摘要：本文通过对三倍频试验装置的实际应用和原理分析，并结合生产实例，论述了开展三倍频现场试验的必要性，对防止运行设备事故有积极的意义。
发电机出口高压电压互感器由于线圈导线漆膜脱落形成的匝间短路、局部放电造成的层间绝缘损伤以及绝缘支架的酚醛板分层起泡等，在过电压作用下就可能损坏并引发电压互感器事故。
一个实例：某电力公司发电机出口安装有半绝缘单柱式电压互感器JDZX3-20，近年来，由于历经十多年运行，出口电压互感器绝缘故障频发，故障后检查相关设备：如发电机定子直流耐压和泄漏电流试验，绝缘电阻及吸收比均正常；发电机出口电压互感器及避雷器试验正常；对相关电缆实施试验检查正常，发现出口电压互感器绝缘和耐压试验不合格，互感器存在匝间绝缘击穿损坏。当事故严重时以至于引发明火；导致相关保护动作及发电机跳机；甚至引起互感器爆炸事故。该公司通过实例事故探讨，已经对在运行的互感器的质量逐一检查以消除隐患，近期无类似故障再次发生。该事件理应引起相关业内的高度注意。《电气设备预防性试验规程》中规定：交接和大修后的电压互感器必须做倍频感应耐压试验，然而由于三倍频试验150HZ的电源设备配备不齐，或是使用中电压调不上去、试验电压不受控等原因，从而放弃开展该项试验工作的情况大有人在，因此如何正确使用这种设备开展电气试验工作，防止运行设备事故很有意义。
一、三倍频试验装置与互感器结构
三倍频试验装置是由一组绕组开口三角接线的变压器组成的试验装置其电源变压器（见图1），
图1三倍频试验装置电源变压器原理
具有小巧，现场试验搬运方便的特点，在其一次侧接入50hz交流电压时，由于励磁电流中不含三次谐波分量，波形为正弦波，从铁芯磁化曲线的饱和特性可得到铁芯中主磁通的波形为平顶波，即在主磁通中除了50hz基波磁通外同时包含有较大的三次谐波磁通，它们在各相绕组中分别感应出基波和三次谐波电势。在二次侧的开口三角出口端，三相线圈基波感应电势的矢量和为零，而三次谐波感应电势输出相位相同，三相150hz的三次谐波电势为叠加的算术和。由于三次谐波磁通产生于铁芯磁化曲线的饱和特性，故当三倍频变压器铁芯选取较大磁密值工作的时候，在开口端就可以得到较大的三倍频电势。但磁密也不宜选取得过高，一般在20000高斯左右，因为继续升高磁密时，感应的三倍频电势增效已不明显，反而会因铁芯过饱和而使得其它高次谐波引发输出电压波形的严重畸变，一次侧励磁电流难以控制，因此合理选择工作参数十分必要。
发电机出口的半绝缘互感器由于设计结构所定，通常为环氧树脂真空注脂工艺，绝缘结构为高强度漆包线线绕，运行方式为尾端接地，故障状态铁芯易饱和。上述电力公司实例使用的为沈阳某互感器早期产品，20KV其内部结构及生产工艺较差，环氧树脂的注脂工艺存在较多气泡，局部放电引起局部绝缘老化，局部劣化引起单相接地，进而发展成过流引发烧损故障。
二、电压互感器的三倍频感应耐压试验电路分析
三倍频感应耐压试验接线图如图2，由开口三角输出的150hz电压经自耦调压器施加于辅助二次线圈adxd，逐步升高激磁电压至规定值，在互感器的高压绕组AX上就感应出所要求的试验电压。对绝缘进行耐压试验时，在互感器的另一个二次线圈a1x1上接有一个可以调节电感量的电感L，它除了用作无功补偿外，还能通过对其电感值的调节选用，调整试验回路参数，使三倍频试验变压器的输出电压在试验过程中保持稳定。
图2三倍频感应耐压试验接线图
电压互感器在试验电压下的铁损、激磁无功功率和绕组对地电容的充电容量，可以作出并联等值电路如图3，并确定其中的等值电阻、感抗和容抗参数。在150hz频率下，这种串级结构产品的电容充电容量远大于激磁无功功率，总电抗为容性，因此等值电路又可以表示成仅由电阻R和容抗Xc并联的形式见图4。
图3并联等值电路 图4电阻R和容抗Xc并联
图2中当a1x1侧没有接入补偿电感时，该负荷的功率因数 是很低的，在a1x1侧接入补偿电感L，相当于在电路中增加了一条电感并联支路XL= 2. 3L（其中 2是感抗由a1x1折合到adxd应乘的折合系数）.一般XL为欠补偿，即补偿后互感器的等值电抗仍呈容性，但容抗值XC比没补偿时增大了许多，负载的功率因数 也相应提高。
由于互感器是通过调压器同三倍频变压器连接，因此互感器的阻抗折合到三倍频电源一侧时还要乘以调压器的原付边的变比K的平方。图5是忽略了调压器漏抗后的耐压试验等值电路图。由于K总大于1，因此互感器的阻抗折合到三倍频变压器一侧时数值是增大的，通常比三倍频变压器的内抗X3大很多，这对于提高输出电压的稳定性是有利的。
三倍频变压器负载运行时电流I3的无功分量I3 对于激磁磁通 3的去磁或助磁作用是影响E3和X3从而引起输出电压u3大幅度变化的原因，其中 角是关键。
图5忽略调压器漏抗的耐压试验等值电路图
对电压互感器进行三倍频感应耐压试验时，应接入电感改善三倍频变压器的电压输出特性，并起无功容量补偿作用。补偿的电感取值的最佳情况是：补偿接入后负载的等值阻抗为容性，其容抗值约为等值电阻值得1-2倍，即负载的功率因数为0.7-0.9。由于实际试验中判断上述条件比较复杂，因此需要略微进行调整。
三倍频试验装置输出电压在空载和负载时有所不同，它随着负载的性质和大小不同而变化，且该电压受负载的影响比一般的试验装置受负载影响要大很多。感应电势多变和内电抗较大是三倍频试验装置负载运行时输出电压变动较大的原因，只有在负载的阻抗参数配置合理， 角较小时，输出电压才比较平稳。
三、预防电压互感器事故措施
根据《电气设备预防性试验规程》相关规定，出厂时的局部放电试验是检查绝缘内部是否存在气泡的有效手段，其检测标准局部放电量应不大于50pc。但是鉴于现场试验条件所限，电磁干扰引起测量背景噪声过大，现场试验检测局部放电存在检测不准的问题，故严格出厂局部放电试验合格方为根本。
另外使用无线电干扰检测方法，采用非电接触式间接监测现场甚高频放电波形，开展带电监测设备局放的工作也很有意义，一旦发现异常，及时更换电压互感器防止设备事故扩大。
发电厂系统电压互感器由于单相接地导致铁芯饱和、系统弧光短路等情况而引发铁磁谐振，从而引发过电压、过电流，当故障时间较长时致使互感器匝间绝缘损坏，这类故障一直是电厂防范的重点。绝缘材料耐热等级不够，老化等连锁反应或是绝缘材料质量不过关，内部有气泡，造成绕组绝缘间局部放电，热积累最终导致绝缘损坏。通过完善实验项目，使用三倍频交流感应耐压手段检测发电机出口电压互感器绝缘隐患等故障十分有效。
四、结论
1、三倍频变压器装置的应用是解决半绝缘单柱式电压互感器现场感应耐压试验的好方法，可以有效防止由产品质量不佳引起的互感器绝缘事故。严格执行《电气设备预防性试验规程》很有必要。
2、半绝缘电压互感器试验时为使三倍频电源输出电压稳定，可以通过在互感器的另一个低压线圈上接入补偿电感，借以调整回路参数，使负载的功率因数在0.7-0.9时补偿效果较好。
3、三倍频变压器装置在使用时应注意保证铁芯磁密数值符合规定，其内电势和内电抗都是非线性参数，受铁芯饱和程度、负载性质和大小等因数影响而变动较大，因而导致输出电压的不稳定。当试验回路呈感性时输出电压降低较多；而试验回路呈容性时输出电压增大。为保持输出电压平稳，应选择较小数值的回路阻抗角。
论文作者:胡勉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/30
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