1000 kV特高压电力变压器绝缘水平及试验技术

中国1 000 kV交流特高压系统绝缘配合不是对 500 kV系统的简单放大,也并未完全依照GB311.1-1997或IEC60071-1-1993标准,是在优化原则下研究确定的。变压器绝缘水平为：雷电冲击耐压2 250 kV、操作冲击耐压 1 800 kV、工频耐压1 100 kV(5 min)。由于特高压变压器各绕组绝缘水平及绝缘试验电压要求不同,而变压器各绕组是通过电磁耦合紧密联系的,工频和操作冲击试验电压在各绕组间按变比传递,因此势必造成有些线端绝缘设计不能按其技术规范所规定的试验电压来考核。此外,特高压电力变压器电压高、容量大、尺寸超大,试验回路尺寸也相应扩大,杂散电感、电容影响也更加突出。这将造成雷电冲击试验电压波形的波头时间拉长,而设计计算一般按照标准波头进行。因此,在特高压变压器绝缘设计中,应关注长波头试验电压的影响。文中详细介绍了中国1 000 kV交流特高压工程用电力变压器的结构特点、绝缘水平及绝缘试验中的特殊问题。     

特高压变压器感应电压试验若干问题的探讨

变压器感应电压试验包括短时感应耐压试验(ACSD)和长时感应电压试验(ACLD)。随着电压等级的进一步提高以及绝缘水平的相对降低,在500kV电压等级中已初步暴露的ACSD和ACLD之间的矛盾越来越尖锐,并已超出GB和IEC等标准规定的范围。尤其对于特高压变压器,各国选择的感应电压试验要求存在极大的实质性差异。为了寻求感应电压试验的统一性原则并满足特高压变压器感应电压试验的要求,以遵循GB和IEC等标准规定的绝缘试验原则为基础,通过对不同电压等级变压器ACLD局部放电预加电压进行比较、调整和分析,指出ACLD局部放电预加电压应以1.1倍测量电压为下限,以85%额定短时感应耐受电压为上限。通过对不同电压等级变压器ACSD和操作冲击试验(SI)的绝缘试验要求和原则进行比较和探讨,指出对于特高压变压器,ACSD额定短时感应耐受电压不再具备确定性意义。为了兼顾特高压变压器的可靠性和经济性指标,应依据系统运行实际进行绝缘设计和试验验证,因此,建议针对特高压变压器开展以叠加操作冲击电压替代交流预加电压进行激发的ACLD试验研究。     

特高压变压器雷电冲击伏秒特性研究

随着750 kV、1000 kV输电技术的发展,相应的电力变压器和并联电抗器的容量、尺寸和入口电容随之增大,试验回路尺寸亦相应扩大,这使雷电冲击试验电压的波前时间拉长,无法达到国内外标准的要求。根据500 kV、750 kV和1000 kV变压器和电抗器的实际雷电冲击试验波形,结合油纸复合绝缘结构的雷电伏秒特性,分析了不同波前时间对特高压变压器和电抗器绝缘水平的影响。目前变压器的设计计算和试验电压的选取一般按照标准波头进行,而充油设备的雷电冲击伏秒特性表明,雷电冲击试验电压波前时间的长短与绝缘强度有密切关系,波前时间延长可能会对某些纵绝缘的考核偏松,同时对主绝缘的考核偏严。因此,应在特高压变压器、电抗器的设计研制和试验中,考虑和重视雷电冲击波形波前时间延长所带来的影响。     

特高压变压器长波前时间雷电冲击试验及其等价性分析

特高压变压器高压线端雷电全波冲击试验具有波前时间延长的特点。为了解决较长波前时间雷电全波冲击试验不能完全考核验证按标准波前时间设计的雷电冲击特性这一问题,考虑到雷电全波冲击电压的波前时间实际上主要影响绕组的纵绝缘,波前时间延长可能会对某些纵绝缘的考核偏松,而截波冲击试验对绕组首端附近部位纵绝缘冲击梯度的考核较全波冲击试验更为严格,指出截波冲击试验可弥补全波冲击电压波前时间延长的缺陷。结合双绕组模型低电压的冲击测量实例,对截波冲击与全波冲击作用下的绕组电位及梯度分布进行了等价性分析和比较,得出对于例行试验的变压器产品,可将截波冲击试验作为较长波前时间全波冲击试验的补充试验项目,从而完善了特高压变压器雷电冲击试验的顺序。     

变压器局部放电判断方法探讨

正1引言随着电压等级的不断提高,从大量的运行事故中发现,变压器在没有遭受任何过电压的情况下,也会发生绝缘故障。长期工作电压对变压器的影响较各种过电压对变压器的影响更为重要,对于变压器在长期工作电压下能否安全可靠运行,仅通过短时耐压和冲击耐压试验考核是不够的,应采用可以考核变压器在长期工作电压作用下能安全可靠运行的绝缘试验方法(即局部放电试验)。制造厂内对局放问题的判断准确与否,直接影响到后续返工方案的     

提高变压器绝缘性能的试验项目（上）

从变压器的绝缘分类与考核项目入手，论述了内绝缘的相间绝缘性能和运行中工作电压峰值与雷电或操作波冲击电压的叠加现象，介绍了雷电截波冲击、油流带电等试验项目，着重指出了将测量局部放电的长时感应试验作为出厂试验项目的优越性和必要性，并列出了目前正在开发的试验项目。     

特高压交流GIL出厂试验技术综述

针对特高压气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）在苏通GIL综合管廊工程中的应用,介绍特高压GIL的结构特点,分析特高压GIL的主要技术参数、型式试验及出厂试验性能要求,提出一种可以有效提升特高压GIL气体密封试验效率的局部扣罩动态真空正压氦检漏法。此外,介绍一种四工位绝缘试验倒换工装及一种满足特高压GIL标准雷电冲击耐受电压试验要求的SF₆气体绝缘罐式冲击电压发生器,配合SF₆气体绝缘罐式变压器,特高压GIL出厂绝缘试验时间减少到传统方式的1/4,为GIL的大规模应用提供参考。     

特高压交流GIL出厂试验技术综述

针对特高压气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）在苏通GIL综合管廊工程中的应用,介绍特高压GIL的结构特点,分析特高压GIL的主要技术参数、型式试验及出厂试验性能要求,提出一种可以有效提升特高压GIL气体密封试验效率的局部扣罩动态真空正压氦检漏法。此外,介绍一种四工位绝缘试验倒换工装及一种满足特高压GIL标准雷电冲击耐受电压试验要求的SF₆气体绝缘罐式冲击电压发生器,配合SF₆气体绝缘罐式变压器,特高压GIL出厂绝缘试验时间减少到传统方式的1/4,为GIL的大规模应用提供参考。     

气体绝缘变压器绕组模型的V—t V—N特性

为研究 SF_6气体绝缘变压器的绝缘寿命,对构成变压器绕组绝缘具有代表性的匝间及绕线区间进行了交流电压长时间 V-t 特性试验和以同一电压值返复施加雷电冲击电压直至发生绝缘破坏时,施加电压 V 与返复次数 N 的关系的 V-N 特性试验。本文介绍了这两种试验的试验模型、试验方法及结果分析。本文对研究气体绝缘变压器的长期绝缘可靠性有所帮助。     

特高压变压器绝缘结构

特高压交流变压器和特高压换流变压器容量大,耐受电压水平高,特别是特高压换流变压器需耐受交直流复合高电压,内部电场分布复杂,代表了变压器油纸复合绝缘和出线装置设计和制造的最高水平。为推进特高压输电工程,根据特高压交流试验示范工程和特高压直流示范工程的实践,给出了特高压交流变压器、特高压换流变压器的绝缘结构特点,分析了两种特高压直流换流变现有引线装置和套管的特性,介绍了特高压变压器、换流变的主、纵绝缘设计要求和型式。在此基础上,提出了特高压变压器(换流变)出线装置和套管的国产化推进方案。     

Evaluation of breakdown characteristics of oil-immersed transformers under non-standard lightning impulse waveforms - definition of non-standard lightning impulse waveforms and insulation characteristics for waveforms including pulses

To lower the insulation specifications (specifically, the lightning impulse withstand voltage) of oil-immersed transformers and thus cut the equipment cost while maintaining the high reliability in its insulation performance, it is necessary to grasp in an organized way the insulation characteristics under non-standard lightning impulse voltage waveforms that represent actual surge waveforms encountered in the field and compare them with the characteristics under the standard lightning impulse waveform quantitatively. As described in this paper, the first step in a series of study for the purpose above was taken by analyzing lightning surge waveforms and restriking surge waveforms such as disconnector switching surge waveforms at UHV, 500 kV, and 275 kV substations and identifying four typical non-standard lightning impulse waveforms with basic frequencies of 0.24 to 1.0 MHz. Then, two of these non-standard lightning impulse waveforms, the single-pulse waveform which is the most basic type and the waveform with a pulse in the crest and a subsequent flat section, were used to measure the breakdown voltage and the partial discharge inception voltage while changing the parameters, on three models that represent the insulation elements of windings of oil-immersed transformers. Then, the resultant average breakdown voltages were evaluated in terms of the overvoltage durations, leading to a result of formulating them in a unified way. In the tested range, the dielectric breakdown values under non-standard lightning impulse waveforms were higher, marking 52% at the maximum, than those under standard lightning impulse waveforms in all the cases, suggesting a possibility of lowering the insulation specifications of an oil-immersed transformer     

AC V-t and impulse V-N characteristics of shell-form transformer insulation model

To evaluate an appropriate level of ac test voltage for 1000-kV transformers, it is necessary to make an accurate estimation of ac V-t characteristics. For the level of impulse test voltage, V-N characteristics are important to evaluate effects of impulse stress repetition. Since both of the characteristics are dependent on insulation structures and manufacturing processes of transformers, it is important to make accurate simulations on transformer insulation for reliable insulation data. To obtain some of the basic data for 1000-kV transformer test levels, long-time ac V-t tests and impulse V-N tests of up to 1000 times voltage application were carried out on an insulation model simulating fundamental structure of shell-form transformers. The model is composed of a parallel electrodes system with a compound structure of pressboard barrier and oil gap. The tests showed the following characteristics: ac V-t characteristics of up to several ten days could be described by two lines, each representing short-time and long-time characteristics. V-N characteristics of lightning and switching impulse were expressed by relatively flat lines, which showed a decrease in breakdown voltage by less than 10 percent after 1000 times impulse application.     

750kV变压器长时感应电压试验预加电压时间的探讨

随着750 kV电网覆盖范围的逐步扩大,对比1 000 kV特高压变压器长时感应电压试验标准,中国早期750 kV变压器长时感应电压试验要求较为宽松。调整长时感应电压试验预加电压时间是解决这一问题的有效措施。笔者基于威布尔分布法,根据已有特高压变压器基本绝缘结构试验数据,确定了超、特高压器基本绝缘结构局部放电概率在短时间范围内的扩大威布尔分布参数。结合中国750 kV工频过电压水平,利用油—屏障绝缘局部放电概率扩大威布尔计算公式,同时考虑预加电压、安全系数和局放控制概率水平,对750 kV长时感应电压试验预加电压时间进行了计算和分析,提出了相应预加电压时间的参考值。。     

冲击电压下500 kV油浸倒置式电流互感器局部放电特性研究

为了研究油浸式电流互感器在运行过程中的局部放电特性,搭建500 kV油浸倒置式电流互感器在冲击电压下的局部放电试验回路,对试品施加标准雷电冲击电压和操作冲击电压,使用安装在试品末屏接地引下线处的非接触式高频局部放电传感器采集局部放电信号,通过高采样率示波器显示放电波形。在冲击试验后进行工频局部放电测量、油中溶解气体成分分析、高电压介质损耗因数测试、频域介电谱测试,以检测试品的绝缘状况。研究结果表明:油浸式电流互感器在冲击电压下发生局部放电,绝缘损坏,放电熄灭电压低于正常运行电压,放电无法自熄灭,长期累积作用造成设备故障。     

Voltage-time and voltage-number characteristics of insulation elements with oil-filled transformers in EHV and UHV classes

In order to attain reduction in insulation test voltages, voltage-time (V-t) characteristics under AC voltage and voltage-number (V-N) characteristics under lightning impulse and switching impulse voltages were experimentally investigated on the turn-to-turn insulation model, section-to-section insulation model and barrier-oil-duct insulation model of core- and shell-type transformers in EHV and UHV Classes. First, V-t characteristics for AC voltage were obtained in a short time range of a few tens of milliseconds to a long time range of three to four months. The n-values (inclination) of V-t characteristics are distributed around 40 for the short time and several hundreds for the long time characteristics. These values are of essence in determining the AC withstand voltage test. Next, V-N characteristics for both lightning and switching impulse voltages were acquired for up to 1,000 times of application. The n-values (inclination) of V-N characteristics are in most cases distributed around 70 for both impulse waveforms and about 40 in only turn-to-turn insulation models This result will be useful for evaluating the effect of frequent surges on apparatus insulation. Finally, insulation coordination studies were performed based on these experimental results.     

大型整流变压器雷电冲击耐受试验

介绍了大型整流变压器雷电冲击耐压试验方法,并利用HIAS742高分辨率脉冲分析系统对变压器试品的试验结果进行了判断和分析,为今后大型整流变压器的雷电冲击耐压试验提出了一些建设性意见。     

统一潮流控制器用500 kV油浸式串联变压器技术解析

500 kV串联变压器是苏州500 kV统一潮流控制器(UPFC)工程中的关键设备,承担着换流器与线路电压、功率输送调节的任务。由于500 kV串联变压器特殊的联结方式和运行工况,其与常规500 kV变压器存在诸多不同。第一,网侧绕组相对地主绝缘与线路电压等级匹配,而端间纵绝缘则由各项过电压决定,带来了网侧绕组绝缘水平复杂的特点;第二,绝缘试验中雷电全波冲击试验和外施耐压试验也与常规变压器差异较大;第三,串联变压器的特殊工况造成了其对抗短路能力和过励磁能力要求高的特点。在苏州UPFC工程中,针对500 kV油浸式串联变压器开展了大量的技术研究,克服了网侧绕组绝缘复杂、试验技术特殊、抗短路能力和过励磁能力要求高等难题。文中分别从运行工况、技术特点和试验要求等方面对苏州UPFC工程中500 kV串联变压器进行技术解析。