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高电压测试技术 第1章：交流高压试验设备
戴玲 dailing@ 2015年10月
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1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
试验变压器的基本特点和结构型式 单级和串级试验变压器 调压装置 减少试验变压器漏抗的方法 串级试验变压器的电压分布 调压设备 三倍频试验装置 用试验变压器产生操作冲击波的方法
单级和串级试验变压器
防止出现串联谐振现象
试验变压器具有较大的漏抗，在容性负载下有“容升现象”。甚至出 现串联谐振现象，在变压器和被试品上出现危险的过高电压。
U U c U U
x c R 2 x c x s R 2 x c x s
2
2
当xc≈xs时，且R很小， 则将出现危险的过电压。
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1.1
试验变压器的结构型式
按绕组形式可分为圆盘型和圆筒型
圆盘型
一般200-300kV以 下的试验变压器多 采用圆盘型绕组， 绕组由几个线圈串 联而成。
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1.1
试验变压器的结构型式 圆筒型
高电压时，为了改善 暂态电压沿绕组的分 布，多采用圆筒型绕 组。
低压绕组内侧与铁心相连， 高压绕组同侧的绕在低压 绕组的外侧，内侧接地， 外侧为高压输出。高压绕 组的电压由内至外逐层升 高，各层间采用绝缘筒， 每层线圈的匝数也随电压 升高逐渐减小。
1 2 1 2 I m L U cmC 2 2
分析中忽略了电阻的作用， 实际上调压器、变压器和保 护电阻，都会消耗磁场能量， 降低过电压的幅值。
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1.2
单级和串级试验变压器
高速可控硅保护，抑制熄弧过电压！
从电容分压器取出电压突然变 化的信号去触发脉冲波发生器， 输出脉冲触发导通双向可控硅， 将试验变压器的原边绕组短路， 负载C失去电源供应，因此无法 产生过电压。 经过一段时间后，过流继电器 将断路器S跳闸。 L是限流电抗器，限制可控硅短 路电流在一个允许值内。
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500
550
绝缘试验：
交流、直流、雷电冲击波和操作冲击波等各 种波形的高电压。
良好波形中以下成分应尽量小：
交流高压中的高次谐波； 直流高压中的脉动分量； 雷电冲击和操作冲击的振荡分量等。
本课程还将介绍其他科学技术领域中广为使 用的冲击电流发生器。
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目
录
第1章 交流高压的产生与测量 第2章 直流高压的产生与测量 第3章 冲击高压的产生与测量 第4章 冲击电流的产生与测量 第5章 介损与电容量 的测量 第6章 局部放电的测量 第7章 高电压试的计算
串级变压器的输出电压为：
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短路阻抗为：
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高电压测试技术
戴玲 dailing@ 2015年10月
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电力系统向更高电压等级发展。 目前我国电网已经发展到AC1000kV，DC±800kV。 输送电压与输送容量、输送距离的关系
输送电压（kV） 输送容量（MW） 输送距离（km）
110
220
10-50
100-500
50-150
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1.2
单级和串级试验变压器
被试品放电！
被试品放电，相当于有一个负极性 的冲击电压波作用到试验变压器的 高压绕组，陡度很大，威胁到高压 绕组的纵绝缘。
解决办法：在变压器输出端 串联一个保护电阻R，可降 低陡度。
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1.2
单级和串级试验变压器
被试品放电后熄弧！
油的介质恢复强度上升很快，且绝缘强度高，因此油中电弧可在短路电 流的任何相角甚至幅值处熄弧。
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1.1 试验变压器的基本特点和结构型式
因此，试验变压器的运行条件比电力变压器有利，但重要性 不如电力变压器。因此
（1）安全裕度小；
（2）结构简单，无散热装置；
（3）变比较大，容量较小。
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1.1
试验变压器的结构型式
高压试验变压器大多是油浸式的，干式试验变压器现很少采 用。 有金属壳和绝缘壳两种。绝缘壳（瓷、胶纸、玻璃钢等）的 绝缘尺寸小，且不需要复杂的套管，尺寸和重量大为减小。 由于绝缘外壳试 验变压器的散热 条件比金属外壳 的小一些，因此 额定电流也要小 一些。
串级试验变压器可分为具有绝缘变压器的串级线路和具有累接绕 组变压器的串级线路。后者使用更普遍。 优点：简化了变压器内部和套 管的绝缘。 缺点：设备利用率低。布置相 对复杂，占用相当大的试验室 面积，需要很多均匀环和连接 管，运行不方便。
具有绝缘变压器的串级线路
实际上目前这种方式很 少使用。
25
1.2
ωt
励磁电流变为尖顶波后，引入了谐波。 变压器的谐波由铁心材料的磁滞及饱和现象引起。
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1.2
单级和串级试验变压器
1. 假定电源电压波形是正弦的，作用到变压器原边绕组的电 压为正弦电压-励磁电流（含基波与谐波）中在调压器漏 抗上产生的压降。显然，原边电压不为正弦波，因此副边 电压也不会为正弦波。 2. 假定试验变压器带有容性负载，则容性负载在高次谐波下 表现为更小的阻抗，高次谐波电流增加，它在调压器和变 压器漏抗上产生更大的压降，致使输出波形畸变更为严重 。
波形畸变的原因： （1）铁心的非线性； （2）调压器和变压器的漏抗； （3）电容器负载
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1.2
单级和串级试验变压器
改善波形的方法：
（1）移圈式调压器； （2）减小调压器和变压器的漏抗； （3）特殊设计的正弦波发电机； （4）采用三相电源的线电压供电； （5）L-C串联谐振滤波装置。
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1.2
单级和串级试验变压器
27
1.3
减小试验变压器漏抗的方法
（2）采用平衡绕组
两个平衡绕组匝数相同，并且 将同名端连接起来。主磁通在 两个平衡绕组中抵消；绕组1对 2’’和3绕组的漏磁通在绕组4’感 应出电动势，则有平衡电流流 过绕组4和4’’，4’’产生了补助磁 通，抵消了漏磁通。 因此减小了总体的漏抗。
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1.4
串级试验变压器漏抗的计算
（1）在短路电流过零瞬间熄弧
这时电源电压瞬时值为Um，在 熄弧后的很短一段时间内，可堪 为直流Um想被试品充电，被试 品上电压为
uc U m 1 cos 0t
最高可达2Um
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1.2
单级和串级试验变压器
被试品放电后熄弧！
（2）在短路电流达到最大值时熄弧
短路电流贮存的磁场能将转化为被试品C中的电场能。由下式 计算被试品上的电压最大值
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1.1
试验变压器的结构型式
750kV， 1A， 漏抗2.7%， 重量25吨。
金属外壳试验变压器可分为单套管和双套管两种。
600kV， 1A（10小 时）， 漏抗1.5%， 重量29吨。 单套管试验变压器 高压绕组的一端与铁心相连，另一端 经套管引出。因此高压绕组和套管对 铁心、外壳的绝缘应按全电压考虑， 这种结构多适用于200-300kV以下的 试验变压器中。 高压绕组分成两部分绕在铁心上， 中点与铁心相连，两端点各通过一 只套管引出。因此高压绕组和套管 对铁心、外壳的绝缘主要按照全电 压的一半考虑就行。外壳对地绝缘 也按全电压一半考虑。适用于500750kV的试验变压器中。 13
高压 电器
110
126
450
850 950
450
935 950
530
950 1050
1050
330 363 1175 1425 1550 1175 1550 1675 1175 1550 1675
1050
1175 1425 1550 1675
1050
1175 1425 1550 1675
1175
1300 1550 1675
先介绍如何测出单台试验变压器的漏抗，在进一步计算出串级试验变压器 的总漏抗。
具有累接绕组的变压器实际上是一台三绕 组变压器，任一对绕组之间的压降除了与 这一对绕组的电流、自感、互感有关以外， 还与另外一绕组的电流和互感有感。
x1、x2和x3可以通过实验方 法求得。
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1.4
串级试验变压器漏抗的计算
在进行试验前，必须认真核 算！ 15
1.2
单级和串级试验变压器
非零值电压突然合闸！
如果调压器未回复到零电压位置时，突然闭合电源开关，则在 试验回路中将产生过渡过程。
U0为合闸瞬间的电源电压值，X1和x2 为调压器和试验变压器的漏抗，C1和 C2为试验变压器原副边的对地电容。 在合闸后的很短时间内，试验回路中 可能出现很高的频率很高的振荡过程。 威胁到变压器的主绝缘，纵绝缘。 试验变压器的控制回路应保证只能在 调压器为零电位时才能闭合电源开关。
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1.2
f
单级和串级试验变压器
f
未饱和时磁化曲线 饱和时磁化曲线 o
变压器铁心的基本磁化曲线是非线性的。
当铁心进入饱和阶 段后，磁化曲线变 为非线性。 维持同样的磁通， 铁心进入饱和阶段 后，需要的励磁电 流变大了。
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ωt
i0
o
要维持绕组内的正弦波 电压，主磁通也必须是 正弦形的。
i0
要维持变压器内的主磁通 为正弦波，励磁电流将是 一个尖顶的波形。
单级和串级试验变压器
具有累接绕组的串级线路
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1.3
减小试验变压器漏抗的方法
试验变压器的阻抗主要决定于漏抗。一般用短路电压表示。单台试验变 压器的漏抗通常在3%-10%之间。
（1）采用两个低压绕组供电
低压绕组由2个并联的绕 组1和2组成。绕组1和高 压绕组3直接紧密耦合， 高压绕组的大部分电压 都由绕组1产生；绕组2 主要与累接绕组4耦合， 传递下一级必要的功率。 低压绕组既能与高压绕 组紧密耦合，又能与累 接绕组紧密耦合，因此 刻减小漏抗。
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突然合闸的简化电路