第32卷第14期电网技术V ol. 32 No. 14 2008年7月Power System Technology Jul. 2008 文章编号：1000-3673（2008）14-0001-04 中图分类号：TM41；TM85 文献标识码：A 学科代码：470·4037
特高压变压器雷电冲击伏秒特性研究 李光范，李 博，李 鹏，李金忠，王宁华，赵志刚，程涣超，张书琦
（中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192）
Study on Volt-Time Characteristics of UHV Transformer Under Lightning Impulse LI Guang-fan，LI Bo，LI Peng，LI Jin-zhong，WANG Ning-hua，
ZHAO Zhi-gang，CHENG Huan-chao，ZHANG Shu-qi
（China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100192，China）
ABSTRACT: Along with the rapid development of power transmission technology for the 750kV and above voltage grade, the capacity, dimension and entrance capacitance of corresponding power transformer and shunt reactor increase and accordingly the dimension of testing circuit is enlarged accordingly, thus it makes the wave front time of lightning impulse testing voltage elongated and the qualification in the both national and international standards can hardly be met. According to the waveforms from actual 500 kV, 750 kV and 1 000 kV lightning impulse tests and combining with the lightning voltage-time characteristics of oil-paper combination insulation structure, the impacts of various wave front time on insulation level of UHV power transformers and reactors are analyzed. At present, the design calculation and the selection of testing voltage are generally based on standard wave front, however the lightning impulse voltage-time characteristics of oil-immersed equipments show that the length of wave front time of lightning impulse testing voltage is closely related to insulation strength, elongated wave front time may make the examination for some longitudinal insulation relaxed and that for main insulation more strict. Therefore, in the design, development and testing of UHV power transformers and reactors the impacts brought by elongated wave front time of lightning impulse waveform should be considered and paid special attention to.
KEY WORDS: UHV；transformer；lightning impulse；volt-time characteristic；wave front time
摘要：随着750 kV、1000 kV输电技术的发展，相应的电力变压器和并联电抗器的容量、尺寸和入口电容随之增大，试验回路尺寸亦相应扩大，这使雷电冲击试验电压的波前时间拉长，无法达到国内外标准的要求。根据500 kV、750 kV 和1000 kV变压器和电抗器的实际雷电冲击试验波形，结合油纸复合绝缘结构的雷电伏秒特性，分析了不同波前时间对特高压变压器和电抗器绝缘水平的影响。目前变压器的设计计算和试验电压的选取一般按照标准波头进行，而充油设备的雷电冲击伏秒特性表明，雷电冲击试验电压波前时间的长短与绝缘强度有密切关系，波前时间延长可能会对某些纵绝缘的考核偏松，同时对主绝缘的考核偏严。因此，应在特高压变压器、电抗器的设计研制和试验中，考虑和重视雷电冲击波形波前时间延长所带来的影响。
关键词：特高压；变压器；雷电冲击；伏秒特性；波前时间0 引言
在大型电力变压器和电抗器的雷电冲击全波试验中，变压器绕组的等值电感小、等值电容大，往往很难得到规定的标准波形。其中绕组电感小主要影响了半峰时间的调整，而电容大主要影响了波前时间的调整。若想得到标准的波前时间，往往振荡(过冲)幅值超限，若要保证振荡(过冲)幅值，则会使波前值超限，因此试验中必须设法同时兼顾两者[1]。
对于特高压电力变压器和并联电抗器，由于其电压高、容量大、尺寸超大，试验回路尺寸也相应扩大，杂散电感和电容的影响更加突出。同时，设备入口电容大等将使雷电冲击试验电压的波前时间更长[2]。因此，需要在设计和试验中考虑雷电冲击电压波前时间的变化。一般来说，雷电全波的波头陡度影响对纵绝缘的考核[3]。波前时间不同，变压器和电抗器的油隙、匝间、饼间、引线以及对地绝缘等的伏秒特性不同。
本文将根据超、特高压变压器和电抗器的试验波形，讨论电压和容量的增大对变压器和电抗器雷电冲击试验波形波前时间的影响，同时结合油纸绝缘系统的雷电冲击伏秒特性，分析雷电冲击试验中波前时间对特高压变压器的影响。
DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2008.14.003
2 李光范等：特高压变压器雷电冲击伏秒特性研究 V ol. 32 No. 14
1 变压器雷电冲击试验
1.1 标准雷电冲击
根据文献[4-5]的规定，进行变压器全波雷电冲击试验时采用的标准电压波形的波前时间T 1为 1.2 μs ，半峰值时间T 2为50 μs ，其峰值容许偏差为±3%、波前时间容许偏差为±30%、半峰值时间容许
偏差为±20%。标准波形[6]如图1所示。
另外文献[4-6]还规定，波形过冲应不大于5%。
T 2
T 1
0.0 0.3 0.5 0.9 1.0 电压/p u
Q 1
t
图1 全波雷电冲击试验电压标准波形 Fig. 1 Lightning impulse full wave
变压器和电抗器的典型冲击试验回路如图2所示，其波前过程等值回路[7-9]见图3。图2和3中：g 为放电球隙；C g 为冲击发生器电容；R s 为波头电阻，其值为R si 和R se 之和；R p 为波尾电阻；L 为回路总电感；C t 为回路电容C L 与试品电容C T 并联后的总电容；L T 为试品电感。
C 图2
冲击试验回路
Fig. 2 A circuit of impulse test
C
图3 波前过程等值回路
Fig. 3 An equivalent circuit of wave front procedure
为了避免振荡，波头电阻R s 必须满足
s R ≥ (1)
式中C 为C g 和C t 串联后的电容，即
g t g t /()C C C C C =+ (2) 设k 为系数，冲击试验的波前时间T 1的计算式为
1s g t g t /()T kR C C C C =+ (3)
对于特高压变压器，由于其电压高、容量大、试验回路尺寸超大，因此C t 很大，根据式(3)，波前时间与电容、电阻成正比，因此T 1很难减小，易超标，只能希望通过减小R s 的方法来减小波前时间。但另一方面，同样由于回路尺寸大，L 也较大，
为避免振荡、减小波头过冲，需增大波头电阻R s 。因此波前时间和波形过冲存在一定的矛盾，要使特高压设备获得满足标准要求的雷电冲击波形非常困难。对此，按文献[5-6]的规定，在特殊情况下，如在低阻抗试品或大尺寸特高压试验回路中可能无法将冲击波形调整在规定的容许偏差之内或无法将过冲调整在规定限值之内，这些情况均可在有关设备标准中进行具体规定。文献[4]也指出，因绕组电感小或对地电容大，有时找不到合适的方法获得这种标准冲击波形，冲击波往往是振荡的。此时，经制造厂与用户协商，可允许冲击波形有较大的偏差。
综上分析可知，对于特高压变压器、电抗器，经过用户和厂家协商，可根据具体情况适当放宽对雷电冲击试验波形的要求。
1.2 变压器的雷电冲击实际试验波形
图4~6分别为某公司制造的500 kV 、750 kV 电力变压器和1000 kV 特高压试验变压器的雷电冲击试验电压波形，其中U p 为峰值电压。由图4可见，该500 kV 变压器波前时间T 1为1.47 μs ，完全满足标准要求。由图5可见，该750 kV 变压器波前时间T 1为1.77 μs ，超过标准要求。由图6可见，虽然 1000 kV 试验变压器的容量不大，但波前时间T 1达1.86 μs ，超标更严重。文献[2]指出，一些国家的
时间/μs
25
50 75 100 1250.0?1.0?2.0
电压/M V
U p = ?1.546 MV ；T 1=1.47 μs ；T 2=47.9 μs
图4 容量为334 MV A 的500 kV 变压器雷电冲击电压波形 Fig. 4 Lightning impulse full voltage waveform in the test
of a 500 kV power transformer of 334 MV A
0.000
25
50 75 100 125时间/μs
?0.75?1.50?2.25
电压/M V
U p = ?1.949 MV ；T 1=1.77 μs ；T 2=50.2 μs
图5 容量为260 MV A 的750 kV 变压器雷电冲击电压波形 Fig. 5 Lightning impulse full voltage waveform in the test
of a 750 kV power transformer of 260 MV A
?0.750
25
50 75 100 1250.00?1.50?2.25
电压/M V
时间/μs
U p = ?2.248 MV ；T 1=1.86 μs ；T 2=47.9 μs
图6 容量为40 MV A 的1 000 kV 试验变压器
雷电冲击电压波形
Fig. 6 Lightning impulse full wave in the test of a 1000 kV test transformer of 40 MV A
第32卷 第14期 电 网 技 术 3
1000 kV 特高压变压器的实际试验波前时间甚至达5 μs 左右。这说明，对于更高电压和大容量的变压器，其波前时间将很难达到标准要求。
图7是某公司特高压电抗器型式试验雷电冲击电压波形。上述实际的全波雷电冲击试验的波形表明，在全波雷电冲击试验中，由于特高压变压器和电抗器的电压高、容量大，其波前时间很难满足标准要求，且有较大的延长。
U p = ?2.252 MV ；T 1=2.48 μs ；T 2=49.5 μs
时间/μs
25
5075 1000 ?1 ?2 ?3 电压/M V
图7 1 000 kV 电抗器型式试验雷电冲击电压波形 Fig. 7 Lightning impulse full voltage waveform
in the type test of a 1 000 kV reactor
2 油纸复合绝缘的雷电冲击伏秒特性
油浸式电力变压器的绝缘是油纸复合绝缘。通过分别分析油隙、纸板、油浸纸以及充油设备的雷电冲击伏秒特性，可以分析波前时间对变压器雷电冲击试验的影响，并重点关注1~5 μs 波前时间范围内油浸式电力变压器的绝缘特性。
图8给出了引线绝缘、饼间绝缘和套管内绝缘等不同油间隙绝缘的伏秒特性[10]。由图8可知：在1~5 μs 的波前时间范围内，击穿电压均有较大变化，即击穿电压随波前时间延长而降低；波前时间为 3 μs 时的击穿电压比波前时间为1.5 μs 时的击穿电压低，降低幅度超过10%。图9给出了层压纸板的伏秒特性[10]。由图9可知，在1~5 μs 波前时间范围内，击穿电压随波前时间延长而明显降低。
2.0
1.5 1.0 0.1
0.3 0.5 1 3 5 10 20 40
击穿时间/μs 击穿电压/p u
图8 油间隙绝缘的击穿伏秒特性 (引线绝缘、饼间绝缘、套管内绝缘)
Fig. 8 Volt-time characteristics of oil gap (lead insulation,
layer insulation and bushing internal insulation)
0.1 1
102
104 106 108 1011 时间/μs
相对1m m 击穿电压的 百分数/%
42841261682100
100 200 300 400 500 击穿电压峰值/k V
图9 层压纸板的击穿伏秒特性
Fig. 9 Volt-time characteristics of laminated board
不同学者经试验得出的匝间油浸纸绝缘的伏秒特性曲线[10]如图10所示，在小于5 μs 的波前时间范围内，击穿电压随波前时间延长均明显降低。图11给出了充油设备的对地耐受电压伏秒特性[10]。由图11可知，
波前时间为从1 μs 延长至2 μs 和3 μs 时，击穿电压从1.19 pu 降低至1.08 pu 和1.02 pu ，降低幅度约为15%。
0.1
0.30.5 1
3 5 10
1.01.5
2.0击穿电压/p u
击穿时间/μs
图10 匝间油浸纸绝缘的击穿伏秒特性
Fig. 10 Volt-time characteristics of turn to turn insulation
1.02
4 6耐受时间/μs
相对雷电冲击
耐受电压倍数
图11 充油设备的对地耐受电压伏秒特性 Fig. 11 Volt-time characteristics of oil-filled equipment
上述油纸绝缘系统的伏秒特性均表明，随波前时间延长，击穿强度降低，特别是波前时间在1~5 μs 范围内时。这说明，油纸绝缘系统的击穿过程发展和电压作用时间密切相关。
图12给出了不同截断时间T c 下，空气间隙的棒–棒电极型式雷电截波冲击击穿电压?随间隙距离d 的变化[11]，其中空气压强为标准大气压，温度为20℃，密度为11 g/m 3。由图12可知：截断时间的延长使击穿场强降低，即电压作用时间延长使击穿场强降低。对于油纸绝缘系统也有类似的结果；绝缘系统在不同波前时间下的电位分布梯度不同，不同位置的绝缘承受的电场增加或降低，从而导致击穿强度随波前时间延长发生变化。
400
800
1 200
1 600
4006008001 0001 200d /mm
c =6 μs
T c =5 μs T c =4 μs T c =3 μs
T c =2 μs
200
图12 不同截断时间下棒–棒空气间隙的
雷电截波冲击击穿电压与间隙距离的关系
Fig. 12 Breakdown voltage curves of rod-rod gap for negative chopped lightning impulse as a function of
gap distance with different chopping times
4 李光范等：特高压变压器雷电冲击伏秒特性研究V ol. 32 No. 14
3 冲击伏秒特性对变压器绝缘的影响
根据上文第2节的内容，虽然国内外标准都明确规定了雷电冲击试验中全波波形的波前时间，但由于特高压变压器尺寸非常大、入口电容大，其波前时间会不可避免地延长，大大超过相关标准的规定。
虽然相关标准也规定了对于波前时间延长的情况，经用户和制造厂协商是允许的，但根据上文第2节的数据和分析可知，波前时间的延长将大幅降低油纸绝缘系统主绝缘的雷电冲击击穿强度，对此必须给予足够的重视。
实际上，规定的特高压变压器的雷电冲击试验电压为标准雷电波，产品的冲击分布计算、绝缘设计都是依据标准波形进行的。但在试验过程中，试验波形无法达到标准要求的波形，波头时间将延长。根据第3节所述，在这种试验波形下，油纸绝缘系统主绝缘的击穿电压将降低，这实际上意味着增加波前时间的雷电波对特高压变压器考核更为严格，甚至可能使试验失败。
另一方面，雷电冲击电压的波前时间实际上主要影响绕组的纵绝缘，波头越陡对绕组匝间、段间绝缘的影响越严重；而波长主要影响绕组的主绝缘，波长越长对地绝缘承受的电压越高[2,12-13]。从这个意义上说，波前时间延长又可能会对某些纵绝缘的考核偏松，而对主绝缘的考核偏严。
因此进行特高压变压器、电抗器设计、研制和试验时，应高度重视雷电冲击波形波前时间延长对设备绝缘性能的影响。
4 结论
（1）容量和电压等级的提高影响电力变压器的雷电冲击试验波形，这一点对于特高压变压器和电抗器更为突出。由于特高压变压器和电抗器尺寸大、入口电容大，在雷电冲击试验中，特高压设备的波前时间很难达到标准要求，会有较大比例的延长。
（2）油纸绝缘的雷电冲击伏秒特性表明，随雷电冲击试验电压波前时间的延长，油纸绝缘系统主绝缘的雷电冲击击穿强度明显降低。
（3）由于雷电冲击电压的波头陡度主要影响绕组纵绝缘，波头越陡对绕组匝间、段间绝缘影响越严重，因此波前时间延长可能会对某些纵绝缘的考核偏松，而对设备主绝缘的考核偏严。
（4）在特高压变压器和电抗器的设计、研制以及试验电压的选取过程中，应考虑和重视雷电冲击波形波前时间延长的问题。参考文献
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收稿日期：2008-06-12。
作者简介：
李光范(1955—)，男，硕士，教授级高级工程师，
副总工程师，研究方向为超高压和特高压输变电技
术，E-mail
：ligf@https://www.doczj.com/doc/d85081677.html,
；
李
博(1971—)，男，硕士，高级工程师，研究
方向为超高压和特高压输变电技术，E-mail：
libo@https://www.doczj.com/doc/d85081677.html,；
李鹏(1975—)，男，硕士，高级工程师，研究方向为超高压和特高压输变电技术，E-mail：lipeng@ https://www.doczj.com/doc/d85081677.html,；
李金忠(1974—)，男，硕士，工程师，研究方向为超高压和特高压输变电技术，E-mail：lijz@ https://www.doczj.com/doc/d85081677.html,；
王宁华(1978—)，男，博士，工程师，研究方向为超高压和特高压输变电技术，E-mail：wangnh@ https://www.doczj.com/doc/d85081677.html,；
赵志刚(1979—)，男，硕士，工程师，研究方向为超高压和特高压输变电技术，E-mail：zhaozg@ https://www.doczj.com/doc/d85081677.html,；
程涣超(1981—)，男，硕士，工程师，研究方向为超/特高压输变电技术，E-mail：chenghch@ https://www.doczj.com/doc/d85081677.html,；
张书琦(1981—)，男，硕士，工程师，研究方向为超高压和特高压输变电技术，E-mail：sqzhang@ https://www.doczj.com/doc/d85081677.html,。
（编辑杜宁）李光范
实验五雷电冲击电压实验 一、实验目的： 电气设备在电力系统运行中除承受正常运行的工频电压外，还可能受到暂时过电压及雷电过电压的袭击。本实验通过实验装置及控制平台模拟产生相应的雷电冲击波，观察长气隙击穿放电现象以及通过控制台观察冲击波的波形。进而了解冲击电压发生器的功能要求及技术要求，了解其工作原理、系统组成、具体结构、以及相关操作，明确冲击电压试验的有关注意事项，掌握完整的操作流程和操作技能，初步具备开展相关试验任务的能力。 二、实验项目： 通过雷击冲击电压发生器产生高压冲击波击穿长气隙放电。 三、实验说明： 1.冲击电压在系统中的存在形式和表现： 因雷电影响会在电力系统中产生大气过电压，有2种基本形式，即直击雷过电压和感应雷过电压，它们都表现为一段作用很短的过电压脉冲。这种过电压波一般会引起绝缘子闪络或避雷器动作，从而形成冲击截波。如果过电压幅值很大，其波头上升很快，引发的绝缘子闪络或避雷器动作就可能发生在波头部分，将形成冲击陡波。 因系统的倒闸操作、元件动作或发生故障等原因，是系统状态改变，引发过渡过程，可能产生涌动的电压升高，形成操作冲击波。它是一种作用时间较长的过电压波形。 2.冲击电压的特点： 雷电冲击电压波是一种作用时间很短的过电压脉冲波，具有单极性，一般为负极性，如果引起放电，其产生的冲击电流很强。 冲击截波对电感线圈类设备可能造成更加严重的威胁，而冲击陡波对冲击陡波对绝缘子内绝缘子内绝缘的威胁更大。 操作冲击波的能量来自系统内部，其作用时间比雷电波长得多，持续的能量累积造成的损害可能比雷电波更为严重。 3.冲击电压的波形及其参数： 大自然的雷电波或实际的操作波并不一致，但为了便于研究和工程应用，对统计结果进行优化和标准化，形成工程上应用的标准冲击波，主要包括以下4种：（1）雷电冲击电压全波 参数：T1/T2=1.2/50μs 精确要求：峰值≤±3% ，T1≤±30% ， T2≤±20%
浅谈干式变压器雷电冲击试验故障判断及要点黄永昶 发表时间：2018-03-13T10:41:23.687Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：黄永昶 [导读] 摘要：本文中介绍的产品质量问题是在试验过程中发现的，由于表现出来的现象比较典型，因此总结出来供读者参考。 （顺特电气设备有限公司广东顺德 528300） 摘要：本文中介绍的产品质量问题是在试验过程中发现的，由于表现出来的现象比较典型，因此总结出来供读者参考。 关键词：干式变压器；雷电冲击；产品试验；故障分析 变压器是电力系统中重要的设备之一，它的质量直接关系到电力系统的安全和经济效益，也影响到厂矿企业的经济效益和居民生活，为此在变压器制造过程中一定要严把产品的质量关。本文用变压器线圈内的电压暂态振荡的原理分析了干式变压器雷电冲击试验中所出现的一些异常问题，指出了变压器线圈内的电压暂态振荡过程是危害变压器绝缘的重要因素。 1.基本情况 对SC—1000/10联接组别为DYNn的千式变压器进行了雷电冲击试验，推荐的试验接线图如图1所示。 在C端进波、A端接地的试验中，比较50%试验电压和100%试验电压的电流示份映形可看到，在10μs左右100%试验电压的电流示伤波形出现严重的尖峰振荡，电压波形也有微小变化，而且在试验过程中观察到B相线圈有火花出现。 为了进一步研究B相线圈的缺陷，拆除了A、B、C三相绕组之间的连接线，单独对B相线圈进行雷电全波试验。对B线圈头部进彼、B 线圈尾部接地和B线圈尾部进波、B线圈头部接地等接线方式进行了试验，电流示伤波形中没有出现异常情况。在进行B相线圈的雷电冲击试验中，B相线圈没有发现缺陷，而在进行C相线圈试验时，与A相线圈串联的B相线圈发现缺陷。 二、故障诊断分析 分析单独一个线圈进波和两个线圈串联进波的波过程。为了简化计算，不考虑变压器的损耗和线圈之间的互感，同时假定线圈的电感、纵向电容和对地电容都是均匀分布参数。 设L0、K0、C0分别表示线圈单位长度的电感、纵向电容和对地电容，L是线圈的长度，如图3： 如果简单地从电位梯度的角度考虑问题，从式(4)可知，随着 L的增大，首端的电位梯度是下降的，单个线圈首端的电位梯度高于或起码等于两个线圈串联起来的首端的电位梯度。所以，简单地从电位梯度的角度分析问题解析不了试验中所出现的现象。 上面所分析的起始电压分布，线圈首端的电位梯度虽高，但其作用时间短，一般不会危及线圈的绝缘。而随之而来的线圈内的波振荡过程，才是危及变压器绝缘的主要原因。为了分析线圈上的电压振荡，先求出电压沿线圈的稳态电压分布。电压沿线圈的稳态分布由线圈的电阻决定，它是一条斜直线，如图4中的曲线2所示。 从上面的分析可看出：两个线圈串联时，两个线圈连接点附近的起始电压分布和稳态电压分布的差值比单个线圈时起始电压分布和稳态电压分布的差值要大得多，由此引起振荡强烈得多。如果变压器的绝缘强度较弱，则首先在这里出现缺陷。这种分析得出的结论与试验中出现的现象是一致的。 三、结论 在变压器雷电冲击试验中，电压梯度的大小是影响变压器绝缘的一个因素。但危害变压器绝缘的主要因素，是由于变压器绕组的起蛤电压分布和稳态电压分布不一致而引起的电压振荡过程。在三角形连接绕组的变压器雷电冲击试验中，如果试验接线方式为只有一个非被试相端子接地，则两个线圈串联的电压振荡过程有可能比单个线圈的电压波振荡过程更为严重，对变压器的绝缘考核也更为严重。 参考文献： [1]不同接线方式下直流电缆雷电冲击试验研究[J].乐彦杰，宣耀伟，俞恩科，郑新龙，陈国东，沈耀军.高电压技术.2015(08) [2]传递函数在变压器雷电冲击试验中的应用[J].刘杰.变压器.2015(04) [3]变压器雷电冲击试验的调波理论与计算[J].蒋将，汪春祥，郑军，张迪，周海京.变压器.2015(06) [4]变压器雷电冲击试验空间磁场对智能组件影响的计算分析[J].赵军，陈维江，高飞，张建功.中国电机工程学报.2016(14)
雷电冲击过电压的理论与试验 一．引言 电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。 高电压技术是以试验研究为基础的研究高电压及其相关问题的应用技术。其内容主要涉及在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电压试验和测量的设备及方法，电力系统的过电压与绝缘配合、高电压或大电流环境影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。 目前，随着科技的发展、经济的需要，输电电压等级越来越高，输电距离越来越长，电网结构也越来越复杂。而高电压技术对于进一步发展超高压、特高压输电继续起着重要的推动作用。一些国家正在沿着传统的“外沿发展模式”，继续开展更高一级电压。 二．雷电冲击过电压理论 雷电冲击电压是有雷电放电形成电流通过被击物体流入大地，电流脉冲在被击物体阻抗上的压降形成冲击电压。雷电放电包括三个阶段：先导放电，主放电，余光放电。主放电电流幅值较小，但电流波前时间比第一分量小得多，易造成过电压。各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上过电压、电动力和爆破力的主要因素。在余光阶段流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素之一。 波形组成 气隙的击穿有一个最低静态击穿电压Ｕｏ，但外加电压不小于Ｕｏ仅是气隙击穿的必要条件，欲使气隙击穿，还必须使该电压持续作用一定的时间。静态击穿电压Ｕ0 是使气隙击穿的最小电压。 雷电冲击电压分为：全波，截波－－雷电冲击波被某处放电而截断的波形. (1) 全波：非周期性冲击电压，很快到峰值再逐渐下降 .如图1 作图：取峰值＝1.０，０.９－－Ｂ点，０.３－－Ａ点，０.５－－Q点， 连ＡＢ线，交１.０于C点，交横轴O1点。 O1C－－波前Ｔ＝(t1-t2) t f＝FO1－－视在波前时间 t f／T＝（１.０－０.０）／（０.９－０.３） t f＝Ｔ／０.６＝１.６７Ｔ t t－－视在半峰值时间
雷电冲击电压波形 (1) 1.2/50us冲击电压：雷击时户内走在线产生的感应过电压模拟波形，用于设备过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。 (2) 1.2/50us(8/20us)混合波：浪涌发生器输出的一种具有特定开路/短路特性的波形。发生器输出开路时，输出波形是1.2/50us的开路电压波；发生器输出短路时，输出波形是8/20us 的短路电流波。具有这种特性的浪涌发生器主要用于设备端过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。 (3) 10/700us冲击电压：雷击时户外走在线产生的感应雷过电压的模拟波形。用于设备过电压耐受水平测试时用的波形，主要测试范围：建筑物外走线的信号线测试。 (4) 8/20us冲击电流：雷击时线缆上产生的感应过电流模拟波形，设备的雷击过电流耐受水平测试用标准波形，主要用于通信设备的电源口、信号口、天线口。 冲击波形表示（expression of impulse waveform）：冲击波用两数值的组合T1/T2来表示，T1表示波头时间（从10%峰值上升到90%峰值的时间），T2表示半峰值时间（从波头始点到波尾降至50%峰值的时间），时间单位均为us，记作T1/T2，符号“/”无数学意义。其中如：1.2/50us冲击电压，其波头时间为1.2us，半峰值时间为50us；8/20us冲击电流，其波头时间为8us，半峰值时间为20us；10/350us最大冲击电流，其波头时间为10us，半峰值时间为350us。 冲击电流实验的模拟脉冲波形需要尽量接近自然环境中雷击时通信设备电缆上产生的感应雷过电流的波形。因此冲击电流测试一般采用国际上防雷学科给出的一些标准波形。根据国家、地区、研究机构的不同，目前各国在冲击电流测试中对脉冲波形的要求有一定差异。在IEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：8/20us、10/350us（电流波）、10/700us 以及 1.2/50us（电压波）等。
一起 500kV电力变压器雷电冲击试验击穿故障分析 发表时间：2019-11-15T09:12:45.267Z 来源：《中国电业》2019年14期作者：刘枝 [导读] 电力变压器是电力系统中最重要的电气设备之一，其运行状况直接影响着供电的安全性、可靠性。 摘要：电力变压器是电力系统中最重要的电气设备之一，其运行状况直接影响着供电的安全性、可靠性。在运行过程中，变压器不仅需要承受长期工作电压，还会遇到雷电过电压、操作过电压、工频过电压等情况，其绝缘强度会不断受到考验，近年来已发生数起500kV电力变压器绝缘故障，造成了重大的损失。究其原因，一个重要的方面是制造过程遗留的微小缺陷未能在出厂前及时发现，经过长时间运行后引起变压器内部局部放电，最终导致内部绝缘破坏等严重故障的发生。本文以一起500kV电力变压器雷电冲击试验击穿故障进行详细的分析。 关键词：电力变压器；雷电冲击;试验 1试验情况 1.1设备信息 实验变压器铁心采用单相四柱三框式结构，主柱绕组从内到外依次为低压绕组、中压绕组、高压绕组；激磁绕组和调压绕组位于旁柱上，采用线性调压的方式。调压绕组采用内外两层串联的结构。 1.2试验过程 按照试验方案，雷电冲击试验前完成了绕组对地绝缘电阻测量、绕组绝缘系统电容及介质损耗因数测量、套管试验、电压比测量及联结组别检定和绕组电阻测量等试验，试验结果均符合相关标准及技术协议要求。 雷电冲击试验首先在高压绕组线端进行，分别施加1次50%电压和3次100%电压下的雷电冲击。试验过程中无异常放电现象，电压波形波头、波尾时间、电压幅值、过冲等均符合标准要求，50%电压冲击波形与100%电压冲击波形相似，电流波形无截断，试验通过。 在中压进行试验时变压器位于1分接。施加50%冲击电压和首次施加100%冲击电压试验均顺利通过；第二次施加100%冲击电压试验时出现异常放电：试验人员听到清脆异响，电压异常降低，电流波形出现大幅振荡。试验未通过，初步判断变压器内部放生了绝缘击穿。 随后再次施加冲击电压，并利用局部放电超声波自动定位系统判断击穿位置。在油箱4个面的上部和下部分别布置2个传感器，施加70%电压试验，又发生击穿，听到内部放电声，冲击电压波形出现截断。此时，布置在变压器油箱侧面下部人孔附近的超声信号传感器测得的时域信号最超前，该处为铁心旁柱所在位置，怀疑调压绕组下部出线位置附近发生绝缘击穿。 冲击试验后对该变压器油样进行采集。三比值法编码为102，判断变压器内部发生了电弧放电。CO、CO2含量也发生突变，判断故障涉及固体绝缘材料。 1.3吊罩检查 首先工作人员对故障设备外观进行了全方位检查，油箱无变形，套管无裂纹，非电量保护装置正常无动作，无渗漏油。 外观检查后厂家组织吊罩检查。拆除套管等附件后将上节油箱吊起，发现油箱底部散落有瓦楞纸和绝缘纸碎片。进一步观察到内层调压绕组下部引线下部出头与托板槽口左侧、下侧贴合紧实，绝缘被击穿，引线出头沿托板对夹件腹板放电，有明显电弧灼烧痕迹，其他位置均无放电痕迹。 将绕组拔出，对主柱和旁柱主体进行检查：各组绕组排列整齐，间隙均匀；绕组间、绕组与铁心及铁心与轭铁间的绝缘垫，完整无松动；绝缘板绑扎紧固。绕组绑扎牢固，无移动变形现象，绝缘层完整，表面无变色、脆裂或击穿等缺陷。因此判断击穿仅发生在调压绕组下部引线位置。 剥除所有调压绕组下部引线外绝缘层发现放电点为调压绕组下部2分接出头，其余分接无放电痕迹，调压绕组其他位置无放电痕迹和损伤。调压绕组和励磁绕组之间的围屏以及内部励磁绕组未受损伤。 2原因分析 故障发生后，厂方与业主单位的专家及技术人员共同分析，从设计、制造工艺控制、关键点检查等方面归纳出故障原因。 2.1设计方面 针对击穿处的绝缘，未将绕组出头处沿垫板对地的爬距考虑在内。经实际测量发现，纸板沿面爬距为120mm。而变压器制造厂家均认可的设计绝缘距离为220kV等级引线表面包10mm绝缘时油中对地距离为190mm、沿纸板爬电距离为620mm。因此该部位绝缘裕度严重不足，是造成该变压器绝缘击穿及沿绝缘表面爬电的主要原因。 2.2制造工艺控制方面 与该变压器同批次生产的同类型变压器共三台，其中一台通过了全部出厂试验。为了与发生击穿的变压器进行对比，对通过所有出厂试验的变压器进行吊罩检查。发现该变压器调压绕组下部引线的挝弯位置明显高于故障变压器，且出线与槽口两边距离相当，其调压绕组下部出头与托板间有一定的油隙，该油隙可以提高引线出头与夹件间的耐电强度，使其顺利通过绝缘试验。但纸板沿面爬距仍不满足要求。因此制造过程中工艺控制不严谨、不规范也是造成变压器发生绝缘击穿的原因之一。 2.3关键点检查方面 在产品的生产过程中，厂方质量监督人员和业主驻厂监造人员均应当对绕组绕制、器身装配、绝缘包扎等关键环节，绕组出头放置、绝缘距离等关键尺寸进行现场核对。但双方在核对各部件接口时忽视了调压内层下部出线引线对铁心夹件的距离校核，没有及时发现该部位的绝缘距离不足，是造成变压器发生绝缘击穿的又一个原因。 3结果及建议 3.1整改措施 （1）改变外层调压绕组的下部出线方式，由原来的轴向出线方式改为辐向出线方式。进而有效提高外层调压绕组的出头位置，增加了与下夹件间的纸板沿面爬距，有效提升了绝缘强度。 （2）调整内层调压绕组的出头档位，使内层调压出线位置向远离夹件的方向转动1个档位，进一步拉开调压出线与下夹件的爬电距离。（3）改进内层调压绕组的出头包扎方式，首先在出线外包裹瓦楞纸板，再通过加包纸浆成型件，伸出托板辐向尺寸约200mm，并在调压绕组出线下部的两层托板间增加1层反角环。通过以上措施进一步分割油隙，增大爬距，进而起到增强绝缘的作用。通过更改设计方案和更换
第20课时 学习任务：雷电冲击电压 任务目标：1 了解雷电冲击电压标准波形 2了解雷电放电时延 3了解雷电雷电冲击50%击穿电压 4了解雷电伏秒特性 任务重点：雷电伏秒特性 任务难点：操作冲击电压下空气间隙的击穿电压任务实施： 一相关知识学习
（一）雷电冲击电压标准波形 雷电冲击电压标准波形如图2-48所示 （视在）波前时间T1：1.2us，偏差±30% （视在）半峰值时间T2：50us，偏差±20%
（二）放电时延 如图所示，当时间经过 t 0，电压升高到持续作用电压下的击穿电压U 0时，间隙并不立刻击穿，而需经过t d 后，才能完成击穿。 统计时延t s ：从t 0开始，到 间隙中出现一个有效电子所需 的时间称为统计时延。 放电形成时延t f ：从出现有 效电子引起强烈的电离过程， 到间隙完全击穿需要的时间， 称为放电形成时延。
全部放电时间t d由三部分组成： 放电时延t1： （1）短间隙中，放电形成时延小，统计时延成为主要因素。 （2）长间隙中，放电时延主要决定于放电形成时延。
（三）雷电冲击50%击穿电压 多次施加电压时，其中半数导致击穿的电压，称为50%冲击击穿电压（U50），以此来反映间隙的耐受冲击电压的特性。 冲击系数：50%冲击击穿电压和持续作用电压下击穿电压之比（均取峰值）称为冲击系数。
1、均匀电场和稍不均匀电场中的击穿电压 （1）击穿电压分散性小； （2）50%击穿电压和静态击穿电压（即持续作用电压下的击穿电压）相差很小，冲击系数近似等于1； （3）放电时延中，统计时延成主要因素； （4）击穿通常发生在波头峰值附近。
新安装的变压器在空载（二次侧不带负载）状态下，合闸投入线路，然后再分闸切除，再合闸，再分闸，一般要重复三到五次，这就叫冲击合闸。在高压开关柜上直接操作。 因为变压器在空载状态下投切时最大能产生两倍左右的过电压，这个过电压极易使变压器损坏，冲击合闸就是为了考核变压器能否经受这个过电压，检查变压器绝缘是否有薄弱点，以保证变压器今后运行更安全。 变压器的冲击合闸，是变压器安装完成后正式投入运行前的试验项目之一。所谓冲击合闸，就是断开低压侧出线总开关，合闸高压侧的开关，使变压器全压（额定电压）空载运行，并检查它的声音等和各部件有无异常，5分钟后停止运行。冲击试验的目的是检验冲击合闸时产生的励磁涌流是否会使变压器的差动保护误动作。规范规定，一般配电变压器因无差动保护，这样的冲击试验只做三次。大型变压器（有差动保护者）要求做5次。 1、检验变压器绝缘、机械强度能承受工作电压和励磁涌流的冲击。 2、检验变压器差动保护是否能躲过励磁涌流的影响。 “全电压”指正常工作电压全部投入。 是相对于“降电压”的一种说法。 变压器冲击合闸试验。 1，变压器的冲击合闸试验不一定必须从高压侧进行，这与变压器的应用场合相关。一般此项试验是结合变压器投运运行的。由于我们使用的大部分是降压变压器，来电一方自然是高压侧，就只能从高压侧冲击。若对发电厂的升压变压器，来电方是在低压侧，就要从低压冲击了。对于有倒送电能力主变可从高压侧做。一、变压器全压充电肯定会有励磁涌流，只是每一次的大小不相同而已。励磁涌流大小和剩磁、合闸角（非周期分量）因素有管！产生就是：电压最大达到一倍，磁通达到一倍，过饱和，电流骤增。 2，冲击试验的次数: 主变第一次投运前，应在额定电压下冲击合闸五次，第一次受电后持续时间应不小于10分钟，每次间隔大于5分钟。大修后主变应冲击三次；瓦斯下浮子在主变冲击合闸前就应投跳闸，冲击合闸正常，有条件时空载充电24小时；110千伏及以上变压器启动时，如有条件应采用零起升压；变压器的有载调压装置，应于变压器投运时进行切换试验正常，方可投入使用。 3，新变压器或大修后的变压器在正式投运前要做冲击试验的原因如下: 1）、检查变压器绝缘强度能否承受全电压或操作过电压的冲击。（为什么切空载变压器会产生过电压？一般采取什么措施来保护变压器？ 理论上说，切除任何一个感性负载都会产生操作过电压； 因为感性负载存在电感L，通电的感性负载存在磁场Φ，也就有电磁能W，这是个不能跃变
RDCJ-300KV 雷电冲击电压发生器 技 术 条 件 一、使用条件 海拔高度：<1000米
相对湿度：<90% 环境温度：－10℃～＋40℃ 无灰尘、无毒、无腐蚀气体。 当湿度>90％凝露时，表面揩干，自然风干后，可继续使用。 相对湿度大于90％时，输出不降低。 二、额定参数值 1、额定标称电压：±300千伏 2、额定级电压：±150千伏 3、额定能量：11.25千焦耳 4、冲击总电容：0.25微法(脉冲电容器1微法/2×75千伏,共3台) 5、负载能力：0～5000微微法。 6、输出冲击电压波形 (1)1.2/50微秒雷电冲击电压全波，电压(空载)不小于95%； (2)截断时间2～5微秒雷电冲击电压截波，电压效率大于85%； 冲击电压波形参数及其偏差均符合有关国家标准的要求。 7、使用持续时间：在80％额定电压以上,每90秒充放电一次可连续 运行；在80％额定电压 以下，每45秒充放电一 次可连续运行。 三、主要部件 1.充电部分 (1)、采用恒流充电装置 (2)、采用绝缘筒油浸式充 电变压器，原边电压220
伏，付边电压85千伏，额定容量5千伏安，变压器密封良好，无渗漏油； (3)、采用2DL-200千伏/100毫安的高压整流硅堆； (4)、高压整流硅堆保护电阻采用漆包电阻丝有感密绕在绝缘管上； (5)、采用不对称倍压充电方式； (6)、恒流充电装置在20%～100%额定充电电压范围内，实际充电电压与整定电压偏差不大于±1%,充电电压的不稳定性不大于±1%,充电电压的可调精度为1%. (7)、直流电阻分压器采用150千伏，300兆欧油浸式金属膜电阻，低压臂电阻装在分压器底法兰内，低压臂上的电压信号用屏蔽电缆引入控制台内。 (8)、自动接地开关采用电磁铁分合接地机构，试验停止时可自动将主电容器经保护电阻接地。 (9)、恒流充电的电感、电容装在控制台内，充电变压器、高压整流硅堆、保护电阻、自动接地开关和绝缘支柱等安装在一个移动式底盘上。 2、本体部分 (1)本体采用不对称倍压充电方式，每级额定电压150千伏。 (2)本体采用组合式结构，分三级组装，便于拆装。每级包括MWF－1/2×75铁外壳油浸式脉冲电容器，钳位电阻，充电电阻，波头电阻，波尾电阻和点火球隙等。 (3)第一级球隙采用双边异极性触发，第2级至第3级球隙均采用三间隙球隙点火，同步误动率或拒动率不大于5%。 (4)各级球隙距离由电动机驱动作直线调整，控制台指示对应球距的充电电压，传动结构带有上下限位开关。 (5)球隙距离可在控制台上手动或自动调节。 (6)本体装在一个移动式底盘上，300千伏冲击电压发生器本体高约1.3
变压器试验项目清单10kV级 例行试验 绕组直流电阻互差： 线间小于2%，相间小于4%； 电压比误差： 主分接小于0.5%，其他分接小于1%； 绝缘电阻测试：2500V摇表高压绕组大于或等于1000MΩ,其他绕组大雨或等于500MΩ； 局部放电测量（适用于干式变压器） 工频耐压试验 感应耐压试验 空载电流及空载损耗测试 短路阻抗及负载损耗测试 绝缘油试验 噪声测试 密封性试验（适用于油浸式变压器） 附件和主要材料的试验（或提供试验报告） 现场试验： 按GB50150相关规定执行 绝缘油试验 绕组连同套管的直流电阻
变压比测量 联结组标号检定 铁心绝缘电阻 绕组连同套管的绝缘电阻 绕组连同套管的交流工频耐压试验 额定电压下的合闸试验 抽检试验 绕组电阻测量 变压比测量 绝缘电阻测量 雷电全波冲击试验 外施耐压试验 感应耐压试验 空载电流及空载损耗测试 短路阻抗及负载损耗测试 绝缘油试验 xx试验 油箱密封性试验（适用于油浸式变压器）容量测试 变压器过载试验 联结组标号检定
突发短路试验 长时间过载试验 35kV级 应提供变压器和附件相应的型式试验报告和例行试验报告 例行试验 绕组电阻测量 电压比测量和联结组标号检定 短路阻抗及负载损耗测量 1.短路阻抗测量： 主分接、最大、最小分接、主分接低电流（例如5A2负载损耗： 主分接、最大、最小分接 3短路阻抗及负载损耗均应换算到75℃ 空载损耗和空载电流测量 1.10%-115%额定电压下进行空载损耗和空载电流测量，并绘制出励磁曲线 2.空载损耗和空载电流进行校正 3.提供380V电压下的空载损耗和空载电流 绕组连同套管的绝缘电阻测量： 比值不小于1.3，或高于5000MΩ绕组的介质损耗因数（tanδ）和电容测量 1.油温10-40℃之间测量 2.报告中应有设备的详细说明
实用文档之"雷电冲击电压波形" (1) 1.2/50us冲击电压：雷击时户内走在线产生的感应过电压模拟波形，用于设备过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。 (2) 1.2/50us(8/20us)混合波：浪涌发生器输出的一种具有特定开路/短路特性的波形。发生器输出开路时，输出波形是1.2/50us的开路电压波；发生器输出短路时，输出波形是8/20us的短路电流波。具有这种特性的浪涌发生器主要用于设备端过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。 (3) 10/700us冲击电压：雷击时户外走在线产生的感应雷过电压的模拟波形。用于设备过电压耐受水平测试时用的波形，主要测试范围：建筑物外走线的信号线测试。 (4) 8/20us冲击电流：雷击时线缆上产生的感应过电流模拟波形，设备的雷击过电流耐受水平测试用标准波形，主要用于通信设备的电源口、信号口、天线口。 冲击波形表示（expression of impulse waveform）：冲击波用两数值的组合T1/T2来表示，T1表示波头时间（从10%峰值上升到90%峰值的时间），T2表示半峰值时间（从波头始点到波尾降至50%峰值的时间），时间单位均为us，记作T1/T2，符号“/”无数学意义。其中如：1.2/50us冲击电压，其波头时间为1.2us，半峰值时间为50us；8/20us冲击电流，其波头时间为8us，半峰值时间为20us；
10/350us最大冲击电流，其波头时间为10us，半峰值时间为350us。 冲击电流实验的模拟脉冲波形需要尽量接近自然环境中雷击时通信设备电缆上产生的感应雷过电流的波形。因此冲击电流测试一般采用国际上防雷学科给出的一些标准波形。根据国家、地区、研究机构的不同，目前各国在冲击电流测试中对脉冲波形的要求有一定差异。 在IEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：8/20us、10/350us（电流波）、10/700us以及 1.2/50us（电压波）等。
绝缘液体雷电冲击击穿电压测定 一、试验目的 电力系统中的高压电气设备除承受长期工作电压（交流或直流）作用外，还受到大气感应造成的过电压的作用,为保证绝缘液体的绝缘质量，需对绝缘液体进行雷电冲击电压试验。变压器由多种材料组合而成，结构形状也极为复杂。绝缘结构任一局部范围内的破坏都会使整个设备丧失绝缘性能。因此，一般只能用可以耐受多高的试验电压（单位为KV）来表示设备的整体绝缘能力。绝缘耐压试验电压可表明设备耐受的电压水平，但并不等同于该设备所实际具有的绝缘强度。 二、试验原理 雷电击中架空线路导线或户外变电站将产生雷电过电压，其波形变化范围很大，人工模拟这种暂态电压，以研究和考验绝缘液体的绝缘强度。 三、试验仪器 试验容器欧姆表测微计或螺旋计或厚度规金相显微镜脉冲发生器电阻分压器峰值电压表 四、试验步骤 1.试验容器的准备：试验容器是一个带有垂直间隙的容器，其内可容纳液体的 体积约为300mL，限定只有两极和支撑的部分可以是金属材料，容器所用的绝缘材料必须具有高介电强度、在80o C下具有良好的热稳定性、能与被测绝缘液体相容，并耐溶剂、耐常用于被测液体的清洁剂；试验容器应易拆卸易清洗彻底，其尺寸应保证闪络电压至少为250kV。 2.试验容器的清洗：试验容器的所有零件包括球电极和唱针都应用试剂级的庚 烷脱脂，用洗涤剂洗涤，用热自来水彻底冲洗，然后用蒸馏水冲洗，用无油脱水的压缩空气干燥各零件。
3.液体取样：用待测液体彻底地清洗试样容器和电极，并慢慢地将试样注入试 验容器，切勿产生气泡，在试验前让液体静置至少5min。试验时试样的温度应与实验室温度相同，通常在15o C到30o C之间。 4.电极间隙的调整：轻轻使两电极接触，用欧姆表检测是否接触良好。然后用 一个测微计或螺旋计或厚度规使其中一个电极移开达期望的间隙值，其允许偏差为±0.1mm。 5.脉冲电压的校准：用一个精确标定的电阻分压器和一个峰值电压表，根据 GB/T 311.6-2005用球隙法校正测量系统，脉冲电压的峰值电压测量误差应已知且不超过3%。 6.试验过程： 6.1逐级试验：先使用15mm间隙，50kV其实电压和步进10kV升压1来 进行试验，每个电压等级下要加一个脉冲，在相邻两脉冲之间时间间 隔只是1min，直至击穿。按照所确定的起始电压、电压步进值和电 极间隙重复试验直至获得被试液体的五个击穿值2，取其平均值作为 被试液体的雷电脉冲击穿电压。 值及参数画出判定图，按照6.1的结论选择 6.2 连续试验：根据相应的P 一个脉冲电压峰值U 3并设定脉冲发生器，准备试验，施加第一个脉冲 到电极上，如果没有击穿，则在另一个脉冲前等待一分钟，然后继续加 脉冲直至发生击穿，在判定图上对脉冲和相应的击穿描点；重复试验， 至能进行判定为止4，当超85次脉冲数后还不能裁定时，则应在更低 水平上重复试验。 五、试验数据及处理
雷电冲击电压实验 一、实验目的 电气设备在电力系统运行中除承受正常运行的工频电压外，还可能受到暂时过电压及雷电过电压的袭击。本实验通过实验装置及控制平台模拟产生相应的雷电冲击波，观察长气隙击穿放电现象以及通过控制台观察冲击波的波形，了解冲击电压发生器的功能要求及技术要求，了解其工作原理、系统组成、具体结构以及相关操作，明确冲击电压实验的有关注意事项，掌握完整的操作流程和操作技能，初步具备开展相关试验任务的能力。 二、试验项目 通过雷击冲击电压发生器产生高压冲击波击穿长气隙放电 三、实验说明 1、冲击电压在系统中的存在形式和表现 因雷电影响会在电力系统中产生大气过电压，有两种基本形式，即直击雷过电压和感应雷过电压，他们都表现为一段作用时间很短的过电压脉冲波。这种过电压波一般会引起绝缘子闪络或避雷器动作，从而形成冲击截波。如果过电压幅值很大，其波头上升很快，引发的绝缘子闪络或避雷器动作就可能发生在波头部分，将形成冲击陡波。 因系统的倒闸操作、元件动作或发生故障等原因，使系统状态改变，引发过渡过程，可能产生涌动的电压升高，形成操作冲击波。它是一种作用时间较长的过电压波。 2、冲击电压的特点 雷电冲击电压波是一种作用时间很短的过电压脉冲波，具有单极性，一般为负极性，如果引起放电，其产生的冲击电流很强。 冲击截波对电感线圈类设备可能造成更严重的威胁，而冲击陡波对绝缘子内绝缘的威胁更大。 操作冲击波的能量来自于系统内部，其作用时间比雷电波长的多，持续的能量累积造成的损害可能比雷电波更为严重 3、冲击电压发生器就是一种产生脉冲波的高电压发生装置。它被用于研究电力设备遭受大气过电压（雷电）时的绝缘性能。冲击电压的破坏作用不仅决定于波形、幅值、还与波形陡度有关。目前国内冲击电压发生器能产生8种冲击波形。下面简单介绍一下： GB311《高压输变电设备的绝缘配合-高电压试验技术》规定了三种标准冲击波形（1）1.2/50微妙标准雷电冲击全波 （2）1.2/2~5微妙标准雷电截波 过零系数0.25-0.35 （3）250/2500微妙的标准操作冲击波 Tf为20~250us90%持续时间≥200us 过零时间≥500us IEC517规定GIS组合电器现场冲击试验的二种标准冲击波形 （4）Tf＜15微妙的振荡雷电冲击波 （5）Tcr＞100微妙的振荡操作冲击波 图1雷电冲击电压全波波形 来源：网络转载
变压器冲击合闸试验。 1，变压器的冲击合闸试验不一定必须从高压侧进行，这与变压器的应用场合相关。一般此项试验是结合变压器投运运行的。由于我们使用的大部分是降压变压器，来电一方自然是高压侧，就只能从高压侧冲击。若对发电厂的升压变压器，来电方是在低压侧，就要从低压冲击了。对于有倒送电能力主变可从高压侧做。 一、变压器全压充电肯定会有励磁涌流，只是每一次的大小不相同而已。励磁涌流大小和剩磁、合闸角（非周期分量）因素有管！产生就是：电压最大达到一倍，磁通达到一倍，过饱和，电流骤增。 2，冲击试验的次数: 主变第一次投运前，应在额定电压下冲击合闸五次，第一次受电后持续时间应不小于10分钟，每次间隔大于5分钟。大修后主变应冲击三次；瓦斯下浮子在主变冲击合闸前就应投跳闸，冲击合闸正常，有条件时空载充电24小时；110千伏及以上变压器启动时，如有条件应采用零起升压；变压器的有载调压装置，应于变压器投运时进行切换试验正常，方可投入使用。 3，新变压器或大修后的变压器在正式投运前要做冲击试验的原因如下: 1）、检查变压器绝缘强度能否承受全电压或操作过电压的冲击。 （为什么切空载变压器会产生过电压？一般采取什么措施来保护变压器？ 理论上说，切除任何一个感性负载都会产生操作过电压； 因为感性负载存在电感L，通电的感性负载存在磁场Φ，也就有电磁能W，这是个不能跃变的参数（W＝1/2*L*I*I），当电流被切断时，电流不会瞬间变为0，这当中有个短暂的时间过程dt，根据法拉第电磁感应定律E=-LdI/dt，因为dt很小，就会在线圈中感应出一个很高的电压，这就是操作过电压；其值除与开关的性能、变压器结构等有关外,变压器中性点的接地方式也影响切空载变压器过电压。一般不接地变压器或经消弧线圈接地的变压器,过电压幅值可达4-4.5倍相电压,而中性点直接接地的变压器,操作过电压幅值一般不超过3倍相电压。这也是要求做冲击试验的变压器中性点直接接地的原因所在。 在中性点直接接地系统中，断开110∽330 千伏空载变压器时，其过电压倍数一般不超过3.0Uxg，在中性点非直接接地的35千伏电网中，一般不超过4.0Uxg ，此时应当在变压器高压侧与断路器间装设阀型避雷器，由于空载变压器绕组的磁能比阀型避雷器允许通过的能量要小得多，所以这种保护是可靠的，并且在非雷季节也不应退出。） 2）、考核变压器在大的励磁涌流作用下的机械强度和考核继电保护在大的励磁涌流作用下是否会误动。 4，变压器进行冲击合闸试验的目的有两个： 1、拉开空载变压器时，有可能产生操作过电压。在电力系统中性点不接地或经消弧线圈接地时，过电压幅值可达4~4.5倍相电压；在中性点直接接地时，可达3倍相电压。为了检查变压器绝缘强度能否承受全电压或操作过电压，需做冲击试验。 2、带电投入空载变压器时，会产生励磁涌流，其值可达6~8倍额定电流。励磁涌流开始衰减较快，一般经0.5~1秒即减到0.25~0.5倍额定电流值，但全部衰
雷电冲击电压波形 (1) 50us冲击电压：雷击时户内走在线产生的感应过电压模拟波形，用于设备过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。 (2) 50us(8/20us)混合波：浪涌发生器输出的一种具有特定开路/短路特性的波形。发生器输出开路时，输出波形是50us的开路电压波；发生器输出短路时，输出波形是8/20us 的短路电流波。具有这种特性的浪涌发生器主要用于设备端过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。 (3) 10/700us冲击电压：雷击时户外走在线产生的感应雷过电压的模拟波形。用于设备过电压耐受水平测试时用的波形，主要测试范围：建筑物外走线的信号线测试。 (4) 8/20us冲击电流：雷击时线缆上产生的感应过电流模拟波形，设备的雷击过电流耐受水平测试用标准波形，主要用于通信设备的电源口、信号口、天线口。 冲击波形表示（expression of impulse waveform）：冲击波用两数值的组合T1/T2来表示，T1表示波头时间（从10%峰值上升到90%峰值的时间），T2表示半峰值时间（从波头始点到波尾降至50%峰值的时间），时间单位均为us，记作T1/T2，符号“/”无数学意义。其中如：50us冲击电压，其波头时间为，半峰值时间为50us；8/20us冲击电流，其波头时间为8us，半峰值时间为20us；10/350us最大冲击电流，其波头时间为10us，半峰值时间为350us。 冲击电流实验的模拟脉冲波形需要尽量接近自然环境中雷击时通信设备电缆上产生的感应雷过电流的波形。因此冲击电流测试一般采用国际上防雷学科给出的一些标准波形。根据国家、地区、研究机构的不同，目前各国在冲击电流测试中对脉冲波形的要求有一定差异。 在IEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：8/20us、10/350us（电流波）、10/700us以及50us（电压波）等。
雷电冲击过电压的理论与试验 齐广振 20071626 一、引言 写高电压技术的学习体会 雷电冲击耐压是用截波作试验，耐压试验又称“工频耐压试验”，是用50HZ 正弦波作试验，两者试验波形不同。 雷电冲击耐压试验的截波前沿很陡，虽然有效值不一定非常高，但是波形的峰值很高，所以是一个由多次谐波组成的尖峰冲击波，它模仿了雷电波进入后对于绝缘的冲击； 工频耐压试验就是比较高的正弦波，它仿效了操作时回路发生的过电压状态。目前，真空断路器使用得最多的是10KV 和6KV ，个别也有66KV 和35KV 的，在这些电压等级的系统中，雷电冲击波对于电器设备的危害远远大于工频操作过电压，所以就有工频耐压通过了，但是雷电冲击过不了的。当电压上升至500KV 及以上，操作过电压对于设备的危害将大于雷电冲击，到那时，是雷电冲击好过，而工频耐压不好过了。 二、雷电冲击过电压理论 波形组成及其传播理论 用频率响应法和低电压短路阻抗法对高低压绕组测试表明，绕组不存在明显变形。 1.波形组成 根据冲击电压雷电波定义，当t t t ,雷电波电压大小为最大幅值时的0.5倍。
雷电过电压波形时间1.2us±30%，半峰值时间50us±20%，频带范围几Hz至MHz 为了确定变压器绕组绝缘是否损坏以及可能损坏的程度，进行了局部放电试验。测试中对高低压绕组同时进行监测。首先测试高压C相、低压c相，在低压bc加压。试验时发现在L3倍额定电压下，高低压局部视在放电量都很大，高压约为5000pC，低压侧约为4000pC。由于放电波形不稳定，很难比对高低压绕组放电量变化情况。测试高压A相、低压a相，在低压ca加压，施加电压约80%额定电压时，高低压绕组放电量突然增大，放电量达数万pC。于是降低施加电压，通过比对高低压绕组放电情况，认为很可能低压存在严重放电。随着时间的延长，放电趋于稳定，但高数值放电仍然时常出现。测试高压B相、低压b相时，高低压绕组均没有出现大的放电量，放电量为18OpC。重新测试高压C 相、低压C相时，发现高低压绕组的放电量均已经很小，约为200PC。而重新测试高压A相、低压a 相时仍然有幅值很大的放电波形时常出现。综合分析可以认定高压A相出现的大幅值的放电波形是低压a相传递过去的，低压a相局部纵向绝缘存在严重的损坏情况。第一次测试高压C相出现的大幅值放电波形实际也是从低压a相传递过去的。只不过随着加压时间的延长，损坏的匝间毛刺变小，低压a相起始放电电压上升，使得重新测试C相时低压a相放电量大大降低(这时低压a相施加的电压只有65%匝电压)。 三、雷电冲击过电压试验写产生与测量 雷击试验的电流波形对于一个8~20ms的波形，T1 = 8ms、T2 = 20ms。通常，试验中冲击电压的范围从±2kV到±16kV，步长为±2kV，施加在电源线之间或一条电源线与被测设备(EUT)机架的地之间，即L-N、L-G和N-G。冲击的功率直接加载到EUT中的SMPS 上，因此必须保证SMPS不会被毁坏，并且在冲击电压被施加后还能正常工作。在1990年代初IEC61000-4-5标准出现以前，大多数设备制造商使用的都是JEC210/212标准。之后，IEC61000-4-5标准得到了广泛应用。 试验环境 雷电冲击试验的测试环境。使用带有外部SMPS适配器的LCD TV作为EUT。雷电冲击发生器是一个能产生特定波形的理想电压源，它有一个固定的输出阻抗，参见表1。交流电源通过隔离变压器对SMPS适配器供电，对于差模冲击试验，冲击电压施加在SMPS适配器的交流电源线之间，而对于共模冲击试验，则施加在一条交流电源线和机顶盒调谐器的输入插座上的地连接之间。在每个电压步长(2kV-16kV)和每种极性上，分别进行5次试验。 雷击电压对IC的干扰 此电路由一个带有CoolSET-F3 PWM控制器的反向转换器构成。冲击信号施加在零线和地平面之间。图中显示了可能的冲击电流通路，T1、T2和T3 。I1 是通过位于零线和地之间的Y型电容CY1的电流。通常I1 在桥式整流器前就被限制，因此PWM IC无法检测。I2 是通过EMI电容C4的电流，
变压器冲击合闸试验 变压器冲击合闸试验。 1，变压器的冲击合闸试验不一定必须从高压侧进行，这与变压器的应用场合相关。一般此项试验是结合变压器投运运行的。由于我们使用的大部分是降压变压器，来电一方自然是高压侧，就只能从高压侧冲击。若对发电厂的升压变压器，来电方是在低压侧，就要从低压冲击了。对于有倒送电能力主变可从高压侧做。 一、变压器全压充电肯定会有励磁涌流，只是每一次的大小不相同而已。励磁涌流大小和剩磁、合闸角（非周期分量）因素有管！产生就是：电压最大达到一倍，磁通达到一倍，过饱和，电流骤增。 2，冲击试验的次数: 主变第一次投运前，应在额定电压下冲击合闸五次，第一次受电后持续时间应不小于10分钟，每次间隔大于5分钟。大修后主变应冲击三次；瓦斯下浮子在主变冲击合闸前就应投跳闸，冲击合闸正常，有条件时空载充电24小时；110千伏及以上变压器启动时，如有条件应采用零起升压；变压器的有载调压装置，应于变压器投运时进行切换试验正常，方可投入使用。 3，新变压器或大修后的变压器在正式投运前要做冲击试验的原因如下: 1）、检查变压器绝缘强度能否承受全电压或操作过电压的冲击。 （为什么切空载变压器会产生过电压？一般采取什么措施来保护变压器？ 理论上说，切除任何一个感性负载都会产生操作过电压； 因为感性负载存在电感L，通电的感性负载存在磁场Φ，也就有电磁能W，这是个不能跃变的参数（W＝1/2*L*I*I），当电流被切断时，电流不会瞬间变为0，这当中有个短暂的时间过程dt，根据法拉第电磁感应定律E=-LdI/dt，因为dt很小，就会在线圈中感应出一个很高的电压，这就是操作过电压；其值除与开关的性能、变压器结构等有关外,变压器中性点的接地方式也影响切空载变压器过电压。一般不接地变压器或经消弧线圈接地的变压器,过电压幅值可达4-4.5倍相电压,而中性点直接接地的变压器,操作过电压幅值一般不超过3倍相电压。这也是要求做冲击试验的变压器中性点直接接地的原因所在。 在中性点直接接地系统中，断开110∽330 千伏空载变压器时，其过电压倍数一般不超过 3.0Uxg，在中性点非直接接地的35千伏电网中，一般不超过4.0Uxg ，此时应当在变压器高压侧与断路器间装设阀型避雷器，由于空载变压器绕组的磁能比阀型避雷器允许通过的能量要小得多，所以这种保护是可靠的，并且在非雷季节也不应退出。）