前应派人到现场对变压器进行监视，检查变压器有无异状，发现异常情况时应立即停止操作，同时检查主变压器差动保护及瓦斯保护的工作情况，录制主变压器冲击合闸时的励磁涌流示波图。以后的每次合闸间隔时间不少于5min。
额定电压为110kV 及以上、容量为15MVA 及以上的变压器，在冲击试验前、后应对变压器油作色谱分析。
为了确保变压器的绝缘状态良好，避免在变压器冲击合闸试验中出现绝缘破损现象，可在做冲击合闸试验之前先做局部放电试验，局放试验合格以后再做冲击合闸试验。
3 试验过程分析与处理变压器冲击合闸试验过程中主要检查两方面的现象：
变压器的状态检查。冲击试验中应注意观测冲击电流、空载电流、一次二次侧电压、变压器温度等数值情况，并做好详细记录。检查变压器空载运行的声音是否正常，正常时变压器发出均匀的电磁嗡嗡声。常见的声音异常有以下几种情况：声音比较大而均匀时，可能是外加电压偏高所引起；声音较大而嘈杂，可能是铁芯或金属附件松动所产生；有吱吱的放电声音，可能是内部或套管表面发生闪络现象；有爆裂声响，可能是变压器内部出现击穿现象。对于以上异常现象应严加注意，并及时查出原因进行相应处理。
（2）保护装置的检查。在冲击合闸的过程中，应仔细检查继电保护装置的动作情况，当合闸后出现了差动保护等电信号驱动的保护装置动作，电流表的冲击指示值很大，但气体继电器、压力释放阀和压力继电器没有动作，或是气体继电器动作，但里面无可燃性气体，且压力释放阀和压力继电器没有动作，则可以判断是继电保护装置的整定值需要调整。此时应根据冲击电流的大小并充分考虑保护装置的可靠性后，调整继电保护装置的整定值，然后再进行下一次冲击合闸试验，必要时可适当增加冲击合闸的次数（不宜对变压器连续多次合闸充电，因在大电流的多次冲击下，容易在其引起的电动力作用下逐渐造成绕组固定装置松动）。如果继电保护装置仍然动作，则应对变压器进行详细的检查与试验，抽取变压器油样，进行油中气体的色谱分析，以判断变压器是否存在内部故障，从而决定是否继续进行冲击合闸试验，以及保护整定值的调整。
4 试验的注意事项
变压器冲击合闸是在变压器额定电压下进行的，因此试验前应对变压器进行送电前的全面检查：确认各种试验单据齐全，数据真实可靠；变压器一次 、二次引线相位、相色正确；接地线等压接接触截面符合设计和国家现行规范规定； 变压器应清理擦拭干净，顶盖上无遗留杂物，本体及附件无缺损。所有紧固件、连接件安装牢固，无渗油；通风设施 、事故排油设施 、消防设施齐备 ，工作正常；油浸变压器的油系统油门应拉开，油门指示正确，油位正常；变压器的分接头位置处于正常电压档位；保护装置整定值符合规定要求，操作及联动试验正常。上述检验合格后，且经质量监督部门进行检查合格后，方可进行变压器合闸操作。
关于合闸电源的选择：
（1）冲击合闸试验宜在高压侧进行。在高压侧合闸所产生的励磁涌流及操作过电压均比在低压侧操作时所产生的数值要小，对变压器产生的破坏力相对要小一些。
（2）试验时如果有几个电源可供选择向变压器充电，应选用小系统电源充电。小系统电源的等值阻抗相对较大，出现励磁涌流时系统压降较大，加于变压器的实际电压变小，从而导致励磁涌流减小。而且小系统电源的等值阻抗中电阻成份较大，能加快励磁涌流的衰减。
5 试验现象及案例分析现象
1：某 110kV 变电站主变为钟罩式变压器，对其进行冲击合闸试验时, 在钟罩靠近底座附近的位置出现火花放电现象。分析火花产生的原因是变压器的钟罩外壳与底座及地网的连接不良所造成。由于变压器的外壳底座是接地的，变压器的绕组与外壳之间充满了变压器油，构成了两个导体中间加绝缘介质的“电容器”结构。在进行变压器冲击合闸试验时，所产生的励磁涌流，相当于向“电容器”的一个极板（绕组）以高压、大电流强充电。由于变压器为钟罩型式，“电容器”的另一个极板（外壳）是通过螺栓接地，螺杆、螺母、螺孔、法兰盘等结构之间有油膜、气隙甚至油漆形成电阻，加之电流过大，造成储能电荷不能顺利对地泄流、均匀导通，从而在钟罩与底盘之间产生电位差，出现击穿放电的火花现象。且放电火花的大小，与变压器合闸时产生的励磁涌流的大小相对应，励磁涌流大，则火花也大；励磁涌流小，火花也小。这种火花一闪即逝，对变压器不会造成危害，可通过清洗法兰周边和紧固螺杆螺母垫圈上的变压器油及油漆，均匀紧固所有螺丝，将变压器外壳与地网进行可靠连接等一系列措施，达到使变压器外壳接地导通顺畅，放电条件良好的要求，从而解决这一火花放电现象。
现象2：某厂 110kV 主变安装且前期调试合格后，进行变压器冲击合闸试验，通电后检查变压器 B 相无电压显示，经故障查找发现变压器的 B 相绕组存在接地现象，此前曾对变压器各部位的绝缘电阻进行测量，数据完全合格。进一步检查测试发现该相绕组连同套管引线一起击穿接地，对变压器解体后发现接地是由于 B 相套管引线与升高座接触所造成，B 相套管引线在安装时配置过长，且位置处理不当，在冲击合闸时受到冲击电动力的作用发生位置偏移而接地。从此事故中可以看到制造、安装的细节处理对变压器运行安全的影响，也反映出变压器合闸过程中所产生的强大电动力对变压器机械强度的要求。
6 结束語
变压器的冲击合闸试验是在变压器的额定工作电压下进行的，且试验过程中可能受到操作过电压、励磁涌流以及强烈的电动力冲击所带来的破坏，试验现象中涉及的设备多，影响范围联系到一次设备及二次保护、仪表的运行情况，其结果直接反映变压器的制造、安装质量，体现变压器抗冲击电流、 电压的能力以及二次保护装置与变压器的配合运行情况，是变压器投运前的重要试验项目，参与试验的相关工作人员应以专业、严谨、细致的态度来观察试验现象，共同分析现象成因，合理解决相关问题，从而确保变压器能够安全投入运行。
参考文献：
[1] 周武仲.电力设备维修诊断与预防性试验[M].中国电力出版社.
[2] DL/T－596－1996,电力设备预防性试验规程[S].