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变压器局放试验的电源选择:工频、变频与振荡波加压的适用条件

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-09-29 08:34:30 作者: 浏览次数:5265次 分类:技术文章

文章概述: 现场给变压器做局放,先要解决的问题不是仪器灵敏度能到多少,而是电压怎么加上去。工频、变频、振荡波三种说法都在现场出现过,可它们并不出自同一份标准,适用对象也不一样。选错了电源,测出来的数字再漂亮也不作数。 变压器上没有单独一项局放试验。局放测量挂在带有局部放电测量的感应电压试验里做,这在 GB/T 1094.3-2017 里写得很清楚。加压方式只有感应加压一种,电源要满足的是感应电压试验的要求,不是另设一套。测量方法归 GB/T 7354-2018 管,它不管电源从哪里来。 工频躲不开的是铁芯饱和。感应电势等于四点四四乘频率、乘匝数、乘磁通量,电压抬到一点八倍而频率不变,磁通密度便同比上升,铁芯必然饱和。规程给出的换算办法是:试验频率不超过两倍额定频率时保持六十秒,超过时按一百二十乘额定频率再除以试验频率计,且不短于十五秒。两百赫兹对应三十秒,一百五十赫兹对应四十秒。 工频在变压器上管的是另一项试验,即外施耐压。电压加在绕组所有端子上,两端之间不存在匝间电压,考核的是主绝缘,纵绝缘这一段空着,测出来的放电量说明不了匝间的事。现场做感应加压要靠变频电源配补偿电容,构成串联谐振,用容性无功抵掉感性无功,电源容量才降得下来。 振荡波是电缆的做法。DL/T 1576-2016 的适用范围只写到额定电压六千伏到三十五千伏的电缆线路。它要求被试品呈电容性,靠空心电感与电缆等效电容构成阻尼振荡回路,变压器绕组是电感,接不进去。加压时长只有几百毫秒,也对不上规程要求的长时保持。

现场给变压器做局放,先要解决的问题不是仪器灵敏度能到多少,而是电压怎么加上去。工频直接加行不行,变频电源是不是非用不可,振荡波能不能顺手拿来用,这三个问题几乎每次都会被问起。三种加压方式都在现场出现过,可它们并不出自同一份标准,适用的对象也不一样。

把三者的边界搞清楚,比争论哪一种更省事有意义得多。选错了电源,后面测出来的数字再漂亮也不作数。

GB/T 1094.3-2017《电力变压器 绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》是这个题目的主线依据,它给出了变压器绝缘试验的项目与电压水平,加压方式也一并写明。规程给每个绕组标出一个电压值,记作 Um,指的是该绕组绝缘设计所依据的相间电压方均根值,下文提到的各个电压倍数都以此为准。振荡波那一部分则要回到电缆自己的行业规程上去看。

一、先把试验与测量分开

1、规程里没有单独一项局放试验

翻遍 GB/T 1094.3-2017 的试验项目表,找不到一项叫“局放试验”的独立条目。变压器上的局放测量,是挂在感应电压试验里做的,全称是带有局部放电测量的感应电压试验,业内习惯写成 IVPD。

这一点决定了电源的选择逻辑。局放测量不是另起一套加压方式,而是借用感应电压试验的加压过程,在规定的电压台阶上测放电量。电源要满足的是感应电压试验的要求,不是另设一套。

2、它在试验序列里的位置

规程给出的绝缘试验顺序里,感应耐压试验在前,带有局部放电测量的感应电压试验紧随其后。两个项目都靠感应加压,考核的绝缘部位也大体重合,区别只在后者要多做一步放电量测量。

按规程的分档,Um 大于一百七十千伏时,带有局部放电测量的感应电压试验是例行试验。Um 落在七十二点五千伏到一百七十千伏之间,同样是例行试验。Um 不到七十二点五千伏的变压器,这一项列为特殊试验,做不做由用户提。

3、测量归另一本标准管

GB/T 7354-2018《高电压试验技术 局部放电测量》规定的是怎么测、怎么校准、怎么读数,它不管电源从哪里来。

把这两本分开,很多争论随之消失。讨论加压方式,依据在 GB/T 1094.3。讨论测量结果与视在放电量,依据在 GB/T 7354。用测量标准去回答电源问题,选出来的方案必然对不上。

二、为什么变压器上加电压要躲开工频

1、一条绕组的电势关系

感应电势等于四点四四乘频率、乘匝数、乘磁通量,这是变压器绕组的基本关系。匝数是固定的,磁通量由铁芯的饱和特性定下上限。

要抬高电压而磁通量不跟着涨,可行的办法是把频率一起抬上去。电压翻一倍,频率也要翻一倍,磁通密度才维持原状。两头要同步。

2、局放测量电压抬到了一点五八倍

规程给出的局放测量电压是一点五八倍 Um 除以根号三,增强电压是一点八倍 Um 除以根号三。两个台阶都远高于运行状态的相电压。倍数摆在这里。

若在五十赫兹上直接加到增强电压,磁通密度要同比升到额定运行的一点八倍。铁芯在额定电压下的磁通密度已经接近饱和拐点,再往上抬一点八倍,必然深度饱和,励磁电流陡增,试验根本做不下去。这不是设备容量够不够的问题,是物理关系不允许。

3、规程给出的换算办法

频率抬上去之后,增强电压这一台阶的保持时间可以相应缩短。规程给出的算法是:试验频率不超过两倍额定频率时,保持六十秒。超过两倍额定频率时,保持时间等于一百二十乘额定频率再除以试验频率,单位是秒,但不许少于十五秒。

这个算式可以直接验算。额定频率五十赫兹,试验频率取两百赫兹,代入得三十秒。某台五百千伏变压器出厂试验的记录里,增强电压台阶保持三十秒,用的正是两百赫兹电源,与算式完全对得上。

取一百五十赫兹时,算出来是四十秒。频率越低,要保持的时间越长,这里没有商量余地。

4、饱和了会怎样

铁芯一旦进入饱和,励磁电流不再随电压线性上升,而是陡增,波形也跟着畸变。现场的直接表现是电压还没升到规定值,电源已经过载保护动作。

判别的办法是盯住励磁电流与电压的比值。偏离线性,说明磁通已经压不住,频率取得偏低。

这一条同时是现场判断频率够不够的依据。同样电压下电流明显偏大,先怀疑频率,不要急着加大电源容量。电流先到顶。

三、工频电源管的是另一项试验

1、外施耐压的做法

工频在变压器上并非没有位置,它管的是外施耐压试验。做法是把试验电压直接施加在绕组的所有端子上,中性点端子也一并加上,绕组两端之间便不存在匝间电压。

既然没有匝间电压,这项试验考核的是绕组对地的主绝缘,对其他绕组、对铁芯与外壳的那一部分也在其中,纵绝缘则不在考核范围内。

2、它替代不了感应加压

局放测量要看的是变压器在接近运行工况下的表现,匝间、层间、段间都要带上电压。外施加压把两端短在同一电位上,纵绝缘这一段完全空着,测出来的放电量说明不了匝间的事。

现场有时会提出用外施方式把电压加够、顺便测个局放。这条路走不通,缺的不是电压幅值,是电压分布。

3、工频外施的适用对象

Um 不超过七十二点五千伏的变压器绕组,通常按全绝缘设计,规程把外施耐压列为例行试验,试验电压按规程给出的耐受水平取。

电压等级更高的变压器,主绝缘的考核交给感应耐压与线端交流耐压,工频外施退到次要位置。把工频当成变压器局放试验的通用电源,是把两项试验的要求混在了一起。不是一回事。

四、变频电源为什么成了现场主力

1、频率从哪里来

要在现场拿到一百赫兹以上的电源,常见做法是用变频电源柜,经励磁变压器或中间变压器给被试变压器低压侧励磁,在高压侧感应出所需电压。

被试变压器的励磁无功与电容电流由电源与补偿回路承担。感性分量大的试品,需要在回路里配补偿电容,构成串联谐振,用容性无功去抵掉感性无功,电源的视在容量才能降下来。

2、频率取多高

要躲开饱和,试验频率得取到两倍额定频率以上,五十赫兹系统对应一百赫兹。规程的时间换算也拿两倍额定频率当分界。工程上常取一百五十赫兹或两百赫兹,这是长期作业积累下来的经验选择,不是规程给出的规定值。

频率不是越高越好。频率上升,励磁电流下降,这是有利的一面。可电容电流会随频率上升而增大,试品与回路的容性分量跟着吃紧,补偿容量要同步加大。两头挤在一起,可用区间其实不宽。

3、现场与厂内的差别

厂内做这项试验,电源容量通常不是瓶颈,试验条件也稳定。现场要面对的是容量与运输两方面的约束,接线条件同样紧,变频加补偿的组合之所以成为主流,是因为它把电源容量压到了可以运输的范围。

代价是回路变复杂。每多一组补偿电容,便多一处要核对的接线与接地,也多一处可能的干扰源。

4、波形与测量归谁管

变频电源输出的正弦电压,波形质量与频率稳定度不是电源厂商自说自话的部分。这一类通用要求落在高电压试验技术的基础标准上,GB/T 16927.1-2011(高电压试验技术 一般定义及试验要求)是归口的一本,电缆振荡波的那份行业规程也把它列进了引用文件。

试验电压的测量另有要求,按 GB/T 16927.2-2013(高电压试验技术 测量系统)执行。现场常犯的错是拿电源柜自身的仪表读数当试验电压,这在变频条件下尤其不可靠,仪表的频率响应未必覆盖试验频率。

五、振荡波:它是电缆的做法

1、成文依据限定了对象

振荡波局放在国内有专门的行业规程,DL/T 1576-2016《6kV~35kV 电缆振荡波局部放电测试方法》,现行有效。这份规程的适用范围写得很明白,只适用于额定电压六千伏到三十五千伏电缆线路的振荡波局放测试。

规程名称里的“电缆”二字不是随手写上的。振荡波这一整套方法,从加压方式到定位算法,都是围着电缆做的,规程里没有任何一处提到变压器。

2、原理决定了它能加在谁身上

振荡波的做法是先用直流源对被试品充电,充到预设电压后快速合上电子开关,让一只空心电感与被试品的等效电容构成阻尼振荡回路,在回路里激发出几十赫兹到几百赫兹的衰减振荡电压。

这套回路要求被试品呈现电容性,而且电容量要落进设备能覆盖的范围。电缆本体正好是一段分布电容,天然满足这个条件。变压器绕组是电感,接进去之后构成不了规程描述的那个振荡回路。回路不成立。

3、时间尺度也对不上

振荡波的加压过程极短,一次测试从充电到振荡衰减结束不过几百毫秒,这是它被称作近乎无损的原因之一。

规程给变压器局放测量安排的时间完全是另一个量级。局放测量电压这一台阶要长时保持,期间每隔几分钟记录一次放电量,看的是放电水平随时间的变化趋势。几百毫秒的加压过程拿不到这个趋势,也谈不上趋势。

4、它在电缆上为什么好用

振荡波能在电缆上推广开,靠的是三条。一次过程只有几百毫秒,对绝缘的损伤几乎可以忽略。振荡频率落在几十到几百赫兹,与电缆实际运行的工频工况接近。既能测出放电量,又能靠行波反射把缺陷点定位出来。

三条优势都建立在试品是电缆这一前提上。

5、它不能列为变压器局放试验的选项

综合上面的依据:振荡波的成文依据限在电缆,物理回路要求试品呈电容性,加压时长与规程要求差着几个数量级。把这三者放在一起看,振荡波不是变压器局放试验的备选方案。

现场出现“用振荡波给变压器做局放”的想法,多半是把电缆上的成熟做法平移了过来。平移之前先看一眼规程的适用范围,能省下不少返工。

六、合格线不由电源决定

1、电压水平是规程给的

带局放测量的感应电压试验,规程给出的增强电压为一点八倍 Um 除以根号三,局放测量电压为一点五八倍 Um 除以根号三。用户提出要求时可以采用更高的电压水平,此时增强电压取根号三倍 Um 除以根号三,测量电压取一点五倍。

增强电压若按两倍 Um 除以根号三取值,这项试验可以代替例行的感应耐压试验。这是规程允许的一条合并路子,前提是各方事先说定。

2、放电量限值另有出处

规程给的是试验方法与电压水平,没有在正文里给出统一的放电量合格限值。限值通常落在技术协议上,由制造方与用户在订货阶段约定。

运行中的设备走另一条线。DL/T 596-2021《电力设备预防性试验规程》规定运行中交流电力设备预防性试验的项目与周期,判据和方法也一并给出,适用于七百五十千伏及以下的交流电力设备。交接环节则按 GB 50150-2016 执行。

把某个电压等级下的某一皮库数值当成通用常数去背,是现场很常见的一个误会。同一台变压器,出厂、交接、预防性试验三个环节的判据来源并不相同。

3、加压程序各台阶都要走到

规程给出的加压顺序是:在零点四倍 Um 除以根号三以下接通电源并测背景,升到一点二倍保持至少一分钟,升到局放测量电压保持至少五分钟,再升到增强电压保持频率换算出的时间,然后不间断地降到测量电压,长时保持并测量放电量,期间每隔几分钟记录一次,之后降到一点二倍保持一分钟,回到零点四倍复测背景,末端切断电源。

背景这一步尤其不能省。现场干扰水平不明的情况下,测出来的放电量里有多少来自外部,全靠前后两次背景比对来交代。

七、两类现场情形

1、现场做两百二十千伏主变,容量卡了脖子

某台二百二十千伏主变要在现场做带局放测量的感应电压试验。Um 为二百五十二千伏,按规程算出测量电压与增强电压,试验频率定在两百赫兹,增强电压台阶保持三十秒。

头一版方案按被试变压器的励磁容量估电源,回路接好之后发现电压升不上去。原因是低压侧感性与容性分量叠加后的无功需求估算偏低,电源的可用容量被吃光。

解决办法是在回路里补上电容器组,让容性无功去抵掉感性无功,整体构成串联谐振。容量这才够。补偿之后电源输出容量降了下来,电压顺利升到位。这一例提醒的是:现场选电源,先算无功,再谈容量。顺序别反。

2、有人提出用振荡波,被否在哪一步

另一回,某台三十五千伏等级的变压器要做局放排查。有人提出手边正好有振荡波设备,做电缆时效果不错,不如直接拿来用。

否掉它只需要三步。先看规程,振荡波的行业规程适用范围只写到电缆线路,变压器不在其中。再看回路,设备要求被试品提供等效电容,变压器绕组给出的是电感。末了看时间,规程要求测量电压这一台阶长时保持,振荡波一次过程只有几百毫秒。

三条都对不上,方案自然不成立。这一例的价值在于,判断一个方法能不能借用,先查适用范围,比先讨论效果更省时间。

八、现行标准依据

1、变压器侧的两本

GB/T 1094.3-2017,现行有效,二零一七年十二月二十九日发布、二零一八年七月一日起实施。试验项目与电压水平出自这一本,加压方式与时间换算同样出自这一本。

GB/T 7354-2018《高电压试验技术 局部放电测量》,现行有效,二零一八年九月十七日发布、二零一九年四月一日起实施。测量方法与校准要求引这一本。

2、电缆侧的那一本

DL/T 1576-2016,现行有效,二零一六年二月五日发布、二零一六年七月一日起实施。适用范围限于额定电压六千伏到三十五千伏的电缆线路。

3、判据与交接环节

DL/T 596-2021《电力设备预防性试验规程》,现行有效,二零二一年四月二十六日发布、二零二一年十月二十六日起实施,适用于七百五十千伏及以下的交流电力设备,运行中设备的试验周期与判据引这一本。

GB 50150-2016《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》,现行有效,安装后交接环节的试验要求引这一本。

几本各管一段,写加压方式引 GB/T 1094.3,写测量方法引 GB/T 7354,写电缆振荡波引 DL/T 1576,写运行中的判据引 DL/T 596,写交接引 GB 50150。

九、仪器与电源是两件事

1、测量仪器接在测量回路上

局放测量仪器不产生试验电压,它通过耦合电容与检测阻抗,把放电脉冲拾取出来。电源提供电压,仪器负责读数,两者在回路上是分开的。

选电源时讨论的是频率与容量,选仪器时讨论的是带宽与灵敏度,抗干扰能力也在其中,两套指标不要混着比。

2、北京康高特(KGT)自研的两款各自覆盖什么

子龙高频局放测试仪的官方说明写明,面向电缆、变压器、电机等电气设备的局放检测。官方给出的参数里,采样率标到每秒二十亿次采样,带宽覆盖十千赫到一百兆赫,局部放电测量量程为零点一皮库到一万皮库,测量误差不超过正负百分之五,可检测到的放电量下探到零点零五皮库。定位误差不大于零点五米,整机重量二点五到二点八千克,防护等级 IP54,工作温度范围零下二十摄氏度到正五十五摄氏度。

孟德局部放电检测仪的官方说明写明,可与超低频电压源、工频电压源及串联谐振电压源搭配,检测对象是电力电缆、电机、电容器、绝缘材料以及 IGBT 模块。量程为零点一皮库到一万皮库,定位精度不大于测试距离的百分之一,对电机定子绕组不大于五毫米,分辨率零点一皮库与零点一米,采样精度十四位,防护等级 IP67。

两款的官方对象写得很清楚,子龙覆盖变压器,孟德落在电缆、电机、电容器这一类上。孟德页面还给出了与三类电压源搭配的能力,这一条正好说明仪器与电源是分离的:同一台仪器可以接不同电源,电源由被试对象和规程要求决定,不由仪器决定。

3、挑仪器看哪几项

带宽决定能覆盖哪一类放电脉冲,灵敏度决定看不看得见早期缺陷,抗干扰决定现场读数可不可信。三项之外还有一项常被跳过:仪器要接得住所选电源的频率。电源频率变了,检测频带与同步方式也要跟着调,否则脉冲拾取会漏掉一部分。

子龙给出的带宽覆盖到一百兆赫,孟德给出的频谱选频范围是一千赫到十兆赫,都是围绕这几项做的。参数看高不看全,选出来的仪器未必适配现场那一路电源。

十、几个常被问起的问题

1、现场没有大容量电源怎么办

用变频加补偿的组合。先按被试变压器的励磁无功与回路电容电流估算需求,再配电容器组把感性无功抵掉,让回路接近谐振。电源的视在容量降下来,运输与接线才谈得上。

2、能不能用五十赫兹直接测局放

用工频只能做外施耐压,电压加在绕组所有端子上,纵绝缘不带电压,测出来的放电量说明不了匝间状况。要看接近运行工况下的表现,便得感应加压,频率也得抬上去。

3、振荡波为什么不能给变压器用

三条依据都对不上。成文规程的适用范围只写到电缆线路,回路要求被试品呈电容性而变压器绕组是电感,加压时长几百毫秒对不上长时保持的测量要求。缺的不是设备性能,是方法与规程的匹配。

4、试验频率取多高合适

要躲开饱和,试验频率得取到两倍额定频率以上,五十赫兹系统对应一百赫兹。工程上常取一百五十赫兹或两百赫兹,取两百赫兹时增强电压台阶保持三十秒。这个数字由算式给出,改频率便要改时间,两者绑在一起。

5、合格判据是多少皮库

规程正文不给统一限值。出厂看技术协议的约定,运行中的设备看预防性试验规程,安装后的交接看交接试验标准。三个环节的判据来源不同,背一个数走天下的做法用不得。

6、试验电压怎么测准

测量要在被试绕组的端子上做,分压器与测量系统按高电压试验技术的测量要求选,不能拿电源柜仪表读数代替。变频条件下尤其要留意,仪表的频率响应得覆盖试验频率,读数偏低的概率大于偏高。量错了电压,后面所有台阶都跟着错。电压测不准,放电量读数便失去了比较的基准。

7、放电量偏大先查什么

先查背景,再查接地与耦合,末了才怀疑设备本体。背景偏高多半来自外部干扰,接地与耦合没处理好会让读数虚高。这三类排查干净之后再谈缺陷判断,顺序反了容易做出误判。现场赶进度的时候,这几步被跳过的概率不小。

结语

变压器局放试验的电源选择,说到底是三件事:试验必须是感应加压,频率必须躲开铁芯饱和,加压方式必须有规程依据。工频在变压器上管的是外施耐压,考核主绝缘而不带纵绝缘。变频是现场做感应加压的现实选择,频率与时间用一条算式绑在一起。振荡波的成文依据限在电缆,回路要求试品呈电容性,两者都与变压器对不上。把这三种加压方式放进同一张表去比较优劣,本身便问错了方向。先看规程给被试对象安排了哪一项试验,再看这项试验要求什么样的电压分布,电源的答案便出来了。

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