黃道文

（廣東電網(wǎng)公司茂名供電局，廣東 茂名525000）

0 引言

變壓器是電網(wǎng)中最重要的設備之一，其在運行中經(jīng)常受到外部短路故障電流沖擊。根據(jù)多年統(tǒng)計，短路沖擊是導致變壓器故障的最主要因素。短路沖擊所導致的繞組變形是變壓器最嚴重的故障，在變壓器發(fā)生繞組變形之后，我們通常采取吊罩檢修處理，工程浩大，需要花費大量人力、物力。因此在變壓器遭受到短路沖擊后，提高故障診斷的準確率非常重要。油色譜分析、繞組變形測試、電容量測試、變比測量、直流電阻測試在反映變壓器繞組故障方面各有側(cè)重，可以相互印證，大大提高故障判斷的準確率。本文結(jié)合實例對上述診斷方法進行分析。

1 各種試驗方法效果分析

1.1 油色譜分析

大型電力變壓器一般都是用油來進行絕緣和散熱的，在變壓器運行時，變壓器油和其中的固體絕緣材料在熱和電場作用下老化分解出少量氣體，產(chǎn)氣速率很慢，當設備內(nèi)部故障時，就會加快這些氣體的產(chǎn)生速率，這是診斷故障存在與否和嚴重程度及發(fā)展趨勢的一個依據(jù)。

變壓器內(nèi)部不同性質(zhì)和類型的故障（過熱、放電、受潮）產(chǎn)生不同的特征氣體（基于氫、各種烴類和絕緣紙板纖維素分子有不同的化學鍵能），例如局部放電時總會有氫，較高溫度的過熱時總會有C2H4，而電弧放電總會有C2H2，因此，故障下產(chǎn)生氣體的成分是診斷故障性質(zhì)的重要依據(jù)。表1列出了不同故障類型對應的氣體組成，可以作為故障后初步判斷的基礎。

表1 變壓器故障類型與產(chǎn)生氣體組成

1.2 繞組變形測試

變壓器繞組發(fā)生變形后，一般采用的是頻率響應法。在較高頻率的電壓作用下，變壓器每個繞組均可視為一個由線性電阻、電感、電容等分布參數(shù)構(gòu)成的無源線性雙口網(wǎng)絡。如果繞組發(fā)生了軸向、徑向變形，繞組內(nèi)部的分布電感、電容等參數(shù)必然改變，導致其等效網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)的零點和極點發(fā)生變化，從而使網(wǎng)絡的頻率響應特性發(fā)生變化。頻率響應法能靈敏地反映繞組的電容和電感的變形。

頻率響應法靈敏度非常高，對繞組絕大多數(shù)故障均可以圖譜反映，但是不能很好地判斷繞組故障的嚴重程度。因此，頻率響應法可以用于繞組是否發(fā)生變形的初步判斷，至于發(fā)生何種變形、變形的嚴重程度則需要借助其他試驗項目進行綜合分析。

1.3 電容量測試

繞組的電容值直接反映了各個繞組間、繞組對鐵芯、繞組對箱體及地的相對位置和繞組的自身結(jié)構(gòu)等。變壓器出廠后，其各繞組電容量基本上是一定的。當變壓器遭受短路沖擊后，各級繞組無變形或變形輕微，其電容變化量很小，如果某側(cè)繞組變形嚴重，則其電容量變化較大。

電容量測試是利用介損測試儀器按常規(guī)方法測量電容，然后分解出繞組間或繞組對鐵芯和外殼的電容，根據(jù)其變化程度來判斷繞組是否發(fā)生變形，嚴重變形時會導致繞組電容值發(fā)生明顯變化。一般被測電容值與歷史數(shù)據(jù)相比差別大于10%時，繞組可能已經(jīng)發(fā)生中度變形；大于15%時，變壓器內(nèi)部可能存在嚴重變形。

在繞組受到?jīng)_擊后，由于變低短路電流最大（變低繞組的短路電流一般是變高、變中的十幾倍乃至幾十倍），變低繞組最容易受到?jīng)_擊而發(fā)生變形。在發(fā)生短路故障時，由于繞組繞向和結(jié)構(gòu)原因，發(fā)生較多的變形是變低繞組向內(nèi)（鐵芯部位）凹陷，外部繞組向外（油箱外殼）凸出，如圖1所示。

圖1 變壓器繞組變形圖

1.4 變比測試

變壓器變比測試是用來確定主變繞組線圈或線段的匝數(shù)是否符合要求，各分接的引線和分接開關連接是否正確的。在變壓器發(fā)生故障后，變比測試可以用來檢查是否存在匝間短路。總的來說，變比測試對于診斷分接開關觸頭燒蝕、匝間短路類故障比較有效，而對于判斷繞組整體移位或局部變形等情況效果不明顯。

1.5 直流電阻測試

繞組直流電阻測試可用于檢查繞組的焊接質(zhì)量和繞組是否匝間短路，檢查分接開關觸頭是否良好，引出線是否斷裂，多股導線并繞的繞組是否斷股，接線板連接頭是否連接良好。因此，測量直流電阻對于發(fā)現(xiàn)繞組是否發(fā)生斷股、脫焊、匝間開路、分接開關故障等有效，而對診斷繞組整體變形、匝／餅間的局部拉升／壓縮等效果不明顯。

2 事故案例分析

2010年9月11日，某站發(fā)生一起220kV主變低壓側(cè)短路事故，主變型號為 SFPSZ7－150 000／220，低壓側(cè)額定電流為3 200A，低壓側(cè)短路電流超過40 000A，短路電流超過額定電流的10倍。三側(cè)開關跳閘。事故后于9月12日進行主變試驗，試驗完畢后有以下試驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常：

2.1 油色譜分析

油色譜試驗數(shù)據(jù)如表2所示，從絕緣油的色譜分析可以看出，發(fā)生短路故障后，C2H2由0增長為16，H2也有一定的增長，其他氣體較為穩(wěn)定。絕緣油中出現(xiàn)C2H2說明發(fā)生電弧放電缺陷，問題比較嚴重，可能是由于絕緣結(jié)構(gòu)在高電應力作用下遭到破壞，從而導致放電，但是放電位置不確定。

表2 油色譜試驗數(shù)據(jù)

2.2 繞組變形測試（頻率響應法）

故障發(fā)生后，進行了頻率響應法測試，高、中壓繞組同故障前一致，且三相較為一致，而頻響法測得的事故后低壓繞組波形如圖2所示。

圖2 事故后變低繞組頻率響應波形

從上述繞組變形試驗數(shù)據(jù)可以看出，事故后ca繞組與ab、bc繞組明顯不一致，從而得知變低繞組發(fā)生明顯變形，由于中頻段（100～600kHz）反映的是局部變形，因此判斷繞組發(fā)生了局部的變形。

2.3 電容量測試

電容量測試發(fā)現(xiàn)電容量有較明顯的變化（表3），事故發(fā)生后，變中繞組對變高繞組、變低繞組及地的電容量減小了4.48%，而變低繞組對變高繞組、變中繞組及地的電容量增加了13.8%，增加較為明顯。分析主變繞組內(nèi)部結(jié)構(gòu)得出，事故發(fā)生后變低繞組向內(nèi)變形，變中繞組向外變形，從而導致變低繞組與鐵芯的距離減小，電容量增大；變中繞組與鐵芯及低壓繞組距離增大，電容量減小。

表3 電容量測試數(shù)據(jù)

2.4 直流電阻測試

繞組直流電阻測試數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 直流電阻測試數(shù)據(jù)

可以看到變低ab相電阻與2009年比有34%的增幅，遠超過規(guī)程要求。三相不平衡率也高達32.7%，超過規(guī)程規(guī)定的2%。由此可以判斷，低壓繞組可能發(fā)生了扭曲、斷股等變形。

2.5 試驗總結(jié)

在本次事故處理中，絕緣油色譜分析、繞組變形測試（頻率響應法）、電容量測試、直流電阻測試結(jié)果均出現(xiàn)異常，變比試驗未發(fā)現(xiàn)異常。這些試驗項目從各個方面反映了繞組的故障情況，通過綜合分析可以對故障情況得出一個比較確定的結(jié)論。在后來吊罩檢修時，發(fā)現(xiàn)低壓ca相繞組向鐵芯側(cè)凹陷比較明顯，繞組局部扭曲，且有斷股現(xiàn)象，與試驗數(shù)據(jù)所作出的判斷基本相符。

3 結(jié)論

通過理論分析和實際試驗情況可以看出，各種試驗項目的側(cè)重點不同，針對不同的故障形式和狀態(tài)的靈敏度也有差異：

（1）絕緣油色譜分析能靈敏反映變壓器內(nèi)部過熱、放電故障，但是無法確定故障部位，且當變壓器繞組發(fā)生變形但是沒有形成放電時，該方法不容易發(fā)現(xiàn)繞組變形。

（2）頻率響應法對繞組內(nèi)部變形測試效果較好，但對于具體為何種變形辨識比較困難，也較難確定變形的具體部位，單純采用頻響法不能很好地判斷變壓器繞組故障的嚴重程度。

（3）電容量法可以測出繞組不同部位的電容，通過電容變化判斷繞組的整體變形，對局部變形則不能靈敏反映。

（4）變比測試可以發(fā)現(xiàn)繞組是否存在匝間短路故障。

（5）直流電阻法可以測出繞組是否存在斷股、脫焊等現(xiàn)象，適用于診斷繞組局部缺陷。

對多種試驗項目的試驗數(shù)據(jù)進行綜合分析，可以大大提高變壓器繞組故障判斷的準確性，進而提高事故處理效率。

［1］靳淑云，孫繼成，董寶驊.變壓器繞組變形的狀態(tài)評估及有效預防變壓器短路事故發(fā)生的措施［J］.電力設備，2007（6）

［2］勇明，黃芬.變壓器繞組變形檢測和診斷方法論述［A］.第四屆江蘇省電機工程青年科技論壇論文集［C］，2009