稳态高电压试验设备培训教材

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1、第一篇 稳态高电压试验设备,第一章 交流高电压试验设备,主要内容,概述 单级试验变压器的结构形式及主要参数 串级高压试验变压器 高电压试验变压器的调压装置 试验变压器输出电压的升高及波形畸变 交流高压串联谐振试验设备,1 概述,1 概述,高压试验变压器的目的 高压试验变压器的作用 高压试验变压器的特点 试验变压器与电力变压器的差异 试验变压器的工作接线 保护电阻R的作用及选取原则,用于产生工频高电压，使之作用于被试电气设备的绝缘上，以考验其在长时的工作电压及瞬时的内过电压下的绝缘能力。,1.1 高压试验变压器的目的,交流高电压试验设备主要指高电压试验变压器（Testing Transforme

2、r）。,产生工频试验电压 检验电气设备在长时的工作电压及瞬时的内过电压下的绝缘能力。研究气体绝缘间隙、电晕损耗、静电感应、长串绝缘子的闪络电压等。 作为直流高压和冲击高压设备的电源变压器 产生操作试验电压,1.2 高压试验变压器的作用,1.3 高压试验变压器的特点,1. 电压高、变比大；,2. 采用较厚绝缘和间隙距离。漏磁通和短路阻抗大；,3. 在大电容负载条件下有容升效应；,4. 体积和容量超过按额定电压的三次方增加；,5. 一般是单相的。,1. 负荷类型： 试验变压器多工作在容性负荷下，而电力变压器一般工作在感性负载下。,2. 容量大小： 试验变压器电压高、容量小、漏抗大，串级式试验变压器

3、漏抗更大，而电力变压器容量大、漏抗小。,3. 运行状况： 试验变压器工作时，经常要放电；电力变压器正常运行时，发生事故短路的机会不多。,1.4 试验变压器与电力变压器的差异,4. 运行条件： 电力变压器运行中可能受到大气过电压和操作过电压的侵袭，而试验变压器只是在试品放电时，绕组上可能产生梯度过电压。,5. 运行时间： 试验变压器持续工作时间短，额定电压下满载运行时间更短（电气设备的耐压试验常为1分钟工频耐压）。而电力变压器可以持续满载运行。,6. 散热装置： 试验变压器工作温升低，无复杂的环冷系统。而电力变压器温升高，均带有风冷甚至强迫油循环冷。,1.4 试验变压器与电力变压器的差异,试验变

4、压器与电力变压器的试验电压比较,试验变压器的绝缘裕度小，设计温升较低，在额定功率下只能作短时运行。,电压等级 试验电压 50kV-250kV 高于额定电压25kV； 300kV 比额定电压高10%；,试验变压器耐压试验电压,电力变压器耐压试验电压,1.5 试验变压器的工作接线,T1-调压器； T2-试验变压器； R-保护电阻； C0-试品,(a) 试验变压器试验接线 (b) 试验接线等效电路,T1-调压器； T2-试验变压器； R1-变压器保护电阻； G-测量铜球； R2-测量铜球保护电阻,1.5 试验变压器的工作接线,本接线具有测量铜球及保护电阻，现在已不常用。,具有测量铜球及保护电阻的试验

5、变压器接线图,1.6 保护电阻R的作用及选取原则,保护电阻R的作用,防止试品放电时所产生的电压截波对试验变压器绕组绝缘的损伤； 限制试品放电的过电流； 阻尼CT（变压器入口电容）和C0间的振荡； 抑制试品闪络时的恢复过电压。,保护电阻R的选取原则,阻抗按0.1/V取，（不超过100k）由金属电阻丝或水电阻构成。长度按150200kV(r.m.s)/m选取。,2 单级高电压试验变压器的结构型式及主要参数,高压试验变压器的结构型式 全绝缘和半绝缘试验变压器 绝缘壳式试验变压器 试验变压器的主要参数 试验变压器的额定电压和额定容量 常见试品电容量 试验变压器容量的计算方法 试验变压器的补偿试验方法

6、各种试验对试变容量、电流的要求,高压试验变压器大多采用油浸式变压器,2.1 高压试验变压器的结构型式,（a）全绝缘试验变压器 （b） 半绝缘试验变压器,全绝缘（单套管）试验变压器特点： 输出高压对壳绝缘，承受全部高压，试验变压器高压绕组对壳为全部绝缘。需一支套管承受；,单套管和双套管试验变压器,(b)半绝缘（双套管）试验变压器特点： 具有两只输出高压套管，高压绕组对壳绝缘为全输出高压的一半。外壳对地绝缘。,金属壳式试变特点：具有套管、重量重、额定容量大。,(a) 试验相（对地）绝缘 （b）试验相间绝缘,单套管和双套管试验变压器的试验接线,铁心 原边、激磁绕组 副边绕组 均压层 接地箱体 高压套

7、管 绝缘壳 高压电极,绝缘壳式试验变压器,试变以绝缘壳作为容器和外绝缘、无套管铁心须绝缘支撑。,绝缘壳式试变特点： 无套管（以壳作外绝缘），重量轻、尺寸小、额定容量小（散热差）、易受潮。,绝缘壳式试验变压器,2.2 试验变压器的主要参数,试验变压器的额定电压和额定容量,常见试品电容量,已知： U 试品应加的试验电压（kV.eff） C 试品的电容量（pF） W 试验电压角频率,试验电流 :,试变容量：,试验变压器容量的计算方法,在对试品进行试验前，需对试验变压器的容量进行计算，确定变压器容量是否满足试验要求。,对大电容值试品，试变容量不够时，可采用补偿，如在高压侧和容性试品并联电感线圈。,试变

8、容量：,但电感的投入增加了成本，波形也有畸变。,试验变压器容量的补偿实验方法,固体、液体或二者组合绝缘小样品干试验： 短路电流约为0.1A（eff）；,自恢复绝缘设备试验： 短路电流（干）0.1A（eff）； 短路电流（湿）0.5A（eff）；,淋雨闪：短路电流0.7A（峰）。,人工污闪：短路电流15A。,各种试验对试变容量、电流的要求,3. 串级试验变压器,串级变压器的基本原理及串级方式 降低试验变压器短路电抗的内部结构措施 自耦式串级试验变压器短路电抗计算 自耦式串级试验变压器的外形及结构 串级试验变压器的优缺点,3.1 串级变压器的基本原理及串级方式,高电压等级试验变压器面临的问题 成本

9、 机械强度 绝缘 运输和安装,解决办法： 采用串级变压器(cascaded transformer)，即多台单级试验变压器串接。,3.1.1 具有绝缘变压器的串级试验变压器,通过绝缘变压器供给励磁电流的串级变压器,具有绝缘变压器的串级试验变压器特点,T1、T2、T3为3台相同的（升压）试变； 另有3台绝缘变压器，给T2、T3供电，变比为1：1 所以只起绝缘作用，其原、副边绕组间能绝缘U2电压,缺点：级数增多时，需很多变压器，投资增加，面积增大。 优点：3台试变容量相同，可流经较大电流（几A电流）。,T1、 T2 、 T3的低压绕组直接接到U1上（低压电源线）；,6台变压器的每台内绝缘和套管绝缘

10、为U2；,变压器外壳和铁心带有相同电位，试变外壳和绝缘变压器外壳之间有U2的电位差，所以支柱绝缘子隔离。,3.1.2 自耦式串级试验变压器,3级自耦式串级试验变压器接线图,自耦式串级试验变压器特点,高一级变压器的励磁电流由前面一级变压器供给。 T3容量：U2I2 T2容量：2U2I2=U2I2（负荷）+U2I2（T3励磁） T1容量：3U2I2=U2I2（负荷）+2U2I2（T2励磁） 输出电压：3U2，电流I2，功率：3U2I2,电压分布 T1：内、外（套管）绝缘：U2 T2：内、外（套管）绝缘：U2，支柱绝缘：U2 T3：内、外（套管）绝缘：U2，支柱绝缘：2U2,自耦式串级试验变压器特点

11、,双套管变压器组成的串级试验变压器,1-低压绕组； 2-高压绕组； 3-励磁绕组； 4-屏蔽帽 5-铁芯； 6-外铁壳； 7-高压套管； 8-支持绝缘子,分析工作原理及各点电位分布,分析结构，注意平衡绕组,双套管变压器组成的串级试验变压器,2）负荷为容性时，容性电流导致容升现象（后述）；,1）影响试验变压器的短路电流和短路容量；,一般：单级试变xe：4.59%，3台串级试变xe ：2240%。,3.2 降低试验变压器短路电抗的内部结构措施,短路电抗(short-circuit impedance)的不利影响,(a)原、付绕组在同一铁芯柱 (b)原、付绕组在两个铁芯柱,1：原边漏磁，2：付边漏磁

12、,(a) 1：原边漏磁，2：付边漏磁，漏磁通1、2有抵消趋势。,(b) 1、2不能抵消，所以漏磁通较大。,3.2.1 漏磁通决定漏电抗（短路电抗）,3.2.2 减小漏磁通措施 平衡绕组,1) 平衡绕组的结构,左右平衡绕组匝数相同，且与低压绕组匝数相同。 NP1=NP2=N1 平衡绕组同名端相连; 平衡绕组电流不会产生磁通； 主磁通在平衡绕组中不会产生电流（NP1I = NP2I）; NP1、NP2交链磁通不相等时，绕组中才流过电流。,2) 平衡绕组作用,3.2.2 减小漏磁通措施 平衡绕组,1，2：原、副边漏磁通， P1，P2：平衡绕组磁通,平衡绕组作用,P1与1，P2与2有抵消作用。使有平衡

13、绕组的漏磁比没有时大为减小，所以总短路电抗减小。,绕组2流过负载电流I2，绕组1流过电流I1。N1I1N2I2； 原、副边自身交链磁通为1和2； 1和2在平衡绕组感生平衡电流IP, NP1IPN1I1，NP2IPN2I2；,3.3 自耦式串级试验变压器短路电抗计算,3.3.2 短路电抗的测量,由（a）、（b）、（c）得,3.3.3 串级试验变压器短路电抗计算,U1 低压侧电压归算到串级变压器高压侧值； NH 高压绕组匝数； NL 低压绕组； xe 归算则高压侧的总等值短路电抗值；,三级自耦串级变压器等效电路,三级自耦串级变压器等效电路,3.3 自耦式串级试验变压器短路电抗计算,3.3.3 串级

14、试验变压器短路电抗计算,对于n级试变：,等值前后的短路电抗上的无功功率相等,串级试验变压器的总等效短路电抗随级数n的增加而显著增加，一般试验变压器级数不大于4。,3.3 自耦式串级试验变压器短路电抗计算,3变压器相同，所以,3.4 自耦式串级试验变压器的外形及结构,结构形式 均压措施,3.5 串级试验变压器的优缺点,每级变压器电压不太高，绝缘结构制作方便，价格便宜，运输安装方便； 可以改接线，作三相试验； 低试验电压时，可用其中12台； 每台可分开单独使用； 坏了一台，其它几台可继续使用，减小损失。,装置利用率低； 短路阻抗随级数增加而显著增加，一般n4； 发生过电压时，各级间瞬态电压分布不均

15、匀，可能发生套管闪络及励磁绕组中的绝缘故障。,串级试验变压器优点,串级试验变压器缺点,4 高电压试验变压器的调压装置,对调压的基本要求 ：,调压要从零开始，均匀平滑。 放电电压的前75%，可较快速度上升，在后25%应控制升压不超过放电电压的2%/秒。 经调压器输出的电波形应得到为正弦波。 调压设备的漏抗应尽可能小，这是因为电压波形畸变程度随试变和调压设备的漏抗增加而增加。 调压应处于稳定工作状态。,4 高电压试验变压器的调压装置,调压设备(Variable transformer)的分类：,4.1 自耦调压器,特点：漏抗小、波形畸变小，功率损耗小，价格便宜。 因滑动触头发热，容量受到限制，一般

16、20kVA。（油绝缘型为50kVA至数百kVA）。,原理：利用滑动碳刷触头或滚动触头改变变压器二次侧匝数，从而实现调压。,自耦调压器原理图,4.2 移卷式调压器,移圈式调压器结构 C、D主绕组、绕向相反；K：短路绕组，C、D、K匝数相等。 主磁通C、D方向相反，各自经非导磁材料自成闭合回路。,4.2 移卷式调压器,4.2.1 移圈调压器原理, 绕组K在最下端 C全部交链K K产生感生电动势 产生K抵消C C绕组电压0。,绕组K在最上端 同理：D全部链交链K K产生感生电流 产生K抵消D D绕组电压0。,绕组K处于C、D的正中央时 C、D在K中产生的感生电动势大小相等，方向相反 K中无电流 相当于不存在K。,4.2 移卷式调压器,4.2.2 移卷式调压器的短路电抗,对具有辅助线圈E的移卷式，其短路电抗Xs为 ： Xs = XC-E + XD。,4.2