GBT 1094.4-2005 电力变压器 第4部分 电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则

ICS 29.180 K 41 药黔 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 GB/T 1094.4-2005 代替 GB/T 7449- 1987 电力变压器 第4部分:电力变压器和 电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则 Power transformers-Part 4 ; Guide to the lightning impulse and switching impulse testing-Power transformers and reactors GEC 60076-4:2002，MOD) 2005-08-26发布 2006-04-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布 目 次 J」 山 一一J一 月组舀 1 范 围 GB/T 1094.4-2005 爪 2 性引用文件 ··················································································，···········⋯⋯1 3 总则 ······，···········，···········，，，······································································‘·······一 1 4 规定的波形 ····································································································⋯⋯ 2 5 试验电路 ··············，··········，······.......................................................···············⋯⋯ 2 6 校正 ·············································································，···········，···········，········⋯⋯ 3 7 雷电冲击试验 ，，······，································，·············，···········································⋯⋯ 3 7. 1 波形 ····，···，·········，，，··。······，·，，，·····，，，， ·······，····。·······，··········，·，··········，·······⋯⋯ 3 7. 2 波尾截断的冲击波 ···，···························，·······························，······，·····⋯⋯‘······，一“3 7. 3 端子接线和故障探测方法 ··················，···········································，···············⋯⋯4 7. 4 试验程序 ···············，·····························，，·······，·，，，································，···········，·⋯ 4 7. 5 试验记录 ······································，·······‘·····················，································⋯⋯ 5 8 操作冲击试验 .....................................................................····，，，·........................ 7 8.工 特殊要求 ·.......................................................................................................... 7 8. 2 变压器 ·············，···········，····································，······························，·········一 7 8.3 电抗器 ，··································，，·，····················，·········，··，·····················，···········，⋯ 9 9 波形图或数字记录的判断·······························，···················································⋯⋯10 9. 1 雷电冲击···········，···········，，······...................................................···············⋯⋯ 10 9.2 操作冲击··························。········，，·······················，·····························，···，·······⋯⋯ 12 10 包括传递函数分析在内的数字处理 ···，································································⋯⋯ 12 11 冲击试验报告 ·4··，，，·‘、·，·，，，·。。··············，·······，，，，·······，，，······，，，·‘·，········⋯⋯ 13 附录A(资料性附录)波形控制原理··········································，····················一 “·一 19 A.1 概述 ································，···························，，················，························⋯⋯ 19 A. 2 高阻抗绕组((L,>100 mH)，································································一 ‘·····一 19 A.3低阻抗绕组(L,G20 niH)··································..........................................，一 20 附录B(资料性附录) 典型的波形图和数字记录·····‘···，，···1·································⋯⋯ 24 图1 典型的冲击试验电路 图2 雷电冲击试验中的端子接线和适用的故障探测方法 图3 变压器和电抗器的操作冲击波形 图4 操作冲击试验中的端子接线及故障探测方法 …???? ???? 图A. l 高阻抗绕组的波形控制 ·················，····⋯⋯ 图A.2 低阻抗绕组的波尾控制 ·，·。·1·，·，，，···。···⋯⋯ 图A.3 衰减振荡波形图 ·····⋯⋯“””““‘’“‘””’“““ 图A.4 波尾缩短的影响 ·······························，··⋯ 图A. 5 绕组经电阻接地 ········，，······，············，·⋯ GB/T 1094.4-2005 图 A.6 图 B 1 图 B.2 图 B. 3 图 B. 4 图 B.5 图 B. 6 图 B. 7 图 B.8 图 B.9 图 B. 10 图 B. 11 图 B.12 图 B.13 图 B.14 图 B.15 图 B.16 图 B. 17 图 B.18 图 B. 19 图 B. 20 图 B. 21 图 B. 22 图 B. 23 低阻抗绕组的电阻接地 ··········································································⋯⋯23 雷电冲击，全波故障- 400 kV发电机变压器高压绕组线端对中性点的击穿 ·········⋯⋯ 26 雷电冲击，全波故障- 115 kV变压器高压绕组人口处线饼间的击穿 ·················⋯⋯ 27 雷电冲击，400 kV/220 kV变压器粗调分接绕组的层间击穿···，···························⋯⋯ 28 雷电冲击，全波故障— 4oo kV发电机变压器分接绕组外部两根相差1.1%线段的引线 之间的击穿 ···，············································································，········⋯⋯ 29 雷电冲击，全波故障- 220 kV变压器细调分接绕组的一段击穿 ·······················⋯⋯ 30 雷电冲击，全波故障— 220/110 kV变压器主高压绕组中多根并联导线之间的击穿 ⋯⋯ 30 雷电冲击，全波故障一一被试绕组66 kV套管内部电容屏之间的击穿 ··················，··⋯ 31 雷电冲击，截波故障- 115 kV变压器主高压绕组的匝间击穿 ··························⋯⋯ 32 雷电冲击，截波故障- 220 kV变压器细调分接绕组的匝间击穿 ························⋯⋯ 33 雷电冲击截波— 115 kV变压器在不同电压值但截波时间相同时的冲击试验波形 ⋯⋯ 33 雷电冲击截波一一 220 kV变压器试验时不同截断时间的影响 ························⋯⋯ 34 雷电冲击全波— 独立绕组变压器的中性点侧有载分接开关装有非线性电阻元件时的 影 响 ·· ····················，·································，······················，·················⋯⋯ 35 雷电冲击全波— 400 kV变压器试验时冲击发生器在不同电压值下引燃动作不同时的 影 响 ·····································································、···························⋯⋯ 36 操作冲击— 400 kV三相发电机变压器试验合格 ·········································⋯⋯ 37 操作冲击— 单相525 kV发电机变压器主高压绕组纵向闪络击穿 ·········，，··，······⋯ ⋯ 38 操作冲击— 单相525 kV ,33Mvar并联电抗器试验合格 ·································⋯⋯ 39 雷电冲击— 全波和截波传递函数的比较····················································⋯⋯ 40 雷电冲击全波— 非波形的估算一数字记录仪中的内置平滑算法的影响········⋯⋯ 41 雷电冲击全波— 非标准波形，叠加的振荡波幅值大于50%且频率小于。. 5 MHz ⋯⋯ 41 雷电冲击截波— 层式绕组的非标准截波············，·······································⋯⋯ 41 雷电冲击全波— 非标准波形，用不同的数字记录仪对同一记录的非标准波形的比较 ⋯ 42 雷电冲击全波— 由测量电缆对地闪络引起的试验电路问题·····························⋯ ⋯ 43 雷电冲击全波— 分接开关的分接引线之间及粗调分接绕组与细调分接绕组之间闪络 的故障数字记录·····················································································⋯⋯ 44 表B. 1 波形图和数字记录实例一览表 GB/T 1094.4-2005 前 言 《电力变压器》目前已包含了下列几部分: — 第 1部分:总则 — 第2部分:温升 — 第3部分:绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙 一一第4部分:电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则 — 第5部分:承受短路的能力 — 第 10部分:声级测定 本部分为第4部分。本部分的前版标准代号为GB/T 7449，对应的国际标准代号为IEC 607220 由于IEC有关电力变压器的标准代号现均调整为IEC 60076系列，为了与IEC的标准代号相协调且使 用方便.本次修订也将标准代号按新IEC标准系列进行调整。 本部分修改采用IEC 60076-4:2002《电力变压器第 4部分:电力变压器和电抗器的雷电冲击和操 作冲击试验导则》(英文版)。 本部分根据IEC 60076-4;2002重新起草。 考虑到我国国情，在采用IEC 60076-4:2002时，本部分做了一些修改。有关技术性差异已编人正 文中并在它们所涉及的条款的页边空白处用垂直单线标识。本部分与IEC 60076-4;2002的主要差异 如下 : a) 第2章中部分规范性引用文件，用采用国际标准的我国国家标准代替; b) 为便于使用，本部分还进行了下列编辑性修改: -一 用小数点‘.’代替作为小数点的逗号‘，’; 一一 删除 了 IEC 60076-4:2002的“前 言”。 本部分代替GB/T 7449--1987《电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则》。 本部分与(:B/T 7449-1987相比主要变化如下: a) 原标准只规定了变压器和电抗器波形的模拟记录，本部分规定了可用模拟或数字记录系统来 记录冲击电压和电流响应波形; b) 原标准只规定了用变压器和电抗器的波形图判断试验结果，本部分规定了可用波形图或数字 记录来判断试验结果; c) 给出了包括传递函数分析在内的数字处理方法; d) 规定了试品冲击试验报告的内容: e) 增加了传递函数分析、非标准波形的估算、由试验电路问题产生的响应及试品故障的响应等相 应的波形 图。 本部分的附录A、附录B均为资料性附录。 本部分由中国电器工业协会提出。 本部分由全国变压器标准化技术委员会(SAC/ TC44)归口。 本部分起草单位:沈阳变压器研究所、武汉高压研究所、保定天威保变电气股份有限公司、特变电工 沈阳变压器集团有限公司、西安西电变压器有限责任公司、特变电工股份有限公司新疆变压器厂、浙江 三变科技股份有限公司。 本部分主要起草人:孙军、傅锡年、胡振忠、钟俊涛、吕建玉、马旭平、周才康。 本部分所代替的GB/T 7449于1987年首次发布，本次为第一次修订 GB/T 1094.4- 2005 电力变压器 第4部分:电力变压器和 电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则 范围 本部分目的是对电力变压器的雷电冲击和操作冲击试验的现行方法提供一个准则并作一些说明， 以作为GB 1094. 3的补充。本部分通常也适用于电抗器试验(见GB/T 10229)，当它与电力变压器所 用的试验方法有不同之处时，将单独给出专门的叙述。 本部分包括波形、连同试验接线在内的试验回路、试验时接地的实施、故障探测方法、试验程序、测 量技术以及试验结果的判断等方面。 本部分所休的一些试聆枯犬尽可ft l1Uipc用了GB/T 16927.1和GB/T 16927.2所推荐的内容。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。 GB 1094. 3 电力变压器 第3部分:绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙(GB 1094. 3-2003, eqv IEC 60076-3;2000) GB/T 10229 电抗器(GB/T 10229-1988, eqv IEC 60289;1987) GB/T 16896. 1 高电压冲击试验用数字记录仪 第一部分:对数字记录仪的要求(GB/T 16896.1- 1997, eqv IEC 61083-1;1991) GB/T 16927. 1 高电压试验技术 第一部分:一般试验要求(GB/T 16927. 1-1997, eqv IEC 60060-1;1989) GB/T 16927. 2 高电压试验技术 第二部分:测量系统(GB/T 16927. 2-1997, eqv IEC 60060-2, 1994) IEC 61083-2 高压冲击试验用数字记录仪 第2部分:用于测定脉冲波形参数的评估软件 总则 本部分是以使用常规冲击发生器对变压器和电抗器进行雷电冲击和操作冲击试验为基础而编制 的。至于另用电容器对中压或低压绕组放电产生操作冲击波的方法也是适用的。但对于另加电感与该 电容器串联以对高压绕组传递一种弱衰减振荡波的方法则不适用 本部分不讨论其他产生或模拟操作冲击波的方法，如截断中压或低压绕组上的直流电流或利用工 频电压一个周波中的某一段波形，因为这些方法至今尚未得到普遍的采用。 选择变压器和电抗器的雷电冲击试验和操作冲击试验的试验电路(端子接线)有不同的考虑。对于 变压器，所有的端子和绕组均可分别地按规定的试验水平值进行雷电冲击试验;但在操作冲击试验时， 由于是靠磁祸合传递电压，故规定的试验水平(见GB 1094.3)可以只在一个绕组上得到。 电抗器的雷电冲击试验与变压器相类似，即所有端子可分别地进行试验，但在操作冲击试验中却有 不同的考虑，且出现的问题也不一样。因此，本部分中的雷电冲击试验，对于变压器和电抗器是用同一 条文来叙述的;对于操作冲击试验，则须按变压器和电抗器分别叙述。 I GB/T 1094.4-2005 4 规定的波形 .变压器和电抗器的雷电冲击试验和操作冲击试验时采用的电压波形，见GB 1094.3;确定波形的方 法见GB/T 16927.1, 5 试验 电路 按试验设备、试品和测量电路的实际布置，可分为下述三种主要电路: — 主电路:包括冲击发生器、附加调波元件和试品; — 电压测量电路 ; — 一波形截断电路(如果采用) 试验电路的基本布置如图1所示。 下列参数对冲击波波形有影响: a) 试品的等效电容C。和电感L,:对于任何给定的和给定的波形，C是一常数，对于任何给 定设计，L，也是常数 但是，等效电感L，却可能受端子接线不同的影响。它在端子短路时的 漏感I_。和端子开路时的电感L。之间变动。详细情况见7. 1, 7. 3并参见附录A; b) 冲击发生器电容C,; c)装在冲击发生器内部和外部的调波元件R,?R,, , Rp , C,及分压器阻抗Z,(如果采用); d) 冲击发生器和整个试验电路中的寄生电感和杂散电容; e) 截断装置(如果采用)。 波前时间T:主要由试品的等效冲击电容(包括C,)以及冲击发生器的内部和外部串联电阻决定。 对于雷电冲击波，半峰值时间丁:主要由冲击发生器电容、试品电感和冲击发生器放电电阻或其他 并联电阻决定。但是，在某些情况下，如绕组电感太小时，串联电阻也会对波尾有明显的影响。对于操 作冲击，将采用其他的参数，详见第8章。 雷电冲击和操作冲击试验用的试验设备基本一样，只是有些元件的参数不同，如电阻值和电容值不 同以及试品端子接线不同。 为了满足雷电冲击和操作冲击波形的不同要求，必须重视冲击发生器的电容和串联电阻以及放电 (并联)电阻等参数的选择 对于操作冲击波，可能需要高值串联电阻和/或负载电容，这将使冲击发生 器的效率明显地降低。 由于冲击发生器的输出电压是由绕组的试验水平决定的，而绕组试验水平与试品的设备最高电压 Um有关，因此，所需的冲击发生器能量主要是由试品本身的阻抗决定的 有关波形控制原理的简要说明参见附录A. 试验设备、试品、连接电缆和接地线及其他有关设备的布置。会受到试验室空间的限制，特别是各种 结构件的邻近效应。由于冲击试验时冲击电压和冲击电流的幅值很大并且变化率又很高，再者接地系 统的阻抗是有一定的数值的，因此，不能认为整个接地系统都处于零电位，故选择一个合适的参考接地 点是很重要的。 试品和冲击电压发生器之间的电流回路应是低阻抗的，并且此电流回线应与试验室的整个接地系 统牢固地相连，最好在试品附近处的接地点接地。此连接点应作为参考接地点。为使试品接地良好，应 当采用一根或几根低阻抗导线与此参考接地点相连(见GB/T 16927.2), 电压测量电路是试品的一个单独回路，只流过测量电流，它应当与上述参考接地点连接良好，该回 路中的电流只占通过被试绕组冲击电流值很小的一部分。 在操作冲击试验中，冲击电压和冲击电流的变化率比雷电冲击试验时要小得多并且又无截波电路， 故试验电路周围和参考接地点的电位梯度均显得较低，因而危险性小。但仍建议按雷电冲击试验的接 地方式 接地 。 GB/T 1094.4-2005 6 校正 测量装置应按GB/T 16927进行校验。至于测量系统或其校正，本部分不再提出任何新的建议。 试验前，应对试验电路和测量系统进行全面的检查，此时施加的电压值应比试验中采用的降低电压水平 值还要低。检查时，电压值可通过球隙或通过与其他已经检验合格的测量系统进行比较来测定。当用 球隙测量电压时，只能作为一般性的检查，不能代替测量系统的定期校正。检查完毕，除了拆除检查用 的各种装置外，测量系统和试验电路均不得变动。 关于分压器的型式及其使用方法、准确度、校正和检查等方面的内容，见GB/T 16927.2, 7 雷 电冲击试 验 7. 1 波形 在大型电力变压器和电抗器的冲击试验中，由于其绕组电感小和/或冲击电容大，往往不可能得到 规定的波形，此时应允许波形有较大的偏差。 由于被试变压器的冲击电容是一个常数，故为得到符合要求的波前时间T 或上升率，只能减少串 联电阻值，但又不能过分减少，以免电压波形峰值处的振荡过大。如果为了得到更小的波前时间(最好 仍是在规定的范围内)，可允许其振荡峰值和/或过冲值比GB/T 16927. 1规定的5%的电压波形峰值大 一些。此时，必须对振荡峰值和波前时间同时兼顾。通常，即使将波前时间延长到制造单位与用户协商 的极限值时，亦应尽量使振荡峰值不大于10%。试验电压值的测量按GB/T 16927. 1规定的原则进行。 对于大型电力变压器，尤其是其中的中压和低压绕组，视在半峰值时间Ti可能达不到所规定的偏 差值。这些绕组的电感可能小到使波形出现振荡。对于此问题，可用下述一些办法以得到某种程度上 的解决，如增大冲击发生器电容、采用并联级运行方式、调节串联电阻或者对非被试绕组的端子或对被 试绕组的非被试端子采用特殊的试验接线。 当非被试绕组的端子通过阻抗接地而不是直接接地时，会使绕组的等效电感明显地增加。对于直 接接地的端子，只含有漏电感(由短路阻抗确定)。对于通过阻抗接地的端子，主电感是占主要的，它可 使等效电感比直接接地时高100倍一200倍。 当任何非被试端子通过阻抗接地时，必须确保任何非被试端子上的对地电压不超过: — 对于星接绕组，端子额定雷电耐受电压的75%; — 对于角接绕组，端子额定雷电耐受电压的50%,(由于角接端子上的反极性对地电压— 也可 见7. 4) , 当电感太小和/或冲击发生器电容太小而使波形出现振荡时，反极性幅值不应超过第一个峰值的 50%。根据这个限值，附录A给出了冲击发生器电容选择和波形调节的准则。 7.2 波尾截断的冲击波 7.2. 1 截断时间 由于绕组结构及其布置不同，不同的截断时间T(其定义见GB/T 16927.1)将在绕组的不同部位 处产生不同的电气应力(电压和持续时间)。因此，不可能对一般的或特殊的变压器或电抗器规定一个 最苛刻的截断时间。所以截断时间不作为规定的试验参数，只要求其符合GB 1094.3规定的2 ps- 6Jts范围 但是，只有在截断时间几乎相同的情况下，才可以对截波的波形或数字记录进行比较。 7.2.2 截断冲击波的骤降陡度和反极性幅值 截断时各种特性参数，主要与截断电路的布置、截断电路的阻抗及试品的阻抗有关。它们均可用来 决定骤降的陡度和反极性电压幅值。 在GB 1094. 3中，已限制振荡部分的反极性电压幅值不大于截断冲击电压幅值的30%。这一规 定 ，实 际上已成为截断电路布置的准则 ，此外 ，还可 以在 该电路 中接人 附加的阻抗 Z,以满足此 限值(见 GB/T 1094.4-2005 图 1)。 截断回路外形尺寸应尽可能小以使骤降陡度最大，但是，应限制反极性振荡不超过30 。在多层 式绕组中，层间阻抗会使骤降陡度降低，从而不能形成围绕零点的振荡(见图B.20), 在GB 1094.3中已建议采用触发型截断间隙，因为它能保持截断时间稳定，便于对截断前及截断 后的波形或数字记录进行比较。只有在截断时间相同的条件下才能比较截断后的那部分波形。 7.3 端子接线和故障探测方法 7.3.1 端子 接线 试品端子接线和接地的方式主要与所采用的故障探测方法有关。 变压器冲击试验时的接线在GB 1094.3中有详细的叙述，至于电抗器，则在GB/T 10229中有详细 的叙述。通常，被试相绕组的非被试端子接地，非被试相绕组应短路接地。但是，为了改善波尾时间 孔，非被试绕组经电阻接地是比较合适的(见第5章和7.1)。此外，被试绕组的非被试线端也可以同样 地经电阻接地。 除了7.1中的波形调整方法外，还必须考虑以下因素: a) 如果已规定了端子在使用时直接接地或与一个低阻抗电缆相连，那么在试验时，该端子应直接 接地或经一个电阻值不超过该电缆波阻抗的电阻接地; b) 为了进行冲击响应电流测量，可以认为经低阻分流器接地与直接接地等效。 当变压器内部或外部装有非线性元件或避雷器以限制瞬时传递过电压时，应预先对每种特殊情况 下的冲击试验程序进行讨论。也可参见GB 1094. 3, 7.3.2 故障探测方法 故障一般是通过检查施加试验电压和冲击响应电流的波形图或数据记录来实现的。 图2表示出各种可能采用的瞬态现象记录方式，它们可单独采用，也可同时采用，今列于下述项a) ~项e)中。在验收试验中，主要是记录施加的试验电压波形和下列至少一个瞬态现象波形: a) 中性点电流(适用于中性点在试验时可以接地的星形联结和曲折形联结绕组); b) 绕组电流(适用于其他类型的绕组以及中性点在试验时不能接地的星接联结和曲折形联结绕 组 ); c) 传递到邻近短路的非被试绕组上的电流，有时被称为电容传递电流; d) 油箱电流; e) 传递到非被试绕组上的电压 有时将a),c),d)的总和或者b),c),d)的总和称为线电流。 电抗器试验时，不论是并联电抗器还是串联电抗器，c)和e)都不适用;由于其灵敏度比变压器试验 时要低，故d)也仅作为一种辅助的瞬态现象记录方式。 7.4 试验程序 有关全波试验或全波与截波试验的顺序见GB 1094.3, 直接施加冲击电压的方法是一种优先采用的方法。不过，在某些特殊的情况下，如中压或低压绕组 在运行时不会直接受到与其相连接系统中来的雷电过电压，故对中压、低压绕组可采用传递冲击方法。 此时，低压或中压绕组和高压绕组的冲击试验是同时进行的。在这种情况下，传递电压的波形将不满足 GB 1094. 3的规定。因此设法在绕组端子上接人足够大的电阻值，以使试验电压值达到规定的水平是 比较重要的。但有时即使用了相当大的电阻值，也不能总是得到所要的试验电压值。在这种方式的试 验中，可能会在三角形联结绕组上出现较高的相间电压值，从而使相间的内绝缘或外绝缘遭受到过高电 气应力的危险，这可能使低压绕组上的电压值受到限制。合适的电压限值可由低压重复式冲击发生器 的瞬态分析确定。 接到绕组上的非线性保护装置，由于其特有的性能，可能会使降低电压全波与全电压全波的波形图 或数字记 录有差 异，为 了证 明这些 差异确实是 由保护装置动作所 引起 的，须通过两个或多个电压值不 同 GB/T 1094.4- 2005 的降低电压的全波冲击试验来表明保护装置动作的趋势。为表明非线性效应的可逆性，应在全电压全 波试验电压施加后，按相反的顺序，依次施加原用的几个降低电压的全波冲击波。 例如:60%,80%,100%,80%,60肠。 GB 1094.3给出了变压器中性点的试验方法。当用间接加压方法时，即中性点上的冲击电压是由 一个或多个线端传递的，其中性点上的波形尚不能规定，因为它基本上是由变压器本身的参数决定的; 当采用对中性点直接加压的方法时，所有线端需接地，其波前时间允许长达13 I's。此时。冲击发生器的 感性负载显著地加大，很难达到符合偏差要求的半峰值时间。因此，可允许被试绕组的非被试端子经阻 抗接地 。 7.5 试验记录 7.5. 1 概述 可以用模拟或数字记录系统来记录雷电冲击电压和电流响应波形。 7. 5. 2 摸拟和数宇记录系统 GB/T 16896.1给出了模拟示波器和数字记录仪的要求。 数字记录可以对试验结果提供数学的解释，并允许使用辅助的数学处理，例如对所记录的现象进行 故障分析 这些技术表明是有前途的，但对试验结果的解释尚未得到证实。 在此须强调，当为使试验结果可以被接受而采用波形图对比的方法时，用数字测量技术得到的波形 应当是由未经任何数学处理、滤波及平滑化的原始数据得出的。 对非标准波形进行评估时，采用原始数据也是同样重要的。 (图B. 18,B. 19和B. 21显示了在幅值、波前时间T，及半蜂值时间几评估上的明显差异，) 当数字记录仪作为直接测量装置记录电压和电流波形而无需对所记录的数据进行数学处理(见第 10章)时.可视为技术先进的模拟式仪器。 GB 1094. 3要求同时测量: a) 外施电压; b) 至少有一个如7.3.2列出的瞬态现象。 因此，至少需要两个独立的记录通道。 尽管外施电压测量已有专门的规定，但记录其他瞬态现象特性的选择则与所采用的故障探测方法 有关 。 7.5.3 波形的模拟记录 为使试验结果判断容易，主要是根据降低电压和全电压下记录的波形图比较，最好是利用示波器上 合适的衰减器，使相对应的波形图均具有相同的幅值。 7.5.3. 1 冲击电压波形的模拟记录 a) 冲击电压波形测定 在对试验电路参数进行初步调整时，记录波形的最佳扫描时间，对于波前，为不大于10 Fs(当 对变压器中性点进行试验时，可能需要更长的扫描时间)。对于波尾，只要能估算出半峰值时 间就可以，不过，有时还要能估算出反极性电压幅值。 b) 外施冲击试验电压波形记录 为确定试验波形峰值并对任何可能出现的故障进行探测，则: — 对于全波，扫描时间应不小于100 ys; — 对于截波，扫描时间在 10 ys-25 ys之间一般是足够的， 至于试验报告(见第H章)，对于验收试验，一般有一个恰当的扫描时间的记录是足够的;但对于诊 断性试验，则可能需要几个不同扫描时间的记录 7.5.3.2 冲击响应电流的模拟记录 一般地说，冲击电流是探测故障的最灵敏的参数。因此，电流波形图是试验结果的主要判断依据， 5 GB/T 1094.4-2005 根据电流波形的形状以及所采用的线性扫描或指数扫描，可能需要扫描时间不同的多个记录，以 保证 : a) 尽可能得到包括波前附近处的高频分量在内的清晰波形图; b) 电流波形图的持续时间应足够长，以便判断稍晚些时间出现的波形差异。由于每台变压器的 响应特性不同，且扫描时间在一定程度上与绕组结构型式有关，故“稍晚些时间”的含义也就 不够确切。对于扫描时间，很难拟出一个更好的规则。当记录中性点或绕组电流时，记录时 间至少应持续到感性电流峰值的出现，以便由波形图判断是否存在着由于匝绝缘击穿造成匝 间短路而使电感发生变化的现象。 7.5.4 波形的数字记录 数字记录的原理是在试验过程中以规则的时间间隔采样，从而对电压或电流波形进行测定。这些 采样应直接表示为原始数据，以便对波形参数进行估算(见7. 5. 3. 1)，也可以根据降低电压值和全电压 值(见7. 5. 3. 2 )下记录波形的比较来对试验结果进行评估。另外.所记录的数据也可以用波形分析算 法进行处理，如对记录波形的故障分析(见第10章)。 冲击试验时，试验区域附近会出现很高的电磁场，故需要对数字记录系统中的敏感的电子装置、整 个处理设备及其电源进行保护，以免受电磁场的损害。 数字记录仪的屏幕分辨率应不小于768 X 1024像素，打印机应不小于300 dpi. 7.5.4. 1 冲击电压波形的数字记录 a) 冲击电压波形的确定 在对试验线路参数进行初步调整时，供测定波形用的记录数据的最佳扫描时间，对于波前，为 不大于10 ps(当对变压器中性点进行试验时，可采用较长的扫描时间);对于波尾，只要能算出 半峰值时间就可以，不过，有时还要能算出反极性电压幅值。 GB/T 16896. 1规定了用于记录冲击电压和电流波形的数字记录仪的最低分辨率为 9 bit 60 MHz。当调节至10 Ks时间段或小于10 ps时间段以便对波前或对截波冲击进行估算时， 应考虑使用10 bit的数字记录仪和100 MHz的采样率。 过去，波形估算是根据示波器记录、技术规定和目测来进行估算。随着电力变压器高压试验中 数字记录仪的使用，就非标准波形的估算来说，应给出其幅值和时间参数。特别是，当试验额 定容量大的低压绕组时，出现了频率小于。. 5 MHz的单极性过冲，此时根据IEC 61083-2来 估算这种非标准波形的峰值是不适用的。由于使用了数字记录仪内置曲线平滑算法，已观测 到的误差大于10%(见图B.18,B.19和图B. 21) 在这种情况下，需要用技术规定对原始数据曲线进行仔细的估算，根据GB/T 16896. 1，力荐使 用峰值电压表同时进行峰值电压的测量。 b) 外施冲击试验电压波形记录 为确定试验波形的幅值且对任何可能出现的故障进行探测，则: — 对于全波，采样数据的扫描时间应不小于100 Ws; — 对于截波，扫描时间在10 ps-25 Ks之间一般是足够的。 因为部分绕组的最高响应频率一般不超过 I MHz-2 MHz，故数字记录仪每个通道有 10 MHz-20 MHz的采样率一般是足够的。如果在电压波形或电流波形中观测到高频，则是 由于测量电路中的寄生振荡或是接地系统中的噪声所引起的。因此，推荐用更高的采样率 (如前所述)，以便对测量电路中的噪声和试品的实际特性进行区别。 对于波形分析，重要的是要用数字记录仪的最大可用内存，在整个波形上进行采样，直到波形 已完全衰减。同样重要的是，在编写数字记录仪的程序中要有足够的采样数，以便确定波形 的视在起点。 此外，因为可能需要进行若干次50%电压下的预冲击，以确定电压波形幅值和/或每个通道偏 GB/T 1094.4-2005 移量的最佳范围，故使用数字记录仪输人放大器的最大可用的分辨率也很重要。 应该特别注意雷电冲击波的反极性峰值大小。当要测量它时，可能会由于数字记录仪内输人 放大器在所选量程内达到饱和，从而使记录的波形被削平。 对于验收试验，有一个恰当的记录(见第11章)一般是足够的。但是，对于诊断性试验，由于所有的 信息已储存在计算机内存中，系统软件有能力在整个采样时间内检验波形或检验波形的某一部分。软 件可以将全电压下波形与降低电压下波形相减，并将此差显示于可调幅值的刻度上。但是，倘若难于对 这两条波形曲线进行适当的时间调节时，在波形的快速上升部分可能出现问题。 7.5.4.2 冲击响应电流的数字记录 通常，冲击电流是探测故障最灵敏的参数。因此，记录电流波形是对试验结果进行判断的主要依 据。对于验收试验，其波形的显示与7.5. 3.2中示波器的显示相同。 但是，数字记录仪内存中储存的数据允许对同一波形采用放大或缩小时间刻度来作不同的显示。 有关采样率和数字记录仪输人通道的分辨率的要求，与7.5.3.1的规定相同。 为了更好地利用辅助的数学研究工具，如传递函数分析(见第10章)，对试验结果进行分析，重要的 一点是使所用的冲击电流波形和电压波形的记录时间相同。 8 操作 冲击试验 8. 1 特殊要求 变压器和电抗器对操作冲击波的响应有较大的差异，这是因为变压器有一完全闭合的磁路且操作 波的持续时间较长，因此，在铁心中能出现相当多的磁通(见GB 1094. 3)，而电抗器则不同。此外，二者 的波形问题和试验程序也各不相同，所以应对这两种电气设备予以分别叙述。 8.2 变压器 8.2. 1 波形 正如GB 1094. 3所述，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 T妻100 ps，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肠峰值的时间兀 和第 一个过零时间T来表征。GB 1094. 3规定:孔>200 ps,讯>500 ps，但最好是1 000 ps。这些波形参 数的表示见图3a. 铁心达到饱和的时间与铁心尺寸、起始磁化状态和施加电压的水平及其波形等有关 为保证施加 电压相同的各次操作冲击波的波形一致，必须使加压前铁心的初始磁化状态相同。此外，降低电压下的 波形也不可能与全试验电压下的波形相同。有关减少铁心饱和影响的试验程序见8.2. 3. 在降低电压下一般不出现铁心饱和现象，有时甚至在全试验电压下也可能不出现饱和。如果出现 饱和，它对电压波形的影响多少是与其饱和程度有关的。为此，当从变压器的高压侧施加操作冲击波 时，可在降低电压下确定T;和Td。然而，在第一次全电压操作冲击波施加前，T,是不能确定的。当从 变压器的低压侧施加操作冲击波时，只能在降低电压下确定T,。此时，孔和T 只能在全电压下确定。 应注意由于磁路磁阻不同，故变压器不同心柱上的波尾形状可能有明显的差异。 8.2.2 端子接线和故障探测方法 8.2.2.1 端子接线 为了满足GB 1094. 3的要求，对三相变压器只允许采用一种试验接线，如图4所示。其中性点总 是接地的且非被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 ) 7 GB/T 1094.4-2005 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. Op. u. (标么值)和1. 5p. u.(标么值)的外施电压。这两种绝缘的试验是同时进行的。 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_L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，但相间祸合电容、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。图B. 14表示出这种影响的实例。因此，当在一个端子上施加 电压U时，按GB 1094. 3的要求，相间的电压值便为1. 5U。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. 5U要高，非被试端子上的相对地电压值也很可能比0. 5U要高得多。 为了得到适当的电压衰减，可采用一种简便的方法，即在被试绕组系统的非被试相端子上和/或非 被试绕组相端子上接人高阻值的负载。但是，此电阻负载会使非被试端子上的波前时间显著地拉长，从 而使相间的电压值小于1. 5U。这是由于施加电压波(U)和感应电压波((0. 5U)峰值出现的时间不同所 致。当负载过大(即电阻太小)时，所施加的操作冲击波的波尾时间便明显地缩短，以致饱和效应也不存 在 了。 对于无三角形联结绕组的壳式及五柱式变压器，由于磁通不能直接通过非被试心柱上的绕组，故要 求相间达到1.5倍的相对地电压值可能得不到满足 如果无角接绕组，那么通过非被试相绕组端子的 短路和接地只能实现1. 0 p. u.(标么值)的相对地试验。 对于单相自藕变压器，也可能有类似的叠加振荡问题需要予以考虑。 8.2.2.2 故陈探测方法 至于故障探测，一般只测量电压波形就足够了。但在对中压或低压端子上施加冲击波时，则应记录 高压端子上的电压波形。对于被试绕组的接地电流，也可以作为一种辅助的探测方法。 8.2.3 试 验程序 在GB/T 1094.3中已叙述了试验程序。它包括了缓和铁心饱和的方法，以增加冲击波的持续 时间。 在本部分中，当对高压绕组直接加压时，其试验程序包括对每相端子施加的冲击波，即: — 一次降低试验电压水平(为额定操作冲击耐受水平的50%-75肠)的负极性冲击波; — 施加幅值约为50 %试验水平的正极性冲击波或直流电压 以产生正极性剩磁; — 三次额定操作冲击耐受水平下的负极性冲击波，每次冲击前应先产生反极性剩磁。 产生剩磁优先选用的方法是施加大约50%试验水平的反极性(即正极性)冲击波 为使任一施加 电压值下的波形图或数字记录相同，建议将剩磁点保持不变，此点最好是饱和剩磁点 若连续施加各冲 击波中的第一次过零时间保持不变，则意味着已找到这样的点了。所需要的预励磁冲击次数及其电压 值与预定的试验电压值有关。为避免外绝缘闪络，此正极性预励磁冲击电压值应不大于50 % 60%试 验电压值 。 8.2.4 试验记录 8.2.4.1 概 迷 操作冲击试验时，要求记录高压端子上的电压波形。但是，正如8. 2. 2所述，由于非被试端子对地 电压或相间电压可能过大，因此建议至少还需要对这些电压值进行检查。 电压波形记录通常也能很好地显示不直接遭受操作冲击波的有磁藕合的绕组上的任何故障。也可 以记录冲击电流波形，在许多情况下，它还可以给出有关故障的补充信息。 为了记录操作冲击电压波形，最好用电容式分压器，因为电阻式分压器会对波形有影响.并且它本 身还会出现过载发热的问题。当用电阻式分压器检查非被试端子的电压值时，因为它们被看成是电路 GB/T 1094.4- 2005 中的一个相当大的负载，故应将其保留在电路中。也可用经过严格校准的电容式套管各测屏(末屏)端 子作为分压器。 8.2.4.2 冲击电压波形的模拟记录 a) 冲击电压波形的确定 在调节试验电路参数确定波形的情况下，当记录波前时间时，其扫描时间必须将波形峰值部分 包括在内，通常为100 ps ^-300 us;当记录波尾时间时，由于只需确定高于90%峰值的时间 Td，建议扫描时间为500 "-1000 Ks b) 施加冲击试验电压的波形记录 为了确定试验波形的峰值和对任何可能出现的故障进行探测，扫描时间必须足够长，直到包