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000kV特高壓交流工程中電力變壓器的結構特點、絕緣水平及絕緣試驗中的特殊問題，包括特高壓變壓器雷電沖擊試驗波前時間延長的問題。分析了不同波前時間對特高壓變壓器絕緣水平的影響，指出應在特高壓變壓器設計研制和試驗中，考慮和重視雷電沖擊試驗波前時間延長所帶來的影響。
緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙規定標準雷電全波沖擊試驗的波前時間為1.2（1±30°）叫。目前，500kV及以下電壓等級變壓器高壓線端雷電全波沖擊試驗的波前時間一般能滿足標準規定的要求；但是，在750和1000kV電壓等級變壓器上應用時發現，高壓線端雷電全波沖擊試驗的波前時間通常較長，國內750kV變壓器試驗的波前時間有的甚至達4叫左右，某些國家特高壓變壓器的實際試驗波前時間約為5，遠遠超過標準規定的要求。因此特高壓變壓器高壓線端雷電全波沖擊試驗波前時間延長超限的問題受到廣泛關注。
對于不同電壓等級的輸變電系統，標準中均明確規定了變壓器的雷電沖擊絕緣水平。雷電沖擊試驗是考核變壓器絕緣強度的重要手段。變壓器繞組雷電沖擊特性設計以及波過程計算一般依據試驗的耐受電壓幅值及其標準波形。全波沖擊電壓波前時間越長，繞組各點對地大電位和大電位梯度也將有所降低，長波前時間雷電全波沖擊試驗不能嚴格考核驗證按標準波前時間設計的雷電沖擊特性。為解決這一特高壓工程建設中面臨的實際問題，在借鑒變壓器繞組波過程理論分析及結論的基礎上，結合雙繞組模型的低電壓沖擊測量實例對截波沖擊與全波沖擊作用下繞組的電位及梯度分布進行了等價性分析和比較，得出截波沖擊試驗可以彌補長波前時間全波沖擊試驗的缺陷，并建議對于例行試驗的變壓器產品將截波沖擊試驗作為長波前時間全波沖擊試驗的補充試驗項目，從而完善特高壓變壓器雷電沖擊試驗的順序。
1雷電沖擊試驗順序規定的分級絕緣（末端接地）繞組，線端雷電全波沖擊試驗是例行試驗項目，截波沖擊試驗是型式試驗項目。
對于型式試驗的變壓器產品，要求進行線端雷電全波沖擊試驗和截波沖擊試驗。截波沖擊試驗和全波沖擊試驗合并成一個單一的型式試驗順序：1次降低電壓的全波沖擊；1次全電壓的全波沖擊；1次或多次降低電壓的截波沖擊；2次全電壓的截波沖擊；2次全電壓的全波沖擊。
對于例行試驗的變壓器產品（該型產品已通過型式試驗），線端只需進行雷電全波沖擊試驗。例行試驗順序包括電壓為5075全試驗電壓的一次沖擊及其后的三次全電壓的沖擊。
2波前時間及其影響因素分析變壓器典型沖擊試驗回路如所示。中，g為放電球隙；成=成1+尺12，為波頭電阻；沁為波尾電阻；Q為沖擊發生器主電容；c2為試品等效電容（包括變壓器繞組沖擊入口電容、電容分壓器電容、截斷裝置電容等的組合）。
變壓器典型沖擊試驗回路一般地，波尾電阻R2遠大于波前電阻Ri，此時，波前時間71可表示為考慮到沖擊電壓發生器的效率、試驗能力和設備的經濟性，通常應選擇沖擊電壓發生器的主電容C1與試品等效電容C2滿足5 和振蕩是容許的，只要是其單個波峰的幅值不超過峰值的5.這樣就使波頭電阻的阻值不能太小，從而決定了波形的T1值。GB 1094.4?2005指出：如果為了得到更小的波前時間（好仍是在規定的范圍內），可允許其振蕩峰值和/或過沖值比GB/T16927.1規定的5的電壓波形峰值大一些。此時，必須對振蕩峰值和波前時間同時兼顧。通常，即使將波前時間延長到制造單位與用戶協商的極限值，也應盡量使振蕩峰值不大于10.在雷電沖擊試驗過程中，為了得到標準的試驗波形，常采用多種調波手段。從式（1）可知：增加沖擊電壓發生器主電容Q可改善波前時間。將沖擊電壓發生器改變接法，分成幾組并聯以增加試驗回路主電容，這種調波手段在低電壓繞組試驗時常常采用，但用于高電壓繞組則將難以滿足試驗全電壓的要求。此外，根據從式（1）到式（2）的推導過程可知：當G遠大于C2時，增加沖擊裝置主電容G對波前時間71的改善效果并不大。還介紹了一種在試驗回路中采用波前時間調整裝置的試驗調波手段，在波前電阻上并聯電容，增加調波裝置以改善波前時間。 3繞組波過程理論分析及結論3.1繞組波過程為了掌握繞組中波過程的基本規律，通常分析直流電壓突然合閘于繞組簡化等值電路的情況。變壓器繞組簡化等值電路如所示。其中：忍為單位長度的電感；Cs為單位長度的縱向電容；Ce為單位長度的對地電容。 變壓器繞組簡化等值電路合閘瞬間繞組相當于一電容鏈，等值為變壓器入口電容。繞組中的起始電壓分布是很不均勻的，大部分電壓將降落在繞組首端附近。試驗結果表明：當很陡的沖擊波作用時，一般在10叫以內變壓器繞組電感中電流很小，可以忽略。 對于均勻繞組，其穩態電壓分布是均勻的。電壓從起始分布到穩態分布的過渡過程具有振蕩性質。理論定性分析表明：末端接地的繞組中，大電位出現在繞組首端附近；此外，繞組各點將在不同時刻出現大電位梯度，開始首端出現大值，在振蕩過程中，靠近末端也出現很大的數值。3.2波前時間延長對波過程的影響繞組內的波振蕩過程與作用在繞組上的沖擊電壓上升速度有關。沖擊電壓波前時間越長、上升速度越低，則起始電壓分布受電感和電阻的影響，更接近于穩態分布，所以振蕩發展較平緩，繞組各點對地大電位和大電位梯度也將有所降低；反之，當陡波頭沖擊電壓作用時，繞組內的波振蕩過程將很激烈。一般說來，波頭越陡對變壓器縱絕緣沖擊梯度分布的要求越嚴格，對繞組匝間、段間絕緣的影響越嚴重，因此，波前時間延長可能會對某些縱絕緣的考核偏松。 3.3截波作用對波過程的影響截波在繞組中將產生很大的電位梯度而危及繞組縱絕緣。實測表明：截波作用下繞組內的大電位梯度將比全波作用時為大。因此，截波沖擊試驗對繞組縱絕緣的考核較全波沖擊試驗更為嚴格，而在振蕩過程中繞組各點在不同時刻出現的大電位梯度（包括梯度峰值與持續時間）對繞組縱絕緣的保護和設計是很重要的參數。當全波波前時間延長，全波梯度分布不能得到嚴格考核時，可考慮補充截波沖擊試驗對截波梯度分布進行嚴格考核。 截波波形的特征參數主要包括截斷特性、截波峰值和截斷時間。波前時間不是截波波形的特征參數，波前時間延長對截波特性的影響不是主要的。 實質上，標準規定的截波沖擊試驗本身就是全波沖擊試驗的補充，只是這種補充是在2種不同類型的標準波形之間的補充，并局限于高電壓等級變壓器的型式試驗。在例行試驗中，當全波波前時間超限時，建議仍采用截波沖擊試驗作為全波沖擊試驗的補充。 綜上所述，特高壓變壓器高壓線端雷電沖擊試驗具有波前時間延長超限的特點。波前時間超限可能會對某些縱絕緣的考核偏松，而截波沖擊試驗對繞組縱絕緣沖擊梯度的考核更加嚴格，因此，為了彌補波前時間超限，全波沖擊試驗不能嚴格考核變壓器縱絕緣沖擊梯度的缺陷，可以考慮用截波沖擊試驗作為全波沖擊試驗的補充。 4截波的截斷特性與電壓峰值4.1截波的截斷特性構成應使記錄的沖擊截波的跌落時間盡量短。截波過零系數不大于0.3；截斷跌落時間一般不大于截波跌落時間不大于0.7叫的等值頻率一般不小于357kHz；與標準全波沖擊波前時間相對應的等值頻率為160298kHz.由于測量上的實際困難，截波電壓跌落的持續時間并沒有標準化。但與標準全波沖擊的波前上升速度比較，截波沖擊具有更陡的截斷特性。 4.2截波沖擊電壓峰值不同電壓等級變壓器繞組截波沖擊電壓峰值見表1.表1截波沖擊電壓峰值與全波沖擊電壓峰值比較Tab.1Peakvoltagecomparisonofchopped系統標稱設備高額定雷電沖擊耐受電壓電壓/kV全波/kV 1.1倍全波/kV截波/kV截波/全波從表1可知：額定截波沖擊耐受電壓比額定全波沖擊耐受電壓高10左右，并按額定沖擊耐受電壓的標準值（峰值）選取。 5截波沖擊與全波沖擊作用下繞組電位及梯度分布的等價性分析實際上由于繞組結構的復雜性，為了求取不同波形的沖擊電壓作用下繞組各點對地電壓及各點間電位差隨時間的分布規律，完全依靠理論分析方法有時是不可能的，通常用瞬變分析儀在實體上進行的試驗或模擬試驗來解決。 000kVA、110kV雙繞組變壓器的高壓繞組模型低電壓沖擊測量實例對截波沖擊與全波沖擊作用下繞組電位及梯度分布進行比較。 全波波形參數為：波前時間為1.35叫；半峰值時間為45叫。截波波形參數為：預放電時間為2.5呷；過零系數為24°/.是沿繞組各段的電位分布圖；是沿繞組各油道的梯度分布圖。 電位分布圖Fig.梯度電壓分布圖從可知：截波電位分布遠低于全波電位分布（首端電位相等、尾部低電位處有極個別特例除外）。即使考慮截波沖擊電壓峰值比全波高10，截波電位分布與全波電位分布也不具有可比性和等價性。實際上，波前時間的延長對全波電位分布的影響并不大，因此，并不需要截波電位分布與全波電位分布具有可比性和等價性。 從可知：在遠離入波點處，截波梯度分布低于全波梯度分布（尾部有極個別特例除外）。即使考慮截波沖擊電壓峰值比全波高10，截波梯度分布也不能完全與全波梯度分布具有可比性和等價性。實際上，波前時間乃的延長對除首端附近的其他部位全波梯度分布的影響并不大，因此，并不需要截波梯度分布與全波梯度分布具有可比性和等價性。 在靠近入波點附近，截波梯度分布與全波梯度分布互有大小。繞組首端附近部位（本例為繞組全段的1/3）沖擊梯度分布數據比較見表2.考慮截波沖擊電壓峰值比全波高10，截波梯度分布將高于或接近全波梯度分布，兩者具有可比性和等價性。實際上，當波前時間乃延長超限，表2中第（3）列全波梯度分布受到影響而得不到嚴格考核時，可通過補充截波沖擊試驗由第（5）列截波梯度分布進行考核。 性，分析了不同波前時間對特高壓變壓器絕緣水平的影響，并指出波前時間實際上主要影響繞組的縱表2全波和截波電壓作用下繞組首端附近部位電位和梯度測量結果線段電位梯度或油全波實測截波實測全波實測截波實測1.1倍截波折算道號百分數/絕緣，而半峰值時間主要影響繞組的主絕緣，半峰值時間越長對地絕緣承受的電壓越高。由于繞組結構的復雜性，必要時，針對實體特高壓變壓器產品，其高壓繞組雷電全波沖擊試驗波前時間延長對絕緣沖擊特性的實際影響還有待于進行深入細致的實驗研究。 6結論依據標準，雷電全波沖擊試驗的標準波前時間為1.2（1±30）叫。峰值附近的過沖和振蕩是容許的，只要是其單個波峰的幅值不超過峰值的5.特殊情況下，必須對振蕩峰值和波前時間同時兼顧，盡量使振蕩峰值不大于10. 000kV變壓器，在振蕩（過沖）幅值不超過施加電壓峰值10的前提下，如果波前時間71仍超限，則建議：對于型式試驗的變壓器產品，由于進行雷電全波沖擊試驗的同時要求進行截波沖擊試驗，全波沖擊試驗波前時間超限不能嚴格考核變壓器縱絕緣沖擊梯度的缺陷，可以通過截波沖擊試驗達到考核的目的。因此，雷電沖擊試驗仍按截波沖擊試驗和全波沖擊試驗合并成一個單一的型式試驗順序進行考核：1次降低電壓的全波沖擊；1次全電壓的全波沖擊；1次或多次降低電壓的截波沖擊；2次全電壓的截波沖擊；2次全電壓的全波沖擊。 對于例行試驗的變壓器產品（該型產品已通過型式試驗），由于通常只要求進行雷電沖擊全波電壓試驗，試驗順序包括電壓為50~75全試驗電壓的1次沖擊及其后的3次全電壓的沖擊。為了彌補波前時間超限，全波沖擊試驗不能嚴格考核變壓器縱絕緣沖擊梯度的缺陷，可考慮在例行試驗中引入截波沖擊試驗作為補充例行試驗項目對縱絕緣進行嚴格考核。 例如：將2次全電壓的截波沖擊作為例行試驗項目取代兩次全電壓的全波沖擊，此時，截波沖擊試驗和全波沖擊試驗合并成一個單一的例行試驗順序：1次降低電壓的全波沖擊；1次或多次降低電壓的截波沖擊；2次全電壓的截波沖擊；1次全電壓的全波沖擊。 這一試驗順序參照IEEEC57.12.90（2006）規定的截波和全波合并的試驗順序。 又如：為規范統一的截波沖擊和全波沖擊合并的試驗順序，當雷電全波沖擊波前時間超限時，可考慮對于例行試驗的變壓器產品采用型式試驗順序進行雷電沖擊試驗考核。
