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1、500 kV变压器的剩磁和局部放电试验江苏省电力试验研究所（南京210029）万达 摘要分析变压器剩磁导致局部放电试验中产生异常过电压的机理，提出现场的直流和交流去磁方法。 关键词变压器剩磁局部放电过电压1概述电力变压器绕组直流电阻测试后，会在铁心中残留剩磁。一般说来，直流磁化的安匝愈大，剩磁愈严重。例如，一台750 MVA、500 kV三相变压器，额定电压下的高压侧励磁电流为087 A。如果采用5 A电流测试高压绕组的直流电阻，其直流磁势（安匝）是额定电压下交流磁势（峰值）的4倍，剩磁将比较严重。具有剩磁的变压器，施加50 Hz交流电压，交流磁势的某半波方向与剩磁方向一致时，铁心急骤饱和，出
2、现偶次谐波。图1所示，一台500 kV单相变压器具有剩磁，在施加50和10050周额定电压时，均出现较明显的偶次谐波激磁电流，激磁电流的偶次谐波是存在剩磁的标志。局部放电试验一般采用150250 Hz的中频电源，如果铁心有一定剩磁，将会在被试变压器高压侧出现异常过电压。 2剩磁导致异常过电压的机理利用中频电源进行大型变压器局部放电试验的主接线如图2所示。中频发电机G经升压变Ts向被试变压器T施加中频电压。被试变压器在中频电压下呈现为一容性负荷Ct，采用补偿电抗器Lb，使升压变Ts的负荷呈高的功率因数，并略有迟相，保证试验电压的稳定。图2试验回路的等值电路（忽略有功部分）如图3所示。当被试变压器
3、低压侧电压为U0，其产生的磁通与剩磁方向一致时，铁心急骤饱和，其饱和电感Le如图3等值回路，使变压器低压侧电压突然下降，电容Ct放电，如图4所示。Ug中频发电机电压；Ut被试变压器低压侧电压；Uh被试变压器高压侧电压；Ls升压变Ts的电感（H）；Lc被试变压器有剩磁时的饱和电感（H）；Lt被试变压器高低绕组间的电感（H）；Ct被试变压器的电容（F）当电容Ct的放电电流在变压器绕组中流过频率fo（fo值较高，一般约数升赫）的半个周期后，铁心饱和消失，Le断开，等值回路返回到图3。该回路的振荡频率为f1：这样，变压器低压侧的电压有一个2Vo的跳跃，并以f1的振荡频率叠加在中频电压波形上，如图5所示
4、。如果频率f1接近中频电源的频率f，其叠加作用导致被试变顺异常的过电压。严重时，将对变压器绝缘造成意外的损伤。文献1中有一个计算实例：设当铁心剩磁为90额定磁感应强度，则：Ls00783（H）；Lb0205（H）；Le00015（H）；Lt000126（H）； CtT=2.04310-6（F）f1接近中频电源频率（f250 Hz）的二倍，导致较严重的异常过电压。被试变压器曾出现过低压侧及高压侧分别为281 kV（69）和292 kV（72）的异常过电压。3判别剩磁导致异常过电压的方法如上所述，由于铁心剩磁导致的异常过电压主要取决于跳跃电压的振荡频率f1，当f1接近中频电源频率二倍时，叠加后的异
5、常过电压较高。当f1大大高于f，例如f14f时，由于叠加的相位偏移，过电压的数值下降，且持续时间缩短，对绝缘的损伤作用减轻。如式（1）所示，Lt为被试变压器高低压绕组间的电感：式中Us升压变额定电压（V）；Is升压变额定电流（A）；Usk升压变高低间短路电压百分数。被试变压器电容量Ct（F），除考虑高（中）压绕组对地电容外，还应考虑绕组并间的电容，一般可按试验时被试验变压器低压侧的电流进行推算：式中U试验电压（V）；I试验电流（A）；f中频电源频率（Hz）。 补偿电抗器的阻抗，近似等于容抗，即：表1列出几种不同类型变压器的f1的计算结果。由表1可看出，壳式三相500 kV变压器，绕组电容量较大
6、，f12f，铁心的直流剩磁将会导致较高的异常过电压，其他类型的500 kV变压器和大容量220 kV变压器，f1（23）f，剩磁也有导致异常过电压的可能性。必须指出，按式（2）计算f1，主要取决于Ls和Ct，即升压变阻抗大和被试变电容量均导致，f1下降，出现f12f情况。文献2中列出1 000 kV变压器在现场工频感应试验的实例，由于其结构特殊，呈现4 000kVA的容性功率，以及升压变容量小和阻抗大的原因，铁心剩磁将导致工频（50周）感应试验时的异常过电压。4现场消除剩磁的方法变压器制造厂内，在进行耐压和局部放电试验之前，均要进行空载试验，该试验是施加110额定电压，持续时间也比较长（对50
7、0 kV变压器，要持续1 h能消除剩磁。） 41直流法按电工理论，正反向通入直流电流，并逐渐减小，缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目的。直流法去磁接线如图6所示。E蓄电池（12 V）；R可变电阻（0100，5 A）；A、A1直流电流表（510 A）；K双刀双投刀闸；K1、K2、K3小刀闸；R1固定电阻（200）如图6所示，在被试变压器高压绕组（三相变压器可分别在AB和BC端）通入直接电流，例如为5 A，其方向应与测试绕组直流电阻时的电流方向相反；合K1，断开K，使A1电流降至“零”；通入相反方向电流47A；依次类推，每次电流值降低56，直至电流为005 A以下时，直流去磁结束。具体操作步骤如
8、下：（1）K开，K1开，K3合，K2合，合K至“正”，电流A达预计值；K1合，K2开，K开，K3开，至电流A1接近“零”，K1开；（2）K开，K1开，K3合，K2合，合至“负”电流A达预计值；K1合，K2开，K开，K3开，电流A1接近“零”，K1开； 42交流法如图7所示，结合单相空载试验，进行去磁工作。在被试变压器低压侧（ac，ab和bc之间）分别施加50 Hz交流电压，高压中性点接地。视电源容量，调节补偿电容器C，使电源电流减少，被试变低压侧以反映平均值电压表Va读数为准，逐渐升高电压至50额定电压，并停留约5 min，将电压缓慢降至“零”再重新缓慢升高电压至100额定电压，直到完全去磁。
9、 判断完全去磁的方法：（1）在电压上升和下降过程中，同一电压下的励磁电流值相同；（2）励磁电流的波形上下对称，无偶次谐波分量。43消除剩磁的实例用直流和交流方法对一台750 MVA、500 kV三相变压器进行了去磁。本来，其中的一种方法均足以去磁，但为了检验直流法的效果，特增加了交流法。按图6接线，在AB和BC端间，分别进行直流去磁，耗时约7 h。按图7接线，进行交流去磁，在第一次升电压至50额定电压时，即尚未开始交流去磁，励磁电流中已无偶次谐波，说明直流去磁的效果很好，我们已对7台（相）500 kV变压器进行过直流去磁，并用交流法的励磁电流无偶次谐波判别方法，予以验证，均取得满意效果。5结论
10、51绕组直流电阻的测试，会在变压器铁心中残留剩磁，建议现场220500 kV变压器高压绕组的测试电流，以不大于5 A为宜。52变压器铁心具有剩磁，在采用中频电源进行局部放电试验时，会产生异常过电压，有损伤绝缘的可能性。严重的过电压会发生在振荡频率（不计及铁心饱和时的振荡频率）为中频电源频率的二倍。考虑到计算中各参数的误差，以及过电压幅值和危害程度，该振荡频率小于中频电源频率的4倍时，应考虑去磁措施。53按中频电源频率为250 Hz和升压变短路阻抗5计算，500 kV和大型220 kV变压器在现场局部放电试验前应进行去磁。54现场的去磁方法有直流法和交流法，实践证明，直流法所需设备简单，易于实现；交流法检测去磁直观，按本文所介绍的直流去磁法，有良好的去磁效果，可广泛用于现场。参考文献1关于剩磁导致异常过电压的分析资料国外某变压器厂的资料（1997年）21000 kV变压器的现场耐压试验日本电气学论文（1997的）东京电力公司，东芝、日立和三菱变压器公司有关人员合著。
