摘要：变压器感应耐压试验是电力系统在交接试验、预防性试验中大型且重要的诊断试验项目。该项目可以很好地考核设备的绝缘水平，是设备能否合格投入运行的重要依据。文章从理论的角度对220kV变压器在试验过程中的绕组电压分布关系、功率构成等技术参数进行计算分析，并通过现场实际的参数测量值来验证理论计算值。

关键词：变压器；分级绝缘；感应耐压；参数计算；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM855 文章编号：1009-2374（2015）33-0042-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.023

由于电力系统中运用的220kV变压器大多都是分级绝缘结构，中性点绝缘水平低于线端，造成不能同时对变压器绕组连同套管按线端绝缘水平进行施加交流电压。在进行外施交流耐压时只能按照中性点绝缘水平进行，这样线端电压就远远达不到标准要求。感应耐压试验是从变压器二次侧绕组采用自激法加压，利用变压器自身使用特性，一次侧会感应和匝数成正比的高电压，有效地解决了绕组线端绝缘水平试验电压的问题，同时考验了变压器的对地绝缘和匝间绝缘水平。

1 工程概况

220kV某变电站扩建的220/115/21kV主变作为电网改造的试点工程，首次采用变低21kV输出，打破了电力系统网内传统10kV输出的惯例，相应试验技术参数也随之更改。感应耐压试验作为此次验收项目的重要一项，试验前做好充分技术计算分析，是试验成功与否的关键因素。

1.1 被试变压器主要参数

型号：SFSZ11-240000/220，额定电压：SFSZ11-240000/220，额定容量：240（MVA），额定电压：220（±8×1.5%）/115/21kV，额定电流：629.8/1204.9/3299.1（A），联结组别：YNynod11，空载损耗：85.4（kW），空载电流：0.048（%），绝缘水平：HV：线端LI950AC395/中性点LI400/AC200（kV）；MV：线端LI480AC200/中性点LI325AC140（kV）；LV：LI125AC55（kV）。

1.2 试验仪器参数

（1）变频电源（WJFY-F300，1台），输入电压：380V/50Hz，输出：0～350V/0～857A，功率：300kW，频率调节范围：30～300Hz；（2）励磁变（WJFB-L300，1台），300kVA，输入：（320V、360V、400V、440V）×2组/0～857A，频率：30～300Hz，高压输出：35kV/4.3A×2组；（3）补偿电抗器（WJFL-B350/35，2台）：额定电压：35kV/15A，频率20～300Hz，电感量：3.7H/525kVA。

2 变压器感应耐压的基本要求

根据《电气电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》（GB 50150-2006）和《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》（GB 1094.3-2003）要求，变压器感应耐压试验时，为防止铁芯饱和及励磁电流过大，试验电压的频率应适当大于额定频率。因为若在额定频率下，在试品一侧施加大于其额定电压的试验电压，铁芯磁密将与电压成正比增加，当外施电压约为1.2倍额定电压时，铁芯磁密将达到饱和，使得空载电流急剧增加。由变压器的电磁感应原理可知，感应电动势为：E=4.44fNBS=kfB，所以B=E/kf。

式中：E为感应电动势；f为电源频率；N为绕组匝数；B为磁通密度；S为铁心截面积；k为常数（k=4.44NS）。

由以上公式可见，铁心磁通密度与外施电压成正比，与电源频率成反比。因此，当外施电压增大一倍时，若要保持铁心磁通密度不变，电源频率也要相应增大一倍，所以对变压器必须进行二倍频以上的感应耐压。根据市场现有试验设备情况，感应耐压试验的电源常常采用可调倍频电源。接线方式使用低压单相励磁感应接线，逐相进行试验。

标准要求：除非另有规定，当试验电压频率等于或小于2倍额定频率时，全电压下试验时间为60s；当试验电压频率大于2倍额定频率时，全电压下试验时间为：120×额定频率/试验频率（s），但不少于15s。

3 试验准备

3.1 试验条件

被试变压器组装完毕后，真空注油后应静置48小时以上。变压器高低压侧所有一次线与外部连接线拆除，所有套管电流互感器二次端子全部短路接地；变压器的现场常规试验项目全部完成，如绝缘电阻、吸收比（极化指数）、介质损耗因数（tanδ）、直流电阻、电压比、直流耐压、绕组连同套管交流耐压（按中性点绝缘水平）等，试验结果均符合有关标准的要求；变压器外壳与铁芯应可靠接地；满足以上试验条件后进行试验。

3.2 试验接线

图1 变压器感应耐压试验接线图

因为变压器是分级绝缘的变压器，高压侧绕组绝缘水平为395kV，高压侧绕组中性点绝缘水平为200kV，绝缘水平相差195kV。中压侧绕组绝缘水平为200kV，中压侧绕组中性点绝缘水平为140kV，绝缘水平相差60kV，所以不能按绕组线端绝缘水平采取外施交流耐压的方法，对高压侧和中压侧进行试验，只能采用单相感应耐压进行试验，试验标准依据相关标准，高压绕组对地电压按395*0.8=316kV进行，中压绕组对地电压按200*0.8=160kV进行，试验采用国家标准规定的试验接线方式，感应耐压试验接线如图1所示。

4 试验参数计算分析

4.1 感应耐压试验电压计算

试验时应将变压器有载分接开关调至1档，高压侧此时额定电压为246.4kV，这样就可以使试验时变压比最大，从而更容易获得高电压，以A相为例：

4.1.1 变比计算：

高、低压变比K1=246.4//21=6.77

中、低压变比K2=115//21=3.16

4.1.2 感应耐压试验电压计算：

根据变压器感应耐压时的电压向量图，如图2所示，当高压绕组A相线端对地达到试验电压316kV时，此时中性点电压UO=1/3UA=105.3kV，相电压UAO=UA-UO=316-105.3=210.7kV。

低压侧电压：Uac=210.7/K1=210.7/6.77=31.1kV；中压侧相电压：UAmom=Uac×K2=31.1×3.16=98.3kV；中压侧对地电压：UAm=1.5×UAmom=1.5×98.3=147.5kV。

图2 变压器感应耐压时的电压向量图

所以低压侧在Uac达到激发电压31.1kV时，高压绕组A相线端对地就可以达到试验电压316kV，中压绕组A相线端对地就可以达到试验电压147.5kV，中压侧虽略低于标准试验电压160kV，根据就高原则，此时也能达到感应耐压试验的预期目标。

4.1.3 励磁电压计算：

励磁变变比：K=70/0.44=159.1

励磁变低压侧电压：U=31100/159.1=195V

4.2 试验电源功率计算

4.2.1 有功功率计算（按150Hz计算）：

有功损耗计算以被试变压器的空载损耗为依据，并按各铁芯段分别计算，将空载损耗按铁芯段数平均，三柱式铁芯共分7段（3柱和4段铁），每段损耗为总损耗的1/7。

（kW）

试验时各段铁芯损耗取决于磁通密度和频率，即：

由于，得全磁通时各段铁芯损耗为：

半磁通时各段铁芯损耗为：

总体有功损耗为各段损耗之和，即，匝间电压倍数，冷轧硅钢片取m=1.6，n=1.9。

（kW）

（kW）

（kW）

4.2.2 电容功率计算：

绕组A相容性功率为：

4.2.3 感性功率计算：

感性无功功率与感应电压的倍数成正比，与频率倍数成反比，即：

4.2.4 总功率及输入电流计算：

（kVA）

被试变压器低压侧的试验电压为，则输入电

流为：

（A）

4.2.5 采取电感补偿：

被试变压器容性无功为Q=469-21=448（kvar），假设变频电源提供40%的总功率为448*40%=179kVA，要补偿的无功为448-179=269（kvar）

（A）

（A）

补偿后总功率及输入电流计算：

（kVA）

被试变压器低压侧的试验电压为，则输入电流为：

（A）

至此，试验参数已基本掌握，按以上计算根据试验单位现有的电抗器，选用一个35kV、15A、3.7H/525kVA的电抗器进行并联补偿就能满足要求。

5 试验数据分析

按照以上数据计算，此次感应耐压试验通过充分组织准备，试验顺利完成，A相的现场实测数据如表1所示。

从以上数据可以看到，实测值和计算值对比有略微偏差，详见表2，是因为试验现场环境的复杂性，即高压电场分布的杂散电流对试验参数产生影响，但试验数据总体与计算值比较接近，证明了试验开始前拟选的试验设备完全满足试验要求。此次试验具有较强的实践推广意义，目前这台被试变压器已可靠运行。

表1 被试变压器A相实测参数

施加

电压

LV-E（kV） 感应电压

（kV） 加压时间（s） 高压电流（A） 励磁

电压

（V） 励磁

电流

（A）

HV-E MV-E 励磁变 电抗 试品

23.6 240 112 / 1.6 4.8 4.2 150 292

27.9 283 132 / 1.9 6.2 5.3 172 335

31.1 316 148 40 2.3 7.4 6.4 204 400

表2 被试变压器A相试验参数比对表

测量部位 计算值（A） 实测值（A） 偏差（%）

电抗电流 8.6 7.4 -13.95

试品电流 6.1 6.4 +4.92

励磁变电流 2.1 2.3 +9.52

励磁电压 195 204 +4.62

6 结语

众所周知，220kV及以上电压等级的变压器感应耐压试验难度较大。调试单位试验前充分准备，而后进行复杂参数计算，最后通过实践来加以论证的方法，在此次案例中运用是成功的。其试验数据的分析计算过程，可以为今后更好地开展相同工作提供技术参照、指导作用。

参考文献

[1] 束秋节.110kV电力变压器感应耐压试验参数估算分析[J].技术与市场，2014，（1）.

[2] 江苏省电力工业局.电气试验技能培训教材[S].北京：中国电力出版社，1998.

[3] 中华人民共和国建设部.电气装置安装工程电气设备交接试验标准（GB 50150-2006）[S].北京：中国计划出版社，2006.

[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.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（GB 1094.3-2003）[S].北京：中国标准出版社，2003.

[5] 中华人民共和国发展和改革委员会.现场绝缘试验实施导则（DL/T 474.1～474.5-2006）[S].北京：中国电力出版社，2006.

作者简介：束秋节（1982-），男，华润电力控股有限公司新能源事业部高级技师，工程师，研究方向：高压电气试验技术。

（责任编辑：陈 洁）