主變繞組變形異常的分析與判斷

雷志勇， 史海青， 任 剛， 高世德， 霍亞俊

國網山西省電力公司 晉中供電公司 山西晉中 030600

1 變形異常情況

變壓器是電力系統中最關鍵的設備之一，變壓器發生故障往往可能造成電網的大面積停電，因此變壓器的故障預防工作至關重要[1-5]。預防變壓器突發故障是運檢工作的難點，國網晉中供電公司通過對一臺110kV主變繞組變形進行測試[6-7]，成功消除了一起變壓器重大隱患。

2016年3月17日，國網晉中供電公司對110kV 某變電站2號主變進行C類檢修，在進行頻率響應法繞組變形測試時發現，該變壓器繞組變形存在異常。2號主變的型號為SSZ11-50000/110，屬三相三繞組有載調壓變壓器，銘牌參數為(110±8×1.25%)kV/36.75kV/10.5kV，2008年7月投運。

2 頻率響應法繞組變形測試

頻率響應法繞組變形測試[8]靈敏度高、儀器操作簡單，但這一方法沒有明確的判據，無法定量判斷，只有通過頻率響應曲線的縱橫向比較才能進行合理判斷。

該主變頻率響應法測試數據如圖1～圖3所示。

圖1 2016年例行試驗高壓繞組三相頻率響應曲線

圖2 2016年例行試驗中壓繞組三相頻率響應曲線

圖3 2016年例行試驗低壓繞組三相頻率響應曲線

將圖1～圖3進行橫向比較，可以看出，高壓繞組三相頻率響應曲線的重合度較好，而中、低壓繞組頻率響應曲線在中頻段(100～600) kHz之間重合度較差，因此初步判定高壓繞組未發生變形，中、低壓繞組或已變形。

對中、低壓繞組的頻率響應曲線進行縱向比較，比較曲線選用2008年交接試驗所測得的數據。圖4至圖6為中壓繞組比較圖，圖7至圖9為低壓繞組比較圖。

圖4 2016年與2008年中壓A相測試數據比較圖

將2016年數據與2008年交接試驗數據進行縱向對比，可以看出，中壓繞組A相在中頻段存在較大差異，B相在(100～500) kHz之間波峰和波谷發生了明顯位移，C相圖譜重合度較好，僅450kHz附近有少量不重合；低壓繞組AB相圖譜重合度較好，僅 200kHz 附近有少量不重合，BC相在(200～300) kHz之間波谷幅值發生了明顯變化，CA相在(100～300) kHz 之間波谷發生了明顯位移。

圖5 2016年與2008年中壓B相測試數據比較圖

圖6 2016年與2008年中壓C相測試數據比較圖

圖7 2016年與2008年低壓AB相測試數據比較圖

圖8 2016年與2008年低壓BC相測試數據比較圖

通過上述對比可得出初步結論： 高壓繞組未發生變形，中壓繞組A、B相和低壓繞組A相發生了變形。

3 短路阻抗法繞組變形測試

變壓器繞組發生局部機械變形后，其內部的電感、電容等分布參數必然會發生變化。短路阻抗法通過測量繞組的短路阻抗等集中電氣參數，來判斷變壓器繞組是否發生變形[9-10]。變壓器繞組三相間的短路阻抗值差異一般均應小于2%。

該變壓器短路阻抗數據見表1。

圖9 2016年與2008年低壓CA相測試數據比較圖

最高分接高壓側對中壓側高壓側對低壓側額定分接高壓側對中壓側高壓側對低壓側中壓側對低壓側銘牌值11%19．42%銘牌值10．38%18．71%6．37%實測值11．28%19．1%實測值10．79%18．43%5．96%互差2．548%—1．65%互差3．96%-1．49%-6．44%

由表1可見，無論分接開關位于最高分接還是額定分接，高壓側對中壓側短路阻抗百分數測試值縱比互差均偏大，且額定分接時中壓側對低壓側短路阻抗百分數縱比互差也較大，而高壓側對低壓側數據在合格范圍內，因此分析為中壓繞組發生了變形。

4 電容分解法繞組變形測試

變壓器繞組的電容可在測量繞組介質損耗時同時測得，變壓器繞組的介質損耗測試是DL/T《393—2010輸變電設備狀態檢修試驗規程》的例行項目。對于該試驗項目，規程標準僅對介質損耗值作了要求，對被試品電容值差異范圍沒有規定。顯而易見的是，當變壓器發生局部機械變形時，變壓器繞組間的相對位置會發生變化，變形嚴重時會導致被試品電容值發生明顯變化。

根據三繞組變壓器繞組電容等值圖(圖10)，可以得到以下方程組：

(1)

圖10 三繞組變壓器繞組電容等值圖

該變壓器電容數據見表2。

表2 變壓器電容數據

由表2可見，中壓繞組對高低壓繞組及地的電容量與出廠值相比變化達到了21.13%，低壓繞組對高中壓繞組及地的電容量與出廠值相比變化達到了23%，判定測試值有異常。為確定異常部位，進行如下理論分析。

將表2中的繞組測試電容值代入式(1)，可解得各繞組間的電容量C1、C2、C3、C4和C5。解得的數據與出廠值見表3。

表3 繞組間電容值數據

分析表3可知，變化較大的是C2(中低壓繞組間電容)及C3(中高壓繞組間電容)，前者為正偏差，后者為負偏差。分析判斷為中壓繞組向低壓繞組方向發生了變形。

5 綜合分析及異常判定

查閱運行資料，發現該主變中壓側2015年發生了3次近區短路故障，可以肯定系統短路對主變中壓繞組形成了沖擊。

對該變壓器進行繞組直流電阻值、絕緣電阻值、繞組介質損耗等測試，測試數據均正常。

色譜試驗數據(表4)顯示主變無異常，可以判定主變繞組絕緣性能正常。

表4 主變色譜試驗數據 L/L

綜合以上分析，判定該變壓器中壓繞組A、B相向低壓繞組方向發生了變形，且故障類型為繞組扭曲或鼓包等局部變形。繞組變形后使繞組的匝間絕緣降低，并使機械強度下降,再次遭受過電壓或系統短路故障沖擊時極有可能發生主變故障，影響系統的安全運行。

6 吊心檢查及變形定位

基于上述判定，對該主變返廠進行吊心檢查。吊心檢查發現高壓繞組無明顯變形(圖11)；中壓繞組嚴重變形，A、B相繞組局部扭曲、鼓包變形(圖12)；A相低壓繞組由于中壓繞組嚴重變形導致無法分離，B、C相低壓繞組未發現明顯變形(圖13)。這一檢查結果印證了判定結論的正確性。

圖11 高壓繞組示意圖

圖12 中壓繞組示意圖

圖13 低壓繞組示意圖

7 防范主變故障的措施

通過對主變的變形測試及早發現了主變存在的安全隱患，防止了主變故障的發生，為防范主變故障提供了借鑒思路與措施。

(1) 繞組變形測試能夠在色譜異常之前發現主變的安全隱患，但繞組變形測試需要在主變停電后進行，因此今后可以在有停電條件的情況下及時組織開展繞組變形測試。

(2) 在繞組變形診斷過程中，結合頻率響應法、短路阻抗法、電容分解法等對變壓器的繞組變形進行分析和判斷，此外還可以結合繞組的直流電阻值測試、空載損耗試驗、局部放電試驗等更有效準確地對變壓器進行綜合判斷。

(3) 繞組變形診斷中，縱橫對比是重要的分析方法，應注重變壓器繞組變形測試數據的積累，在變壓器投入運行前或有條件停電的情況下，定期組織開展繞組變形測試，及時掌握變壓器繞組的運行情況。

8 結束語

近年來，隨著電網規模的不斷擴大，變壓器需承受的系統短路沖擊強度不斷增大，過電壓沖擊頻次也不斷增加，這些都可能導致主變繞組發生軸向或徑向尺寸變化。這些變形會使繞組的絕緣被破壞或機械強度下降，再次遭受過電壓或短路電流沖擊時主變或將損壞，影響系統的安全運行，因此及早掌握變壓器繞組的變形情況并加以防范對電力系統安全穩定運行具有重要的意義。

[1] 輸變電設備狀態檢修試驗規程： Q/GDW 1168—2013[S].

[2] 輸變電設備狀態檢修試驗規程： DL/T 393—2010[S].

[3] 國家電網公司.國家電網公司十八項重大反事故措施(修訂版)[Z].2011.

[4] 施祖銘，何延慶.輸配電設備發展現狀和發展趨勢簡要分析(上)[J].上海電氣技術，2008，1(1)： 49-55.

[5] 張偉航.220kV主變壓器運行中出現的問題及對策[J].上海電氣技術，2011，4(2)： 52-55.

[6] 電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導則： DL/T 1093—2008[S].

[7] 電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法: DL/T 911—2004[S].

[8] 趙家嶠，王道明.頻率響應法對變壓器繞組變形的測試與分析[J].科技信息，2011(27)： 748-749,804.

[9] 高朝霞，馬濤，王永兒，等.短路阻抗法結合頻響法診斷變壓器繞組變形的分析與應用[J].電力設備, 2006,7(12)： 32-34.

[10] 羅錚.兩項檢查變壓器繞組變形的試驗[J].高壓電器,2005，41(5)： 392-393.