变压器工频外施耐压试验介绍

变压器工频外施耐压试验介绍

王志鑫,刘导,时东伟,毛庆波,田金波,刘世富

华电电力科学研究院有限公司山东分院，山东 济南250000

摘要：变压器出厂需要达到能够可靠、安全运行的要求，为保证上述要求，变压器的绝缘电气强度需要符合要求，并且绝缘、电气性能同样需要符合国家标准。为了检验变压器产品在正常工作情况和不正常工作情况下能否正常运行，需要对变压器产品进行电气强度检验。只有通过考核，变压器产品才具备能够在电网上运行的基本要求。工频外施耐压试验作为考核变压器主绝缘强度的重要试验项目，是变压器产品出厂前必须开展的一项关键试验项目。

关键词：变压器；试验；外施耐压

0 概述

工频耐压电压试验是对变压器某一部分的绝缘上施加一次相应的额定耐受电压（方均根值），其持续时间为1min和频率达数百赫兹而持续时间不超过1min的试验。

变压器进行交流耐压试验过程中，需要产品的被测线圈、与线圈相连的引线、其他所有部件都要在相等的电压条件下进行考核；未被试验的线圈需要短接并可靠接地。不同于全绝缘的产品，分级绝缘的产品在进行交流耐压试验时，试验电压可以依据线圈末端需要达到的耐压水平来制定考核标准。

外施交流耐压试验主要是为了检验线端对地、线圈与线圈间的主绝缘强度。对于全绝缘变压器来说，这一试验并不能正常考核上述内容；对于分级绝缘的变压器产品来说，本试验也只能检验线圈对铁轭的端部绝缘、线圈一部分引线对地的绝缘强度；像线圈对地和线圈与线圈之间的强度就不能实现考核的目的，本试验只能检验线圈的主绝缘强度。

1 试验要求

根据试验依据的国家标准（GB1094.3），对于分级绝缘、油浸式变压器产品的线圈交流外施耐压试验需达到的电压可参考表1。

表1 工频试验电压要求

进行工频耐压试验所用的试验电压的波形要求为近似正弦波，并且要求正弦波的两个半波应相同，并且电压的峰值和电压的有效值的比值能达到1.414±7%的标准。同样，谐波的有效值如果也能到达到不大于基波方均根值的5%的标准，一样能够认为试验电压波形满足所需的标准。

按照IEC76-3和GB1094.3-85的要求，试验电压的频率应不小于80%额定频率。国际上目前有两种额定频率（市电所用的频率，有的国家称为工频，有的国家成为商频），一种是50Hz，一种是60Hz。由此可以看出，交流耐压试验采用频率为50Hz的电压是达到了该检测需要符合的电压标准要求。

2 试验接线方法

在进行外施交流耐压试验过程中，一定要保证试验接线方式正确，因为正确的接线方式不能能保证本试验正确，同样也能保证变压器产品不被破坏。

接线正确的标准是：变压器产品被检测的线圈处于同样的电位水平；非被试线圈上各端子的电位为零。铁心和油箱应接地。

如图1为正确的接线方式。

图1 高压绕组短接、低压绕组短接接地外施耐压试验

对高压绕组进行外施耐压试验时，因高压绕组首、末端A、X连接在一起，在施加电压时，A、X为同一电位，A和X点对地的电容电流通过对地C1、经过C12有电容电流流过低压绕组的对地电容C2。在高压绕组中从A、X端流过的电流方向相反，此电流产生的磁通在铁心中的方向必相反，这样就变为通过空隙的漏磁，且在高压绕组上下各一半绕组闭合，漏磁在绕组中会有感应电动势产生，因此绕组中点N的电位将和A、X端不同，但因电容电流很多小，漏磁又通过空隙，漏磁链极小，故N点的电位和A、X点的电位差别极小。

此时低压绕组也有类似的情况，低压绕组中点n的电位和a、x的地电位差别极小，故可认为高压绕组近似处于同一电位，低压绕组均处于低电位。

不正确的接线方法1：图2的接线方式显示高压线圈的尾端没有接地，低压线圈的尾端接地，但是线圈的首端没有接地，铁心接地，油箱接地。

图2 高压绕组不短接、低压绕组一端接地外施耐压试验

对高压线圈进行试验过程中，高压线圈中对地容性电流从首端相末端是逐渐减小的，并且在高压线圈中电流的方向是一样的，同样的情况也适应于低压线圈。但是因为低压线圈并没有短接在一起，这样，容性电流就会成为变压器铁心的励磁电流，这一励磁电流会在铁心中产生磁通量。这一磁通反过来会在高、低压绕组的每一匝上感应出电动势e1，且在整个绕组中方向相同，其简化相量图如图3所示，由此可以得到高压绕组的电压分布将从A点开始是U，逐渐下降到X点最低。反过来，在低压绕组中，因x点接地，a点电位将逐渐上升，因此，上述线路不能达到外施耐压试验的目的。

图3 简化相量图

不正确的接线方法2：如图4所示的接线方式为试品高压线圈短接，低压线圈也短接，但是低压线圈短接之后并没有接地的试验状态。

图4 两个绕组均短接的外施耐压试验

在这样的接线方式下，高压线圈首段和末段之间的感抗值很小，但是对地的容抗值很大。所以高压线圈首端和末端的容性电流方向是正好相反的，并且容性电流很小，同时高压整个线圈中各个部位对地的电位大体是一样的，这样就能达到被试线圈需要达到的试验要求。不过，未被检测的线圈因为只是短接但并没有接地，所以非被试线圈处于悬浮状态，这种状态下被试产品的电容分布如图5所示。因为低压线圈没有可靠接地，所以低压线圈位于高压线圈和地之间的高压电场中，此时低压线圈就会对地有一个点位U2，此电位为

，

式中，U1是高压绕组要求达到的试验电压，U2为低压绕组的对地电压。

图5 非被试相悬浮时的等值电路图

一般情况下，C2的电容量比C12电容量大。根据上式计算得到的低压绕组的对地电位有可能超过它本身应该承受的试验电压。并且，高压线圈和低压线圈之间的主绝缘强度也因为低压线圈处于悬浮状态而不能达到所需到的电压，因此，这种接线方式是错误并不能采用的。

3 注意问题

在进行外施耐压试验时，可能会出现因为操作失误造成电压突升现象，为避免出现此现象，在试验合闸时，最好能够保证试验电压从0开始慢慢上升，即使不能从0开始，也要尽量保证在试验合闸瞬间的电压不要大于需要电压的三分之一。试验过程中升压速度尽量缓慢，这样能搞保证准确的读取试验电压；但是如果升压速度过于缓慢，将延长考核时间，这也是不可取的。当电压快要接近百分之七十五后，保持每秒百分之二的升压速度。这样就可以准确的看清测量仪器显示的试验电压，也不会造成试验考核时间的延长。在电压到达所需的考核电压后，保持电压稳定一分钟，考核结束后要把电压用最快的速度降到最低水平，然后关闭试验主电源，挂接地杆，试验结束。

4 小结

本文对工频外施耐压试验的原理、接线方法和试验中注意问题进行粗浅的阐述介绍，帮助同行们对交流耐压试验有一个初步的认识，同时对耐压试验的重要性有进一步的了解。确保变压器产品在出厂前都能按照标准规范的开展工频外施耐压试验，保证产品出厂后能够安全稳定投入运行。

参考文献：

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[4]GB 1094.3-2017电力变压器 第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙[S].