变压器冲击试验波形的调整靳一博

变压器冲击试验波形的调整靳一博

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前言：冲击试验是变压器型式试验的主要试验项目之一，试验质量的好坏直接关系到产品质量及信誉。在大型电力变压器和电抗器雷电冲击试验中，由于绕组的等值电感小、等值电容大，往往不可能得到规定的标准波形。因变压器和电抗器，种类繁多，型号复杂，结构差异大，各类变压器试品进行雷电冲击试验所需考虑的问题也越来越多。因此很有必要对变压器雷电冲击试验进行研究。

变压器进行雷电冲击试验的关键就是调波，即试验波形的调整按照IEC标准和国家标准规定，雷电冲击全波波形是1.2±30%∕50±20%μs波前振荡不大于5%,反峰不大于50%。由于变压器冲击入口电容是一个常数，大容量时为了得到符合要求的波前时间T1，只有减小波前的串联电阻，但因设备本身及试验回路有一定的电感，若串联阻尼电阻过小，将使波前部分产生振荡和上冲，而标准规定的振荡或上冲幅值不能大于峰值的5%，所以波前电阻值不能过小，从而决定了最小的视在波前时间T1值，此波前时间T1值可能大于标准规定的值，从而使雷电冲击试验波形达不到标准规定的波形。怎样才能使试验波形达到标准规定呢？下面分两个方面进行论述。

一、影响试验波形的参数及调波原理

进行雷电冲击试验的基本电路见图

冲击试验基本电路图

图（1）中Cg---发生器电容；Cl---负荷电容；

Ct---试品等值电容；Lt---试品等值电感；

Rs---波头电阻；Rp---波尾电阻；

Z1---分压器高压臂电阻；

Z2---分压器低压臂电阻；

Zc---截断电路中的附加阻抗

下列参数对雷电冲击电压波形有影响

试品的等值电容Ct和等值电容Lt；

就一台产品而言，在冲击试验回路中Ct基本上是一个定值，至于Lt随试品端子接线不同而不同。

冲击电压发生器电容Cg；

调波原件Rs，Rp，CL及分压器阻抗Z1；

冲击电压发生器和整个试验电路的寄生电感和杂散电容；

视在波前时间T1，主要决定于Cg、Ct、Rs、CL等参数。视在波尾时间T2，主要决定于Cg、Lt、Rp等参数但如果Lt太小，Rs对T2也有明显的影响。

变压器在雷电冲击试验时的波形调整一般分两种情况，高阻抗绕组和低阻抗绕组

高阻抗绕组（Lt>100mH）

波头时间为：(1)

波尾时间为：T2≈0.7Rp(Cg+C)(2)

当Rp­》Rs且Cg》C时则：T1≈3RsC

T2≈0.7RpCg(3)

注：Cg---发生器电容值；C---变压器的等效电容Ct+负荷电容CL；

Rs---波头电阻阻值；Rp---波尾电阻；

通常波前和波尾参数均是根据纯电容负荷时的原理来进行调节的，实际上变压器的等效电容Ct是包括在C之内且Ct在波尾的情况下有不同的实际值。

对于波前，其中CB为套管电容，Cs为绕组的串联电容，Ce为绕组的对地电容。

对于波尾Ct大致等于CB加上Ce的某一部分值，此部分的确切数值是与起始电压分布有关，很显然，在大多数实际情况中Ct值的大小考虑，对波尾而言是无关紧要的。

对于绕组等值电容在于20-100mH时，它明显地使放电时间常数减少。此时T2不能直接按式（3）调节，为了计及这种影响，Rp必须足够大，经验表明，Rp实际值有必要比按式（3）求出的大2-10倍。

低阻抗绕组

对于波前调节与高阻抗绕组的情况相同；

对于波尾调节，回路相当于等值电感电路，可根据电感电路中的阻尼系数K的大小将使试验电压波形呈振荡型或全指数曲线型，在临界阻尼（K=1）或过阻尼（K>1）的电路中，可得一至指数曲线的电压波形，然而一般是不能采用这种波形的，因为在这种情况下与此相应的电阻值将过大，使波前时间延长到不能接受的程度，若K<1试验电压为：

（4）

此时电压为衰减振荡波；

为了初步估算T2，令RS为零。因此式（4）为Ut=Ucosωot

(5)

但在这种理论条件下，将得到反极性幅值为100%的余弦波。

按照GB1094.3规定，反极性幅值Ur限制在试验电压幅值50%以内，故要作大的衰减，由此，波尾时间将比按式（5）计算要小。在此条件下，K=0.25，

故波尾时间T2为：(6)

式（5）及（6）表示出调节试品电感Lt或冲击发生器电容Cg以控制波尾的准则。

Lt受非试绕组接线方式影响，如果将非试绕组短路接地（即通常采有的接线方式），Lt便是变压器的漏抗如果在非试绕组上接入电阻负载时，等效电感增大，但是必须限制非试绕组端子上的电压值不大于其额定雷电冲击耐受电压值的75%。Cg可随冲击发生器的各级串、并联接线变动而改变，下式（7）可估算出所需的冲击发生器电容Cg最小值

(7)

应当指出当Lt过小时，RS对T2将有很大影响，采取一中改进的试验回路，在不增加Cg的情况下可明显的使T2拉长，这就是在RS（波头电阻）并联附加电感原件，在波尾部分起到减少RS的作用保证了T1，T2时间的满足。

实际试验中的波形调整

变压器试验波形的调波是一个复杂的过程，由于变压器产品种类多、结构差异很大，尤其是一些出口产品、整流、有载调压变压器等往往都是一些大容量、高电压等级的试品，试验波形的调整具有一定难度，但还是有一些规律可循。下面是前几年对一些中小型变压器试验时调波的总结的一些基本规律，见表（1）

表（1）600KV冲击设备试验调波参数统计表

按照上表参数进行调波一般电力变压器都能达到标准波形。另外，对一些大型电力变压器或杂类变压器，如大容量单相或三相变压器、整流变压器、电抗器、电炉变压器等进行冲击试验时，一般是波前时间会变长超过标准准许的范围，解决的办法是：

（1）尽可能使引线缩短以减少回路电感

（2）在高压线上并负荷电容使大的振荡形成小振荡

有些产品试验时波尾时间较短并且产生振荡，解决的办法是：

（1）增加设备主电容Cg

（2）试品不试端子经小电阻接地

不试端子经阻抗接地的方法，的确是增加波尾时间的一种非常有效的方法。尤其是一些大容量的产品，低压绕组做雷电冲击试验时，如果不用支承电阻T2只有十几微秒，支承后可达40-50uS。但是在使用这种方法时应注意下面两个问题：

非试端子经阻抗接地后一定要测该端电压，三角形接法绕组承受试验电压不能超过额定试验电压的50%。

全绝缘Y接线变压器中点引出的，在试验时不试端子经阻抗接地。如A相进波，B、C相和中点O都要同时支承，才取得好的效果。

在冲击试验时要注意的是在改接设备时应做到：

（1）设备接线要牢固，引线要尽可能短些；

在分析调波过程，大多忽略了回路电感及冲击设备电感，然而在实际试验中，特别是大容量低电压的试品时，回路电感起相当大的作用，这就要求试验时，接线要牢固，引出线要尽可能减少电感（引线尽量短些），同时设备负荷电容要选择得合适，两者匹配的好，才能使波形振荡限制在最小程度。

（2）保证Rs、Rp能够承受足够的能量

在选择制造Rs、Rp时能量按正常时考虑的，因此在多级并联运行时，使得冲击发生器的能量成倍数的增加，所以Rs、Rp应保证承受住冲击能量而不致烧坏，当没有大容量的电阻时，可用现有的波前，波尾电阻并联使用。

结论

通过以上论述可证明进行变压器冲击试验利用现有设备、冲击试验波形是能够达到标准规定的，经分析可得出以下结论：

保证波前时间方法

（1）调整波前电阻Rs

（2）调整负荷电容CL

（3）调整冲击发生器级数

（4）降低回路电感

保证波尾的方法

（1）调整设备电容Cg（多级并联运行）

（2）调整波尾电阻Rp

（3）试品不试端子经电阻接地

（4）波头电阻并联电感

保证半峰值时间的方法

（1）调整设备电容（多级并联运行）

（2）调整波尾电阻Rt

（3）调整支撑电阻

4、减小过冲的方法

（1）增大波头电阻

（2）降低回路电感

（3）增大阻尼电阻

（4）增大冲击电压发生器主电容

参考文献

1.《GB7449电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击导则》

2.张仁豫、陈昌渔、王昌长、陈秉中编著《高电压试验技术》