000kV晉東南一南陽(yáng)一荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程和向家壩一上海800kV特高壓直流輸電示范工程已經(jīng)成功投入運(yùn)行。特高壓交直流工程的成功建設(shè)和運(yùn)行為加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的智能電網(wǎng)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　000kV特高壓交流工程中電力變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、絕緣水平及絕緣試驗(yàn)中的特殊問(wèn)題，包括特高壓變壓器雷電沖擊試驗(yàn)波前時(shí)間延長(zhǎng)的問(wèn)題。分析了不同波前時(shí)間對(duì)特高壓變壓器絕緣水平的影響，指出應(yīng)在特高壓變壓器設(shè)計(jì)研制和試驗(yàn)中，考慮和重視雷電沖擊試驗(yàn)波前時(shí)間延長(zhǎng)所帶來(lái)的影響。

　　緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)雷電全波沖擊試驗(yàn)的波前時(shí)間為1.2（1±30°%）叫。目前，500kV及以下電壓等級(jí)變壓器高壓線端雷電全波沖擊試驗(yàn)的波前時(shí)間一般能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求；但是，在750和1000kV電壓等級(jí)變壓器上應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，高壓線端雷電全波沖擊試驗(yàn)的波前時(shí)間通常較長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)750kV變壓器試驗(yàn)的波前時(shí)間有的甚至達(dá)4叫左右，某些國(guó)家特高壓變壓器的實(shí)際試驗(yàn)波前時(shí)間約為5，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。因此特高壓變壓器高壓線端雷電全波沖擊試驗(yàn)波前時(shí)間延長(zhǎng)超限的問(wèn)題受到廣泛關(guān)注。

　　對(duì)于不同電壓等級(jí)的輸變電系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)中均明確規(guī)定了變壓器的雷電沖擊絕緣水平。雷電沖擊試驗(yàn)是考核變壓器絕緣強(qiáng)度的重要手段。變壓器繞組雷電沖擊特性設(shè)計(jì)以及波過(guò)程計(jì)算一般依據(jù)試驗(yàn)的耐受電壓幅值及其標(biāo)準(zhǔn)波形。全波沖擊電壓波前時(shí)間越長(zhǎng)，繞組各點(diǎn)對(duì)地比較大電位和比較大電位梯度也將有所降低，長(zhǎng)波前時(shí)間雷電全波沖擊試驗(yàn)不能嚴(yán)格考核驗(yàn)證按標(biāo)準(zhǔn)波前時(shí)間設(shè)計(jì)的雷電沖擊特性。為解決這一特高壓工程建設(shè)中面臨的實(shí)際問(wèn)題，在借鑒變壓器繞組波過(guò)程理論分析及結(jié)論的基礎(chǔ)上，結(jié)合雙繞組模型的低電壓沖擊測(cè)量實(shí)例對(duì)截波沖擊與全波沖擊作用下繞組的電位及梯度分布進(jìn)行了等價(jià)性分析和比較，得出截波沖擊試驗(yàn)可以彌補(bǔ)長(zhǎng)波前時(shí)間全波沖擊試驗(yàn)的缺陷，并建議對(duì)于例行試驗(yàn)的變壓器產(chǎn)品將截波沖擊試驗(yàn)作為長(zhǎng)波前時(shí)間全波沖擊試驗(yàn)的補(bǔ)充試驗(yàn)項(xiàng)目，從而完善特高壓變壓器雷電沖擊試驗(yàn)的順序。

　　1雷電沖擊試驗(yàn)順序規(guī)定的分級(jí)絕緣（末端接地）繞組，線端雷電全波沖擊試驗(yàn)是例行試驗(yàn)項(xiàng)目，截波沖擊試驗(yàn)是型式試驗(yàn)項(xiàng)目。

　　對(duì)于型式試驗(yàn)的變壓器產(chǎn)品，要求進(jìn)行線端雷電全波沖擊試驗(yàn)和截波沖擊試驗(yàn)。截波沖擊試驗(yàn)和全波沖擊試驗(yàn)合并成一個(gè)單一的型式試驗(yàn)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(duì)于例行試驗(yàn)的變壓器產(chǎn)品（該型產(chǎn)品已通過(guò)型式試驗(yàn)），線端只需進(jìn)行雷電全波沖擊試驗(yàn)。例行試驗(yàn)順序包括電壓為50%75%全試驗(yàn)電壓的一次沖擊及其后的三次全電壓的沖擊。

　　2波前時(shí)間及其影響因素分析變壓器典型沖擊試驗(yàn)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(fā)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?cái)嘌b置電容等的組合）。

　　變壓器典型沖擊試驗(yàn)回路一般地，波尾電阻R2遠(yuǎn)大于波前電阻Ri，此時(shí)，波前時(shí)間71可表示為考慮到?jīng)_擊電壓發(fā)生器的效率、試驗(yàn)?zāi)芰驮O(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，通常應(yīng)選擇沖擊電壓發(fā)生器的主電容C1與試品等效電容C2滿足5　　通常電力變壓器的沖擊入口電容為1 0002500pF，而特高壓變壓器由于電壓高、容量大，其高壓繞組沖擊入口電容大，根據(jù)，特高壓變壓器沖擊入口電容按5 000pF考慮。由于變壓器沖擊入口電容是一個(gè)常數(shù)，所以為得到符合要求的波前時(shí)間T1，只能減少波頭電阻R1.另一方面，由于試驗(yàn)回路尺寸大，使得設(shè)備本身和試驗(yàn)回路中的寄生電感大，若波頭電阻值過(guò)小，將使波形的波前部分產(chǎn)生嚴(yán)重的振蕩。較大的沖擊入口電容和寄生電感是造成雷電全波沖擊試驗(yàn)波前時(shí)間延長(zhǎng)的主要原因。

　　和振蕩是容許的，只要是其單個(gè)波峰的幅值不超過(guò)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 1094.42005指出：如果為了得到更小的波前時(shí)間（比較好仍是在規(guī)定的范圍內(nèi)），可允許其振蕩峰值和/或過(guò)沖值比GB/T16927.1規(guī)定的5%的電壓波形峰值大一些。此時(shí)，必須對(duì)振蕩峰值和波前時(shí)間同時(shí)兼顧。通常，即使將波前時(shí)間延長(zhǎng)到制造單位與用戶協(xié)商的極限值，也應(yīng)盡量使振蕩峰值不大于10%.在雷電沖擊試驗(yàn)過(guò)程中，為了得到標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)波形，常采用多種調(diào)波手段。從式（1）可知：增加沖擊電壓發(fā)生器主電容Q可改善波前時(shí)間。將沖擊電壓發(fā)生器改變接法，分成幾組并聯(lián)以增加試驗(yàn)回路主電容，這種調(diào)波手段在低電壓繞組試驗(yàn)時(shí)常常采用，但用于高電壓繞組則將難以滿足試驗(yàn)全電壓的要求。此外，根據(jù)從式（1）到式（2）的推導(dǎo)過(guò)程可知：當(dāng)G遠(yuǎn)大于C2時(shí)，增加沖擊裝置主電容G對(duì)波前時(shí)間71的改善效果并不大。還介紹了一種在試驗(yàn)回路中采用波前時(shí)間調(diào)整裝置的試驗(yàn)調(diào)波手段，在波前電阻上并聯(lián)電容，增加調(diào)波裝置以改善波前時(shí)間。

　　3繞組波過(guò)程理論分析及結(jié)論3.1繞組波過(guò)程為了掌握繞組中波過(guò)程的基本規(guī)律，通常分析直流電壓突然合閘于繞組簡(jiǎn)化等值電路的情況。變壓器繞組簡(jiǎn)化等值電路如所示。其中：忍為單位長(zhǎng)度的電感；Cs為單位長(zhǎng)度的縱向電容；Ce為單位長(zhǎng)度的對(duì)地電容。

　　變壓器繞組簡(jiǎn)化等值電路合閘瞬間繞組相當(dāng)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(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)很陡的沖擊波作用時(shí)，一般在10叫以內(nèi)變壓器繞組電感中電流很小，可以忽略。

　　對(duì)于均勻繞組，其穩(wěn)態(tài)電壓分布是均勻的。電壓從起始分布到穩(wěn)態(tài)分布的過(guò)渡過(guò)程具有振蕩性質(zhì)。理論定性分析表明：末端接地的繞組中，比較大電位出現(xiàn)在繞組首端附近；此外，繞組各點(diǎn)將在不同時(shí)刻出現(xiàn)比較大電位梯度，開(kāi)始首端出現(xiàn)比較大值，在振蕩過(guò)程中，靠近末端也出現(xiàn)很大的數(shù)值。

　　3.2波前時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)波過(guò)程的影響繞組內(nèi)的波振蕩過(guò)程與作用在繞組上的沖擊電壓上升速度有關(guān)。沖擊電壓波前時(shí)間越長(zhǎng)、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(wěn)態(tài)分布，所以振蕩發(fā)展較平緩，繞組各點(diǎn)對(duì)地比較大電位和比較大電位梯度也將有所降低；反之，當(dāng)陡波頭沖擊電壓作用時(shí)，繞組內(nèi)的波振蕩過(guò)程將很激烈。一般說(shuō)來(lái)，波頭越陡對(duì)變壓器縱絕緣沖擊梯度分布的要求越嚴(yán)格，對(duì)繞組匝間、段間絕緣的影響越嚴(yán)重，因此，波前時(shí)間延長(zhǎng)可能會(huì)對(duì)某些縱絕緣的考核偏松。

　　3.3截波作用對(duì)波過(guò)程的影響截波在繞組中將產(chǎn)生很大的電位梯度而危及繞組縱絕緣。實(shí)測(cè)表明：截波作用下繞組內(nèi)的比較大電位梯度將比全波作用時(shí)為大。因此，截波沖擊試驗(yàn)對(duì)繞組縱絕緣的考核較全波沖擊試驗(yàn)更為嚴(yán)格，而在振蕩過(guò)程中繞組各點(diǎn)在不同時(shí)刻出現(xiàn)的比較大電位梯度（包括梯度峰值與持續(xù)時(shí)間）對(duì)繞組縱絕緣的保護(hù)和設(shè)計(jì)是很重要的參數(shù)。當(dāng)全波波前時(shí)間延長(zhǎng)，全波梯度分布不能得到嚴(yán)格考核時(shí)，可考慮補(bǔ)充截波沖擊試驗(yàn)對(duì)截波梯度分布進(jìn)行嚴(yán)格考核。

　　截波波形的特征參數(shù)主要包括截?cái)嗵匦浴⒔夭ǚ逯岛徒財(cái)鄷r(shí)間。波前時(shí)間不是截波波形的特征參數(shù)，波前時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)截波特性的影響不是主要的。

　　實(shí)質(zhì)上，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的截波沖擊試驗(yàn)本身就是全波沖擊試驗(yàn)的補(bǔ)充，只是這種補(bǔ)充是在2種不同類型的標(biāo)準(zhǔn)波形之間的補(bǔ)充，并局限于高電壓等級(jí)變壓器的型式試驗(yàn)。在例行試驗(yàn)中，當(dāng)全波波前時(shí)間超限時(shí)，建議仍采用截波沖擊試驗(yàn)作為全波沖擊試驗(yàn)的補(bǔ)充。

　　綜上所述，特高壓變壓器高壓線端雷電沖擊試驗(yàn)具有波前時(shí)間延長(zhǎng)超限的特點(diǎn)。波前時(shí)間超限可能會(huì)對(duì)某些縱絕緣的考核偏松，而截波沖擊試驗(yàn)對(duì)繞組縱絕緣沖擊梯度的考核更加嚴(yán)格，因此，為了彌補(bǔ)波前時(shí)間超限，全波沖擊試驗(yàn)不能嚴(yán)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(yàn)作為全波沖擊試驗(yàn)的補(bǔ)充。

　　4截波的截?cái)嗵匦耘c電壓峰值4.1截波的截?cái)嗵匦詷?gòu)成應(yīng)使記錄的沖擊截波的跌落時(shí)間盡量短。截波過(guò)零系數(shù)不大于0.3；截?cái)嗟鋾r(shí)間一般不大于截波跌落時(shí)間不大于0.7叫的等值頻率一般不小于357kHz；與標(biāo)準(zhǔn)全波沖擊波前時(shí)間相對(duì)應(yīng)的等值頻率為160298kHz.由于測(cè)量上的實(shí)際困難，截波電壓跌落的持續(xù)時(shí)間并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。但與標(biāo)準(zhǔn)全波沖擊的波前上升速度比較，截波沖擊具有更陡的截?cái)嗵匦浴?p>　　4.2截波沖擊電壓峰值不同電壓等級(jí)變壓器繞組截波沖擊電壓峰值見(jiàn)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(tǒng)標(biāo)稱設(shè)備比較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(biāo)準(zhǔn)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(jià)性分析實(shí)際上由于繞組結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，為了求取不同波形的沖擊電壓作用下繞組各點(diǎn)對(duì)地電壓及各點(diǎn)間電位差隨時(shí)間的分布規(guī)律，完全依靠理論分析方法有時(shí)是不可能的，通常用瞬變分析儀在實(shí)體上進(jìn)行的試驗(yàn)或模擬試驗(yàn)來(lái)解決。

　　000kVA、110kV雙繞組變壓器的高壓繞組模型低電壓沖擊測(cè)量實(shí)例對(duì)截波沖擊與全波沖擊作用下繞組電位及梯度分布進(jìn)行比較。

　　全波波形參數(shù)為：波前時(shí)間為1.35叫；半峰值時(shí)間為45叫。截波波形參數(shù)為：預(yù)放電時(shí)間為2.5呷；過(guò)零系數(shù)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。

　　梯度電壓分布圖從可知：截波電位分布遠(yuǎn)低于全波電位分布（首端電位相等、尾部低電位處有極個(gè)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(jià)性。實(shí)際上，波前時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)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(jià)性。

　　從可知：在遠(yuǎn)離入波點(diǎn)處，截波梯度分布低于全波梯度分布（尾部有極個(gè)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(jià)性。實(shí)際上，波前時(shí)間乃的延長(zhǎng)對(duì)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(jià)性。

　　在靠近入波點(diǎn)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(shù)據(jù)比較見(jiàn)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(jià)性。實(shí)際上，當(dāng)波前時(shí)間乃延長(zhǎng)超限，表2中第（3）列全波梯度分布受到影響而得不到嚴(yán)格考核時(shí)，可通過(guò)補(bǔ)充截波沖擊試驗(yàn)由第（5）列截波梯度分布進(jìn)行考核。

　　性，分析了不同波前時(shí)間對(duì)特高壓變壓器絕緣水平的影響，并指出波前時(shí)間實(shí)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(cè)量結(jié)果線段電位梯度或油全波實(shí)測(cè)截波實(shí)測(cè)全波實(shí)測(cè)截波實(shí)測(cè)1.1倍截波折算道號(hào)百分?jǐn)?shù)/%絕緣，而半峰值時(shí)間主要影響繞組的主絕緣，半峰值時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)地絕緣承受的電壓越高。由于繞組結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，必要時(shí)，針對(duì)實(shí)體特高壓變壓器產(chǎn)品，其高壓繞組雷電全波沖擊試驗(yàn)波前時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)絕緣沖擊特性的實(shí)際影響還有待于進(jìn)行深入細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究。

　　6結(jié)論依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，雷電全波沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)波前時(shí)間為1.2（1±30%）叫。峰值附近的過(guò)沖和振蕩是容許的，只要是其單個(gè)波峰的幅值不超過(guò)峰值的5%.特殊情況下，必須對(duì)振蕩峰值和波前時(shí)間同時(shí)兼顧，盡量使振蕩峰值不大于10%. 000kV變壓器，在振蕩（過(guò)沖）幅值不超過(guò)施加電壓峰值10%的前提下，如果波前時(shí)間71仍超限，則建議：對(duì)于型式試驗(yàn)的變壓器產(chǎn)品，由于進(jìn)行雷電全波沖擊試驗(yàn)的同時(shí)要求進(jìn)行截波沖擊試驗(yàn)，全波沖擊試驗(yàn)波前時(shí)間超限不能嚴(yán)格考核變壓器縱絕緣沖擊梯度的缺陷，可以通過(guò)截波沖擊試驗(yàn)達(dá)到考核的目的。因此，雷電沖擊試驗(yàn)仍按截波沖擊試驗(yàn)和全波沖擊試驗(yàn)合并成一個(gè)單一的型式試驗(yàn)順序進(jìn)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(duì)于例行試驗(yàn)的變壓器產(chǎn)品（該型產(chǎn)品已通過(guò)型式試驗(yàn)），由于通常只要求進(jìn)行雷電沖擊全波電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)順序包括電壓為50%~75%全試驗(yàn)電壓的1次沖擊及其后的3次全電壓的沖擊。為了彌補(bǔ)波前時(shí)間超限，全波沖擊試驗(yàn)不能嚴(yán)格考核變壓器縱絕緣沖擊梯度的缺陷，可考慮在例行試驗(yàn)中引入截波沖擊試驗(yàn)作為補(bǔ)充例行試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)縱絕緣進(jìn)行嚴(yán)格考核。

　　例如：將2次全電壓的截波沖擊作為例行試驗(yàn)項(xiàng)目取代兩次全電壓的全波沖擊，此時(shí)，截波沖擊試驗(yàn)和全波沖擊試驗(yàn)合并成一個(gè)單一的例行試驗(yàn)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(yàn)順序參照IEEEC57.12.90（2006）規(guī)定的截波和全波合并的試驗(yàn)順序。

　　又如：為規(guī)范統(tǒng)一的截波沖擊和全波沖擊合并的試驗(yàn)順序，當(dāng)雷電全波沖擊波前時(shí)間超限時(shí)，可考慮對(duì)于例行試驗(yàn)的變壓器產(chǎn)品采用型式試驗(yàn)順序進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)考核。