操作冲击试验
概述:
电力系统中运行的变压器除长时间受到工频电压和短时大气过电压的作用外， 还经常受到操作过电压的作用。产生操作过电压的原因有多方面，主要是由于线 路操作引起的。如：线路合闸和重合闸、故障和故障切除、开断容性电流和开断 较小和中等验目的是用 来检验变压器线端对地及三相变压器线端之间的操作冲击耐受能力。
图中：1 —电压测量电路；2 —电流测量电路；3 —负载电阻。 ������1(������1)，������2(������2)分压器阻抗(电容)
注:三角形联结绕组的冲击施加方式如图中虚线所示。
操作冲击试验中的端子接线
对于三心柱式和五心柱式三相变压器，所选的电路应使相对地绝缘和相间绝缘 分别受到1.0p.u.(标幺值)和1.5p.u.(标幺值)的外施电压。这两种绝缘的试验是同 时进行的。
变压器操作冲击试验 试验接线 冲击波既可以由冲击电压发生器直接施加到被试最高电压绕组线路端子上，也可 以施加到较低电压的绕组上，通过感应将试验电压传递到最高电压绕组上。在最 高电压绕组线路端子和地之间出现的电压值应为规定的试验电压值。应在最高电 压绕组线路端子测量电压。 三相变压器应逐相地进行试验。 GB 1094.4规定：对三相变压器只允许采用一种试验接线，如图所示，其中性点总 是接地的且非试相端子最好连在一起。(对于具有三角形联结绕组的变压器，非被 试端子不必连在一起。)
利用变压器产生操作冲击电压原理图
利用变压器产生操作冲击的等值电路
在等值电路中， ������1 是等效的冲击电压发生器的主电容，为保证操作冲击电压有足够的波长， 要求������1应有一定的电容值（微法级)。 ������是波前电阻，它的作用是根据试品的实际情况来调 整波前长度和阻尼高频振荡。������1、������2分别是试品一次侧和二次侧的漏感。������0是变压器的励 磁电感。在变压器操作冲击试验中，因为铁心的饱和作用使得������0不为常数。 过程如下：先将电容������1充电到规定电压，然后点火使间隙������击穿，此时������1经������ 、������1、������2向������2 充电。������2上电压上升的过程即为操作波的波前，此时可认为������0为开路。当������2充电到一定幅 值后，������1 、������2共同对������0放电。由于此时铁心的饱和作用使������0减小，放电电流增大，电压迅 速下降，������2上电压������2下降到零的过程即为操作波的波尾。
国家标准中均明确规定了不同电压等级的变压器产品的冲击绝缘水平:
操作冲击电压的波形： 变压器 标准对操作冲击波的视在波前时间无严格的规定值，但应有足够长的时间以
保证电压分布基本上是均匀的。 一般要求波前时间������1≥100µs，它是由绕组等效电容、负载电容和串联电阻等
决定的。波尾不仅受到各种调波元件的影响，而且也受到铁心可能饱和的影响。 由于铁心饱和，大多数变压器在全电压值下，其波尾部分的指数衰减曲线会在峰 值以后某一不确定的时刻突然下降过零。因此，视在半峰值时间不能用来表征操 作冲击波的波尾。此时，波形参数可改用高于90%峰值的时间������������和第一个过零时 间������������来表征。GB/T 1094.3规定：超过90%规定峰值的时间至少为200 µs从视在原点 到第一个过零点的全部时间至少为1000 µs。
1——电压波形；
2——电流波形；
������——冲击波30%峰值瞬间与90%峰值 瞬间之间的时间；
������1——视在波前时间；
������������——第1个过零点的时间；
������������——大于90%规定峰值的时间。
操作冲击电压波形的产生 操作冲击电压波形的产生有许多方法，大致可分为利用冲击电压发生器和 利用变压器两种。前一种是目前大部分试验室普遍使用的方法；而后一种多用 于现场的变压器试验。 1 利用冲击电压发生器产生操作冲击电压 利用冲击电压发生器产生满足标准要求的操作冲击电压波形，将该波形直 接施加在被试变压器的线端是大多数变压器制造厂使用的产生操作冲击的方法。 从产生原理上说，利用冲击电压发生器产生操作冲击电压和产生雷电冲击电压 没有什么不同，但是由于操作冲击电压波形的波前时间和波形持续时间较雷电 冲击波要长许多，所以在选择冲击电压发生器的回路参数上有所不同。由于波 前、波尾电阻值较大(几乎与充电电阻为一个数量级)，所以会对冲击电压发生器 的同步性能产生一定的影响。另外充电电阻参与回路放电又使得冲击电压发生 器的效率降低。
选择哪一个绕组直接施加试验电压及此试验电压的水平，一般可由制造单 位决定，但应该使具有最高额定电压的绕组达到额定操作冲击耐受水平。
不允许将非被试绕组短路，因为在操作冲击试验时，这种短路的效应基本 上与感应电压试验时相同。 虽然操作冲击波的基本波形是通过感应传递的，但相间耦合电容、各相自身电 容和自身电感也能引起附加的振荡，并叠加在传递电压波上。下图是表示出这 种影响的实例。因此，当在一个端子上施加电压������时按GB1094.3的要求，相间 的电压值便为1.5������。这点仅从理论上说是正确的。所以，在试验时如果不在非 被试端子上采取经高阻抗接地的措施以抑制振荡电压的话，那么相间的电压值 很可能比1.5������要高，非被试端子上的相对地电压值也很可能比0.5������要高得多。
除了利用冲击电压发生器产生电压足够高的操作冲击波，直接作用于被试变压器线端
外，还可以利用低电压冲击发生器产生幅值较低的操作冲击波施加于被试变压器的低压 线端，利用被试变压器自身的电磁感应作用在其高压线端产生幅值及参数满足标准要求 的操作冲击电压。该方法简单经济，特别适用于没有高电压冲击发生器的企业或在现场 进行的操作冲击电压试验。
操作冲击电压发生器原理图
利用冲击电压发生器产生操作冲击波时，由于充电电阻较大，应保证足够的充电时间，
否则有可能使冲击电压发生器上部几级充电不足，使各级间电压不平衡，影响冲击电压 发生器的效率，另外冲击电压发生器的顶部应采用足够大的屏蔽电极，否则在产生操作 冲击时，冲击电压发生器容易对周围的接地物体发生放电。 2 利用变压器低压励磁在试品高压侧产生操作冲击电压