電力變壓器繞組變形及測(cè)試方法分析

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摘要：電力變壓器繞組軸向或徑向變形會(huì)對(duì)其安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生重大影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致惡性放電事故，因此對(duì)大型變壓器繞組變形原因分析和測(cè)試是一個(gè)重要課題，文章通過(guò)對(duì)變壓器繞組在機(jī)械力或電動(dòng)力作用下可能發(fā)生軸向或徑向尺寸變化的表現(xiàn)形式、產(chǎn)生原因及測(cè)試方法進(jìn)行了闡述詳細(xì)介紹了繞組變形的測(cè)試方法，對(duì)變壓器的運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；繞組變形；測(cè)試方法

1概述

變壓器在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它利用電磁感應(yīng)原理，把輸入的交流電電壓升高或降低為同頻率的交流電輸出，當(dāng)電壓升高時(shí)，有利于電能傳輸，降低損耗，提高經(jīng)濟(jì)性；電壓降低時(shí)，為用戶提供方便可利用的電能，滿足用戶需求。大型電力變壓器一般為油浸式，主要由器身、油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置、出線裝置組成，器身是核心部件，鐵芯、繞組、絕緣結(jié)構(gòu)、引線、分接開關(guān)集成在器身本體外殼內(nèi)，外殼內(nèi)充滿變壓器油，起到散熱和絕緣的作用。電力變壓器在運(yùn)輸、檢修、運(yùn)行過(guò)程中，遭受機(jī)械外力、電動(dòng)力時(shí)，可能導(dǎo)致繞組發(fā)生變形，變壓器繞組發(fā)生變形后繼續(xù)運(yùn)行屬于帶隱患運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生線路過(guò)電壓或短路電流沖擊時(shí)，誘發(fā)放電故障，甚至發(fā)生短路現(xiàn)象，造成電網(wǎng)事故。因此，在變壓器交接試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)加強(qiáng)繞組變形測(cè)試十分必要。

2繞組變形原因分析及預(yù)防措施

2.1繞組變形原因

（1）變壓器繞組受外力沖擊。新出廠的變壓器在運(yùn)輸、就位、安裝過(guò)程中，不可避免的要受到外力影響，例如，運(yùn)輸、就位時(shí)發(fā)生碰撞或較大幅度傾斜；安裝時(shí)內(nèi)部鉆檢或吊罩檢查，工器具、機(jī)械的碰撞等，都將導(dǎo)致繞組發(fā)生損壞和變形現(xiàn)象。（2）運(yùn)行過(guò)程中受短路電流沖擊。短路電流沖擊是導(dǎo)致變壓器繞組變形的主要原因之一，特別是在近變壓器本體短路，繞組經(jīng)過(guò)的短路電流數(shù)值很大，使其遭受巨大的電動(dòng)沖擊力，由于電流的熱效應(yīng)，導(dǎo)致繞組溫度迅速升高，導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度迅速下降，最終將導(dǎo)致變壓器繞組發(fā)生變形。（3）保護(hù)系統(tǒng)存在死區(qū)或動(dòng)作失靈。變壓器配有二次保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，切除故障，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大，但有時(shí)保護(hù)存在死區(qū)或保護(hù)拒動(dòng)，不能立即切除故障，使變壓器長(zhǎng)時(shí)間受到短路電流作用，最終導(dǎo)致繞組發(fā)生變形直至燒毀。（4）自身缺陷。變壓器繞組由于自身設(shè)計(jì)、制作的缺陷，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，承受力差，在短路電流沖擊下，將導(dǎo)致繞組發(fā)生變形。

2.2變壓器繞組變形的防范措施

變壓器繞組尺寸發(fā)生變化后，一般不會(huì)立刻發(fā)生事故，但變形部位的絕緣已破壞減弱，當(dāng)再次受到過(guò)電壓或短路電流沖擊時(shí)，極易造成絕緣擊穿，引發(fā)事故；即使在正常運(yùn)行情況下，也有可能因?yàn)樽冃?，局部放電加劇，長(zhǎng)時(shí)間作用而導(dǎo)致絕緣擊穿，引發(fā)突發(fā)事故。因此，變壓器在制造、安裝、運(yùn)行過(guò)程中，要對(duì)繞組進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)和測(cè)試，盡量減少因變壓器繞組變形引發(fā)的電力系統(tǒng)事故。（1）變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮運(yùn)行環(huán)境、電網(wǎng)短路電流參數(shù)等各種因素，提高變壓器抗短路能力。繞組纏繞由熟練的技術(shù)工人進(jìn)行，保證繞組的間隙、松緊度一致。（2）變壓器運(yùn)輸時(shí)，本體加裝三維沖撞記錄儀，以檢測(cè)運(yùn)輸過(guò)程中是否受到外力沖擊。運(yùn)輸時(shí)速、道路坡度應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行廠家技術(shù)要求，特殊地理位置安裝的變壓器，采購(gòu)時(shí)應(yīng)明確告知當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)輸情況，以便廠家采取相應(yīng)措施，以便滿足運(yùn)輸要求。（3）變壓器的保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該完善，不留死區(qū)，目前220kV及以上電壓等級(jí)變壓器，一般配置兩套不同原理的保護(hù)裝置，確保發(fā)生故障時(shí)，能夠快速動(dòng)作，切除故障。

3繞組變形測(cè)試

變壓器繞組發(fā)生變形后，通過(guò)絕緣油的試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)很難發(fā)現(xiàn)，因此有針對(duì)性的對(duì)變壓器繞組進(jìn)行變形測(cè)試，能夠較準(zhǔn)確的判斷繞組是否變形和變形的程度，從而采取相應(yīng)措施，為變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，減少系統(tǒng)故障。變壓器繞組變形測(cè)試方法目前主要有三種：頻率響應(yīng)法、低電壓短路阻抗法和綜合測(cè)試判斷法。

3.1頻率響應(yīng)法

利用電壓頻率調(diào)節(jié)試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)變壓器每一繞組的單端施加一系列特定頻率的信號(hào)，依次測(cè)量其響應(yīng)端電壓U2和激勵(lì)電壓U1，獲取其幅頻響應(yīng)曲線，即：F（f=l0kHz～1MHz）＝201g（U2/U1），通過(guò)該曲線形態(tài)分析判斷繞組變形狀態(tài)。對(duì)于星形接線的變壓器繞組依次測(cè)量OA，OB，OC的頻率響應(yīng)特性，對(duì)于三角形接線的繞組依次測(cè)量AB，AC，BC的頻率響應(yīng)特性。中性點(diǎn)引出變壓器測(cè)試接線示意圖如圖1所示。

3.1.1繞組變形判據(jù)中、低頻部分（10～500kHz）的頻響曲線中諧振點(diǎn)變化可以靈敏地反應(yīng)變壓器繞組斷股、鼓包、扭曲、餅間錯(cuò)位等變形情況；高頻部分（500kHz以上）能反應(yīng)出繞組的位移情況。對(duì)于110kV及以上電壓等級(jí)變壓器頻響曲線的高頻部分，由于影響因素較多，在進(jìn)行判斷時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)注意中、低頻部分，高頻部分作為必要時(shí)的參考。

3.1.2變形程度判斷變壓器繞組發(fā)生變形后，還需要判斷變形程度。變形程度按上述定義劃分為正常繞組、一般變形、嚴(yán)重變形三種，見表1。

3.1.3測(cè)試時(shí)注意事項(xiàng)（1）測(cè)試變壓器繞組的頻率響應(yīng)特性時(shí)應(yīng)確保每次測(cè)試時(shí)分接開關(guān)均處于同一位置（一般選額定分接），以便對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行前后對(duì)比。（2）變壓器套管母線對(duì)地雜散電容是不固定的，為得出準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，測(cè)試時(shí)，變壓器應(yīng)與電網(wǎng)完全脫離。（3）為防止變壓器繞組中靜電電荷損壞測(cè)試儀器，繞組變形測(cè)試需在直流試驗(yàn)項(xiàng)目之前進(jìn)行，如已進(jìn)行相關(guān)直流試驗(yàn)項(xiàng)目，必須對(duì)繞組進(jìn)行充分放電。（4）測(cè)試時(shí)使用專用的測(cè)試線纜，并且與變壓器繞組可靠連接，減小接地電阻。（5）測(cè)試時(shí)，試驗(yàn)儀器應(yīng)可靠接地，應(yīng)聯(lián)接在變壓器鐵心接地處，接地線盡可能短且不應(yīng)纏繞，試驗(yàn)電源應(yīng)采取增加隔離變壓器的措施。

3.2低電壓短路阻抗法

當(dāng)負(fù)載阻抗為零時(shí)，變壓器的電抗分量就是繞組的漏電抗，由繞組的幾何尺寸決定，當(dāng)變壓器繞組發(fā)生變形后，會(huì)引起短路阻抗值的改變。

3.2.1測(cè)量原理漏電感Lk的大小與繞組位移、變形相關(guān)；短路阻抗Zk、短路電抗Xk都是Lk的函數(shù)；對(duì)一臺(tái)變壓器而言，當(dāng)繞組發(fā)生變形、幾何尺寸發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起Lk的變化，因此，對(duì)Zk、Xk相應(yīng)的變化量進(jìn)行分析判斷可以得知反應(yīng)繞組變形的情況。

3.2.2變形判斷變壓器繞組之間、繞組內(nèi)部與油箱之間的空間等是變壓器漏磁通的通路，當(dāng)變壓器繞組發(fā)生故障后，漏磁磁路可能發(fā)生變化，磁路的變化直接影響漏磁大小，具體如下：（1）當(dāng)短路阻抗的變化量為正偏差時(shí)，說(shuō)明兩繞組間的漏磁空道變大，可以判斷兩繞組間的距離變大。（2）當(dāng)短路阻抗的變化量為負(fù)偏差時(shí)，說(shuō)明兩繞組間的漏磁空道變小，可以判斷兩繞組間的距離變小。變壓器的漏磁電抗可以反映出繞組的變形、位移及匝間短路等情況。變壓器在運(yùn)輸過(guò)程中和投運(yùn)后，很可能受到機(jī)械力和電動(dòng)力沖擊，通過(guò)測(cè)量沖擊前后短路電抗值的變化，可以判斷繞組是否發(fā)生變形。

3.2.3測(cè)試時(shí)注意事項(xiàng)（1）測(cè)試時(shí)，一般低壓側(cè)短路，高壓側(cè)加壓，這樣試驗(yàn)電流小，容易滿足條件，并且測(cè)量的高壓側(cè)阻抗電壓數(shù)值大，相對(duì)準(zhǔn)確。（2）銘牌上的短路電壓Uk%是75℃時(shí)的計(jì)算值，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)溫度達(dá)不到75℃，結(jié)果往往比銘牌值小，必要時(shí)進(jìn)行換算。（3）分接位置對(duì)測(cè)試結(jié)果有較大影響，測(cè)試時(shí)，一般置于最高分接位置，以便測(cè)試結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)變壓器銘牌或出廠試驗(yàn)報(bào)告中，明確了短路阻抗值測(cè)試時(shí)的分接位置，后續(xù)測(cè)試應(yīng)處于同一分接。

4結(jié)論

頻率響應(yīng)法測(cè)試變壓器繞組變形試驗(yàn)儀器簡(jiǎn)單、易操作，靈敏度高，但該方法是采用高頻弱電測(cè)試方法，測(cè)試結(jié)果容易受到外界因素干擾，對(duì)歷史數(shù)據(jù)依賴性高，沒有歷史數(shù)據(jù)將無(wú)法進(jìn)行縱向比較，同時(shí)每次測(cè)試時(shí)盡量采用同廠家、同型號(hào)儀器進(jìn)行。低電壓短路阻抗法測(cè)試受外界影響小，數(shù)據(jù)可信度高，具有簡(jiǎn)潔明確的診斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)測(cè)試儀器依賴性低，但試驗(yàn)設(shè)備笨重，試驗(yàn)重復(fù)性差，同時(shí)不能準(zhǔn)確判斷繞組變形具體位置。針對(duì)兩種測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)及近些年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，目前110kV及以上變壓器交接試驗(yàn)、預(yù)試時(shí)均采用兩種方法測(cè)試，留有原始數(shù)據(jù)，以便發(fā)生短路事故時(shí)，能夠更準(zhǔn)確的判斷變壓器繞組變形情況，為變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)。

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作者：劉英環(huán) 單位：中國(guó)電建集團(tuán)河北工程有限公司