1000kv、1000mva特高壓交流電力變壓器局部放電試驗

1000kv、1000mva特高壓交流電力變壓器局部放電試驗

0主變特性v、400kva中國1000kv晉東南-南陽-荊門高壓交流試驗示范工程是中國最高電壓等級的輸電工程。它包括晉東南變電站,南陽開關站,荊門變電站3個站,晉東南站與荊門站各有1組主變,由3臺單相1000kV、1000MVA變壓器組成,其中荊門站的3臺主變由特變電工沈陽變壓器集團有限公司(TBEA)生產(chǎn),晉東南站的3臺主變由天威保定變壓器有限公司生產(chǎn)。該變壓器主要參數(shù)和特性為:名稱為自耦無勵磁調壓變壓器;型號為ODFPS-1000000/1000;工號為08B02100;額定容量為1000000/1000000/334000kVA;額定電壓為(1050/√3)/(525/√3±4×1.25%)/110kV;額定電流為1650/3299/3037A;連接組標號為Ia0I0;額定頻率為50Hz;冷卻方式為主體變壓器OFAF,調壓變壓器ONAN。本文分析特高壓變壓器的局部放電試驗。1高壓壓曹的安裝試驗1.1特高壓變壓器外觀結構特變電工沈陽變壓器集團有限公司生產(chǎn)的荊門站A相ODFPS-1000000/1000型特高壓變壓器分為主體變和調壓變兩部分,表1為變壓器的絕緣水平,其外觀結構見圖1。特高壓變壓器的局部放電試驗對主體變與調壓變分別進行,調壓變電壓等級為110kV,試驗難度不大,本文就不再詳述,下面主要討論主變試驗方案。1.1.1試驗連接圖2為主體變壓器局部放電(PD)試驗接線圖。試驗采用中頻發(fā)電機電源經(jīng)中間變升壓進行勵磁。1.1.2驗電壓為u1/3時圖3為試驗加壓程序。圖中U1、U2分別為試驗過程中施加的試驗電壓,設備的最高電壓Um=1100kV。當試驗電壓為U1=1.7Um/√3時,UA=1100kV,UAm=550kV,Ua=199.6kV;當試驗電壓為U2=1.5Um/√3時,UA=952.6kV,UAm=476.3kV,Ua=172.9kV;當試驗電壓為U3=1.1Um/√3時,UA=698.6kV,UAm=349.3kV,Ua=126.8kV。1.2局部放電試驗主體變局部放電試驗采用200Hz交流電源,試驗前使用1000kV標準分壓器校準高壓端電壓,在1.5Um/√3下持續(xù)5min?1.7Um/√3下持續(xù)5min,然后電壓降至1.5Um/√3下分別測量A、Am、a端局部放電量,同時監(jiān)測鐵心和夾件的局部放電量,持續(xù)60min。使用紫外成像儀監(jiān)測外部電暈。繞組連同套管進行長時工頻感應電壓試驗(ACLD)帶局部放電試驗的加壓過程見圖3,測量結果高、中、低壓3端局部放電量分別<100、200、300pC,滿足技術條件規(guī)定值。特高壓變壓器局部放電試驗表現(xiàn)出以下一些主要特點:1)加壓程序與GB1094.3的規(guī)定不同,更加嚴格。首臺特高壓變壓器出廠試驗預加時間為5min,并不按GB1094.3的規(guī)定進行頻率折算。2)特高壓變壓器試驗電壓高,容易發(fā)生外部懸浮及電暈放電,應特別注意屏蔽措施。第1次加到電壓1.5Um/√3時,高壓端出現(xiàn)較大局部放電脈沖,用紫外成像儀可觀測到靠近高壓側第1臺冷卻器右上角一顆固定風扇的螺栓處有電暈。3)當試驗電壓加至1.7Um/√3時,由于均壓罩的尺寸、形狀、光潔度以及環(huán)境濕度等均會引起電場畸變,高壓套管可能會出現(xiàn)外部電暈現(xiàn)象?？赏ㄟ^降壓至電暈熄滅后再升壓的方式消除電暈。圖4為紫外成像儀觀測到的高壓套管第3節(jié)中部電暈的紫外成像圖。4)特高壓變壓器在局部放電試驗過程中,電壓高,電場強,局部放電量由小變大,放電時間短且發(fā)展速度快,給試驗分析判斷、決策造成困難。5)特高壓交流變壓器體積大,其內部所采用的屏蔽部件多,對其內部局部放點的定位困難。2高壓儲氣管的特性試驗2.1局部放電試驗特高壓變壓器套管是特高壓變壓器的關鍵組件,目前這個組件是由意大利P&V公司生產(chǎn)。根據(jù)特高壓套管的型式試驗的要求,套管的局部放電試驗應是在ACLD中進行。以下就國網(wǎng)電力科學研究院完成的特高壓變壓器套管的局部放電試驗及型式試驗的過程進行討論。2.1.1同電容量的耦合電容器來沖擊利用在套管的局部放電測量時,由于測量電壓較高(953kV),試驗場地的金屬懸浮放電和試驗回路連接導線的電暈都會嚴重干擾試品局放的測量。而采用平衡測量方式是有效剔除這類干擾的方法。使用平衡法測量時一般要求使用與試品相同電容量的耦合電容器(即Cx=Ck),這樣從對于從外部回路傳過來的干擾脈沖信號能夠在平衡回路中完全抵消。但是在圖5的試驗回路中,耦合電容器的電容量為Ck=1000pF,而套管的電容量約為Cx=685.5pF,因此,在Ck與Cx的參數(shù)并不能調節(jié)到完全一致情況下,用耦合電容器和試品電容組成的平衡回路只能起到部分抗干擾能力,這種不完全平衡效果可以通過下面的計算給出。(Ck-Cx)/Ck即為不平衡率,1-(Ck-Cx)/Ck為干擾抑制比。對于本次試驗,非平衡方式測量的不平衡率為31.5%,干擾抑制比為1-31.5%=68.5%。即當局放測量回路外部及引線有31pC的放電干擾時,可以保證試驗回路內的干擾控制在10pC范圍內。2.1.2壓力下套管視加壓過程如圖6加壓所示,該項試驗要求:1)在U2=1.5Ur/√3=953kV電壓下套管視在局部放電量≤10pC;Ur=1050kV,為額定電壓。2)在U3=1.1Ur/=699kV電壓下,套管的視在局部放電量≤5pC。2.2放電試驗結果的序進行試驗后的測試系統(tǒng)并進行了測高壓套管型式試驗時帶局部放電測量的ACLD試驗按圖6加壓時序進行,通過對試驗環(huán)境的控制、局部放電試驗方法的改進,并記錄全過程局放測量的波形。特高壓套管在1.5Um/√3電壓下局部放電量<5pC,達到標準要求。局放測量波形見圖7。3局部高壓壓塔的試驗標準3.1試驗2/31000kV晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程電氣設備交接試驗標準中關于局部放電試驗規(guī)定如下:進行調壓補償變壓器局部放電試驗時,施加電壓的程序應與制造廠例行試驗一致。進行主體變局部放電試驗時,施加電壓應按圖8所示的程序進行:1)在≤U2/3的電壓下接通電源;2)上升到1.1Um/√3,保持5min;3)上升到U2,保持5min;4)上升到U1,當試驗電壓頻率等于或小于兩倍額定頻率時,試驗持續(xù)時間應為60s;當試驗頻率超過兩倍額定頻率時,試驗持續(xù)時間應為額定頻率試驗頻率×120s,且≥15s;5)試驗后立刻不間斷地降低到U2,并至少保持60min,以便測量局部放電;6)降低到1.1Um/√3,保持5min;7)當電壓降低到U2/3以下時,方可斷開電源。在U2的長時試驗期間,本體變1000kV端子局部放電量的連續(xù)水平應≤100pC,500kV端子的局部放電量的連續(xù)水平應≤200pC,110kV端子局部放電量的連續(xù)水平應≤300pC。在1.1Um/√3下,視在電荷量的連續(xù)水平應≤100pC。3.2與與兩種試驗標準的比較特高壓變壓器局部放電交接試驗標準在制定過程中參考了《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》以及《750kV超高壓電氣設備交接試驗標準》,但是與二者又存在一定差異。3.2.1試驗結果u1GB50150-2006附錄C中規(guī)定局部放電試驗預加電壓U1=1.7Um/√3,在《750kV超高壓電氣設備交接試驗標準》中規(guī)定U1為產(chǎn)品工頻耐受電壓的85%。這主要考慮到隨著電壓等級的提高,U1=1.7Um/√3與設備的短時工頻耐受電壓的差距越來越小,尤其是到了1000kV電壓等級已經(jīng)與短時工頻耐受電壓相接近。根據(jù)GB1094.3的規(guī)定,重復絕緣試驗電壓值應為原額定耐壓值的80%(GB1094.3-1996規(guī)定為85%),由于U1=1.7Um/√3高于工頻耐受電壓的85%,因此特高壓交接試驗標準中規(guī)定:U1=1.5Um/√3=953kV>1100×80%kV,這主要考慮到出廠試驗時,變壓器能夠承受1.5Um/√3電壓60min,現(xiàn)場試驗預加電壓定為1.5Um/√3時變壓器絕緣承受能力上不存在問題;這樣,U1=1.5Um/√3、U2=1.3Um/√3的加壓程序與U1=1.7Um/√3、U2=1.5Um/√3的加壓程序在電壓梯度及伏秒特性上更接近、合理。3.2.2放電量的連續(xù)交接試驗標準與出廠試驗局部放電量的規(guī)定一樣,均是在U2的長時試驗期間,本體變1000kV端子局部放電量的連續(xù)水平應≤100pC,500kV端子的局部放電量的連續(xù)水平應≤200pC,110kV端子局部放電量的連續(xù)水平應≤300pC。這比GB50150以及750kV超高壓電氣設備交接試驗標準均嚴格,考慮到現(xiàn)場將局部放電背景降到100pC比較困難,此規(guī)定偏嚴格,給現(xiàn)場試驗增加了難度。4局部高壓壓塔的壓痕試驗4.1局部供電試驗方案4.1.1局部放電監(jiān)測試驗采用GB1094-2003《電力變壓器》國家標準規(guī)定的試驗接線,采用低壓勵磁、對稱加壓接線方式,同時在高壓,中壓,低壓以及鐵心處監(jiān)測局部放電。局部放電試驗接線如圖9所示。4.1.2局部放電監(jiān)測試驗采用GB1094-2003《電力變壓器》國家標準規(guī)定的試驗接線,采用低壓勵磁、單邊加壓接線方式,同時在高壓、中壓、低壓以及鐵心處監(jiān)測局部放電。局部放電試驗接線如圖10所示。4.1.3采用輔助加壓方案特高壓變壓器現(xiàn)場局部放電試驗既可以采用單邊加壓方式也可以采用對稱加壓方式,但是兩種加壓方案存在一些差異。1)對稱加壓方案,主變低壓側兩個端子施加電壓相對于單邊加壓方案電壓低。對勵磁變壓器及補償電抗器的電壓等級要求低,試驗設備更容易實現(xiàn)。2)對稱加壓方案,主變中壓首端電壓與低壓首端之間的電勢差高于單邊加壓方案。具體計算結果見表2和表3。4.2現(xiàn)場試驗驗證特變電工沈陽變壓器集團有限公司生產(chǎn)的荊門站A相ODFPS-1000000/1000型特高壓變壓器的現(xiàn)場交接試驗采用單邊加壓試驗方案,試驗接線如圖11所示,試驗嚴格按照交接試驗標準進行,主變高壓、中壓、低壓端子局部放電量滿足交接試驗標準規(guī)定,試驗成功,結果合格。5變壓器局部放電試驗及銜接試驗本文以特變電工沈陽變壓器集團有限公司生產(chǎn)的荊門站A相ODFPS-1000000/1000型特高壓變壓器為例,分析了該變壓器出廠時局部放電試驗,特高壓變壓器套管局部放電型式試驗,國家電網(wǎng)公司《1000kV晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程電氣設備交接試驗標準》以及該特高壓變壓器的交接試驗。并從試驗方案、測量設備、抗干擾3個方面提出特殊措施,以滿足特高壓交流變壓器局部放電試驗測量、分析和定位的需要。5.1局部供電試驗系統(tǒng)的要求5.1.1變壓器局部放電測量1)在特高壓變壓器上應盡可能多設置局部放電測量及監(jiān)測點,即1000kV套管末屏端、500kV套管末屏端、110kV套管末屏端(如有可能在每支套管都安排監(jiān)測點)、變壓器的鐵心、夾件引出線端等。2)在變壓器局部放電測量前,要在各局放測量端正確進行脈沖校準,并記錄相互間的傳遞比關系。3)在變壓器、電抗器出廠局部放電測量時,應安排兩套局部放電測量裝置,分別用于局部放電量觀測讀數(shù)和全過程的局部放電信號錄波存儲,便于后續(xù)分析和研究。4)在局部放電測量程序完成后,應重新對所有測量端子進行局部放脈沖的重復校正工作,確保測量的準確性。5.1.2局部放電重疊綜合結果由于特高壓變壓器內部是3柱并聯(lián)結構,而各局部放電監(jiān)測點是所有局部放電重疊綜合的結果。因此,在進行局部放電的加壓過程中,應采用局部放電超聲監(jiān)測系統(tǒng)跟蹤監(jiān)測、配合局放測量,對有可能發(fā)生局部放電的區(qū)域進行佐證分析和判斷,或者幾何定位。5.2生長特性及局部放電由于特高壓變壓器結構復雜,對局放儀提出了較高的要求。1)局放儀應具備同時監(jiān)測多個測量端局部放電信號的能力。2)用于監(jiān)測和錄波的局放儀應具有長時四通道局放信號記錄功能,以及實時3維圖形分析功能。現(xiàn)場采用JFD-4000局放檢測系統(tǒng)。3)局放儀的高通濾波器應具有40kHz或80kHz的截止頻率,以消除低頻干擾信號的影響。4)1000kV套管末屏端與電壓抽頭端短接后連接到局放測量阻抗,應在保證足夠靈敏度的基礎上,同時還具有交流200～250Hz、1A的長時通流且不飽和的能力。5)局部放電超聲監(jiān)測系統(tǒng)通道數(shù)應>6,或由多臺測量系統(tǒng)同時監(jiān)測,應具有電信號觸發(fā)和聲信號觸發(fā)功能及長時記錄和局部放電定位功能。6)測量儀器電源應采用雙級隔離變壓器。5.3局部供電試驗的干擾要求5.3.1測量阻抗的改善1)應依據(jù)試驗回路的等效調諧電容選擇測量阻抗,以提高局放信號的信噪比,降低背景干擾水平。2)應改善測量阻抗的結構,加大通流能力,防止大電流產(chǎn)生的磁飽和現(xiàn)象。3)選擇調諧電容合理(低電感、大電流)的測量阻抗,加強局放測量系統(tǒng)的濾波器能力,可采用2級截止頻率為40kHz的高通濾波器降低諧波干擾。4)應將1000kV套管的末屏與電壓抽頭短接后接測量阻抗以降低干擾影響。5.3.2脈沖干擾的預防1)應盡可能使局放試驗回路的接地與試驗電源勵磁控制回路的接地之間的隔離,切斷干擾竄入的途徑。2)在進行局放測量時,應對試品各測量端同時進行監(jiān)測,如果出現(xiàn)干擾,應根據(jù)傳遞比關系判斷干擾的來源和傳播方向。3)當某些脈沖已確定為干擾脈沖時,可采用開窗或反開窗技術剔除加壓回路所產(chǎn)生的脈沖干擾,但開窗的范圍應盡可能小。4)應根據(jù)局放實測靈敏度與背景噪聲影響,設置局放儀的測量頻帶,測量帶寬不宜過窄,一般應≥100kHz。5.3.3高壓均壓環(huán)電暈放電1)在局放試驗時,應采用紫外光成像檢測儀進行監(jiān)測,如有條件也可采用錄像監(jiān)測。當發(fā)現(xiàn)試品外部(套管,均壓環(huán),金屬屏蔽設施等)及鄰近物體有放電現(xiàn)象時,應及時查排。2)在局放試驗時,人員應在試品安全距離外進行超聲或人工監(jiān)聽,有異?，F(xiàn)象應及時暫停試驗。3)改善試驗現(xiàn)場的環(huán)境條件,力爭使現(xiàn)場的空氣相對濕度≤60%。4)應對