多倍頻感應耐壓原理及分析

多倍頻感應耐壓原理

1.引言

變壓器線圈的絕緣分為主絕緣和縱絕緣。主絕緣也叫橫絕緣是指線圈對它本身以外的其他結(jié)構(gòu)部分的絕緣，包括它對油箱、鐵芯、夾件和壓板的絕緣，對同一相內(nèi)其他線圈的絕緣，以及對不同相線圈的絕緣（相間絕緣）?？v絕緣是指線圈本身內(nèi)部的絕緣。它包括匝間絕緣、層間絕緣、線段間的絕緣等。在外施工頻耐壓的電氣試驗中，考驗的僅僅是變壓器繞組的主絕緣，而隨著變壓器電壓等級的提高、容量的增大，其匝間絕緣變得相對薄弱，但外施加工頻耐壓的電氣試驗卻無法對變壓器縱絕緣進行考驗。

感應耐壓試驗由于采用自激法加壓，若試驗方法選擇合理，變壓器的主絕緣和縱絕緣可同時得到檢驗。考慮到變壓器鐵芯的磁飽和問題，感應耐壓的電源常采用倍頻電源，感應耐壓因此也叫倍頻感應耐壓。

2.變壓器的絕緣缺陷引起的故障分析

相對于變壓器的主絕緣即繞組之間以及繞組與鐵芯之間的絕緣，變壓器另外有一個重要的絕緣性能指標就是縱絕緣。國家標準和國際電工委員會(IEC)標準中規(guī)定的“感應耐壓試驗”是專門用于檢驗變壓器縱絕緣性能的測試方法之一。

變壓器的縱絕緣主要依賴于組內(nèi)的絕緣介質(zhì)——漆包線本身的絕緣漆、變壓器油、絕緣紙、浸漬漆和絕緣膠等，不同種類的變壓器可能包含其中一種或者多種絕緣介質(zhì)。縱絕緣電介質(zhì)很難保證100%的純凈度，難免混入固體雜質(zhì)、氣泡或者水分等，生產(chǎn)過程中也會受到不同程度的損傷。變壓器工作時的最高場強會集中在這些缺陷處，長期負載運作的溫升又會降低絕緣介質(zhì)的擊穿電壓，造成局部放電，電介質(zhì)通過外施變電場吸收的功率即介質(zhì)損耗會明顯增加，導致電介質(zhì)嚴重發(fā)熱，介質(zhì)電導增大，該部位的大電流也會產(chǎn)生熱量，會使電介質(zhì)的溫度繼續(xù)升高，而溫度的升高反過來又會使電介質(zhì)的電導增加，長期惡性循環(huán)，最后導致電介質(zhì)的熱擊穿和整個變壓器的毀壞。這一故障表現(xiàn)在變壓器的特性上就是空載電流和空載功耗顯著增加，并且繞組有灼熱、飛弧、振動和嘯叫等不良現(xiàn)象?？梢娎酶袘蛪涸囼?a target="_blank">檢測出變壓器是否含有縱絕緣缺陷是極其必要的。

3.感應耐壓試驗的原理

變壓器剛出廠時，沒有經(jīng)過長時間惡劣環(huán)境的考驗，沒有外施額定電壓和頻率的電源作為長期試驗，以致繞組匝間和段間的電壓不足以達到電介質(zhì)缺陷處的擊穿電壓，難以造成這些絕緣缺陷處的放電和擊穿，這種存在絕緣故障隱患的變壓器與絕緣性能良好的同類變壓器的空載電流和空載功耗沒有太大的差別，故難以發(fā)現(xiàn)這些隱患。

感應耐壓給變壓器施加兩倍額定電壓以上的電壓，可在縱絕緣缺陷處建立更高更集中的場強，繞組匝間、層間和段間的電壓達到并超過電介質(zhì)缺陷處的擊穿電壓。感應耐壓試驗給變壓器施加的頻率在兩倍的額定頻率以上，較高的頻率又可大大降低固體電介質(zhì)的擊穿電壓，使得絕緣缺陷更容易被擊穿。感應耐壓試驗所規(guī)定的外加電壓的作用時間亦可保證絕緣缺陷的擊穿，故感應耐壓可以可靠地檢測變壓器縱絕緣性能的好壞。

感應耐壓試驗給變壓器外加電源的頻率之所以在兩倍的額定頻率以上，是因為變壓器的勵磁電流i主磁通振幅?m的特性曲線一般設(shè)計在額定頻率和額定電壓下接近彎曲飽和部分,如圖1所示,又因在電源頻率不變的情況下，主磁通?m決定于外加電壓U，即：

圖1 激勵電流與主磁通振幅的關(guān)系

U=E=4.44Wf?m

其中，U是外加電源電壓(V),E是加電繞組的感應電動勢(V),f是外加電源頻率(Hz),W是加電繞組的匝數(shù)(n)。

所以給變壓器加兩倍額定電壓以上的電壓必然會導致鐵芯嚴重飽和，主磁通?m增大，由圖1可知，激勵電流i會急劇增加，致使變壓器發(fā)熱燒毀；為了使變壓器在加兩倍壓以上時鐵芯仍不飽和，需要提高電源的頻率至兩倍頻以上。

感應耐壓試驗給變壓器原邊加兩倍電壓以上和兩倍頻率以上的電源，變壓器的主磁通會使原邊和副邊同時感應出感應電動勢E1和E2，且分別是其額定工作狀態(tài)下的兩倍以上，所以感應耐壓試驗可以同時對主、副繞組進行縱絕緣性能的測試。當然，也完全可以根據(jù)需要從變壓器的副邊進行測試，所施加的電壓應當是變壓器額定工作狀態(tài)下空載電壓的兩倍以上，頻率同樣是額定頻率的兩倍以上。