1交流高电压试验设备

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1.概述2.单级试验变压器的结构形式及主要参数3.串级高压试验变压器4.高电压试验变压器的调压装置5.试验变压器输出电压的升高及波形畸变6.交流高压串联谐振试验设备1概述瞬态（冲击）高电压）直流高压（）交流高压（稳态高电压高电压HVDCHVAC绕组的被试品用于电力变压器等具有）三倍频变压器（容量较大试品用于电缆、电容器等电串联谐振试验设备常规试验串级试验变压器单级试验变压器试验变压器交流高压试验设备Hz1501概述1.高压试验变压器的目的2.高压试验变压器的作用3.高压试验变压器的特点4.试验变压器与电力变压器的差异5.试验变压器的工作接线6.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（TestingTransformer）。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%；额定电压(kV)最高工作电压(kV)交流试验电压值(kV)操作波试验电压值(kV)1011.535603540.5851706672.5140270110126.0200375220252.0360750330363.0510950500550.06801175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R～T2T1C0R～T2T1C0(a)试验变压器试验接线(b)试验接线等效电路R1～T2T1C0R2GT1-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1.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；2.限制试品放电的过电流；3.阻尼CT（变压器入口电容）和C0间的振荡；4.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0.1Ω/V取，（不超过100kΩ）由金属电阻丝或水电阻构成。长度按150～200kV(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1.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•试验变压器容量的计算方法•试验变压器的补偿试验方法•各种试验对试变容量、电流的要求油浸式试变金属壳式绝缘壳式（无套管）半绝缘或双套管式全绝缘或单套管式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(a)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。R～T2T1C0(a)试验相（对地）绝缘（b）试验相间绝缘T1C0R单套管和双套管试验变压器的试验接线1.铁心2.原边、激磁绕组3.副边绕组4.均压层5.接地箱体6.高压套管7.绝缘壳8.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额定电压/kV51025355010015025030050075010001500额定容量/kVA3333510252503003007501000750555510255050012005001500200015001010101025501001000100030002525255010015015005050100200300100250250150500400200750常见试品电容量试品名称电容值/pF线路绝缘子(insulator)50高压套管(bushing)50～600高压断路器，电流互感器，电磁式电压互感器(circuitbreaker,CT,PT)100～1000电容式电压互感器(capacitivepotentialtransformer)3000～5000电力变压器(powertransformer)1000～1500电力电缆（1m）(powercable)150～400GIS(gasinsulatedswitchgear)1000～10000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)(109effACUIs试验电流:试变容量：kVACUPs9210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。试变容量：)(10)110(3212kVAULCPs但电感的投入增加了成本，波形也有畸变。R～T2T1C0L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1.串级变压器的基本原理及串级方式2.降低试验变压器短路电抗的内部结构措施3.自耦式串级试验变压器短路电抗计算4.自耦式串级试验变压器的外形及结构5.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机械强度绝缘运输和安装解决办法：采用串级变压器(cascadedtransformer)，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①高一级变压器的励磁电流由前面一级变压器供给。T3容量：U2I2T2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：3U2I2③电压分布T1：内、外（套管）绝缘：U2T2：内、外（套管）绝缘：U2，支柱绝缘：U2T3：内、外（套管）绝缘：U2，支柱绝缘：2U2②装置利用率W试=3U2I2=3WW装=U2I2+2U2I2+3U2I2=6Wη＝W试/W装=0.5n级时：122)1()321(nWnnnWWnnW自耦式串级试验变压器特点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：4.5～9%，3台串级试变xe：22～40%。-ex+-+1,1UNNULH2U3.2降低试验变压器短路电抗的内部结构措施短路电抗(short-circuitimpedance)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Φ1：原边漏磁，Φ2：付边漏磁(a)Φ1：原边漏磁，Φ2：付边漏磁，漏磁通Φ1、Φ2有抵消趋势。(b)Φ1、Φ2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（NP1·I=NP2·I）;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P1P212Φ1Φ1'ΦMΦ2Φ2'Φ1，Φ2：原、副边漏磁通，ΦP1，ΦP2：平衡绕组磁通平衡绕组作用ΦP1与Φ1，ΦP2与Φ2有抵消作用。使有平衡绕组的漏磁比没有时大为减小，所以总短路电抗减小。P1P212Φ1Φ1'ΦMΦ2Φ2'绕组2流过负载电流I2，绕组1流过电流I1。N1I1≈N2I2；原、副边自身交链磁通为Φ1和Φ2；Φ1和Φ2在平衡绕组感生平衡电流IP,NP1IP≈N1I1，NP2IP≈N2I2；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'''''KLLKLHHLKHHKxxxxxxxxx)(21)(21)(21'''''HLKLHKKHKKLHLLKLHKHLHxxxxxxxxxxxx3.3.3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-ex+-+1,13UNNULH2U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串级试验变压器短路电抗计算对于n级试变：'1'2'1'3'2'3'2'2'1'1'32'3'22'2'12'1'22'2'12'1229)(4,2,3,)(321321LLKLKHHHeLKLKLHLLLLLLkkkkHHHHeHxxxxxxxxxIIIIIIIIIIxIxIxIxIxIx