一起110 kV變壓器繞組變形故障分析判斷及解體驗證

，， ， ，，琳凱(. 國網四川省電力公司綿陽供電公司，四川 綿陽 6000；.國網四川省電力公司電力科學研究院,四川 成都 6004)

0 引 言

電力變壓器是電力系統中最重要的設備之一，變壓器的安全穩定運行，關系到整個電網的穩定工作。而隨著中國城市化進程的加快，電動汽車、以電代煤等政策概念的推廣，也使社會對電力負荷的需求急劇增加。由于復雜的負荷情況，變壓器本身時刻承受著各種沖擊，如何利用有限的停電時間，精準對變壓器進行診斷，對電網的穩定運行有著重要意義。

據統計，繞組變形故障在變壓器故障中占有相當大的比例[1-2]。根據《國家電網公司十八項電網重大反事故措施(修訂版)》要求，110(66)kV 及以上電壓等級變壓器在出廠和投產前，應用頻率響應法和低電壓短路阻抗測試繞組變形以留原始記錄。國家電網公司企業標準Q/GDW 1168-2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》在變壓器的診斷性試驗項目中也對頻率響應及短路阻抗試驗做出了要求[3-4]。

1 異常主變壓器情況簡介

該主變壓器參數如表1所示，2008年5月出廠，2009年1月13日投入運行， 2015年5月13日例行檢查工作中發現試驗數據異常，其中壓側頻率響應、短路阻抗、變壓器繞組電容量等數據均出現了異常，經判斷繞組發生了變形的情況。

表1 主變壓器主要銘牌參數

1.1 頻率響應試驗

頻率響應試驗使用HV-RZBX型試驗設備進行，測試信號選取1～1 000 kHz范圍內。根據電力行業標準DL/T 911-2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法》計算的相關系數分析，對相關系數R與變壓器繞組變形程度關系做出規定如表2所示,同時規定1～100 kHz為低頻段，100～600 kHz為中頻段，600～1 000 kHz為高頻段。

表2 相關系數R與變壓器繞組變形程度關系

注：RL為曲線在低頻段內的相關系數;RM為曲線在中頻段內的相關系數；RH為曲線在高頻段內的相關系數。

測試數據顯示，高壓側各頻段曲線吻合度較高,中頻段曲線吻合度稍差，但是仍在合格范圍內，如圖1所示。

圖1 高壓側繞組頻率響應曲線

圖2 中壓側頻率響應曲線

中壓側頻率響應曲線顯示，整個中低頻段三相曲線的吻合度較差，通過相關系數的計算值發現，低頻段相關系數R21小于1.0，中頻段相關系數R21、R23均小于0.6，即在中壓側繞組的中、低頻段均存在明顯變形的跡象，如圖2所示。

表4 中壓側頻率響應曲線相關系數

低壓側曲線顯示，在曲線的50～400 kHz及550～700 kHz部分吻合度較低，分布于曲線的低頻段、大部分中頻段和高頻段的小部分。通過相關系數的計算顯示，低頻段R21小于1，有明顯變形現象；中頻段R21、R31、R32均小于1，有輕度變形現象，如圖3。

圖3 低壓側頻率響應曲線

表5 低壓側頻率響應曲線相關系數

低頻段出現異常，通常表明該繞組電感量發生了明顯變化，可能存在匝間或餅間短路情況；中頻段則反映出繞組分布電感和電容的變化，如出現異常通常預示繞組發生扭曲和鼓包等局部變形現象。

1.2 低壓短路阻抗試驗

高壓對中壓短路阻抗測試值為10.516%，出廠銘牌值為10.04%，初值差(銘牌值為初值,下同)為4.74%；高壓對低壓短路阻抗測試值為18.106%，出廠銘牌值為18.38%，初值差為-1.49%；中壓對低壓短路阻抗測試值為5.916%，出廠銘牌值為6.65%，初值差為-11.20%。高壓對中壓以及中壓對低壓測試數據與銘牌值誤差已經大于±2%，超出國家電網公司企業規程要求警示值。鑒于有中壓側參與的數據均出現異常，可初步判斷中壓側應存在變形情況。數據如表6所示。

表6 主變壓器短路阻抗測試數據

注：短路阻抗測試數據已經換算至75℃。

1.3 本體電容量及介損測試

相較于2010年6月測試數據，電容量變化較大，超過±5%時應該引起注意，而介損值變化率很小，基本可以忽略，詳見表7、表8。測試數據表明中、低壓側繞組出現了繞組位移現象，但是變壓器繞組并未出現能引起變壓器油過熱現象。

表7 主變壓器繞組電容量測試數據

表8 主變壓器繞組介損測試數據

1.4 中、低壓側直流電阻試驗

該變壓器中、低壓側的直流電阻值見表9。中壓側直流電阻三相線間互差小于2%，低壓側直流電阻三相相間互差小于1%，未見異常。

表9 中、低壓側直流電阻試驗數據

1.5 振動測試

振動測試中，在變壓器的兩面布置了28個測點，檢測點避開加強筋，垂直分布在1/3和2/3的位置,見圖4。利用變壓器振動檢測系統，分別采集1 s內的振動信號進行分析，發現在測點5、6，測點11、12以及測點19、20，測點25、26的振動聲紋特征存在明顯異常。

通過振動檢測分析，在異常測點所測信號頻譜的高頻分量增多，圖5為變壓器表面正常測點和異常測點的時頻分布差異，圖中可見，正常測點持續存在的為100 Hz和200 Hz分量；異常測點，除了100 Hz和200 Hz分量以外，還持續存在300 Hz和400 Hz分量，高頻分量增多且長時間持續存在。圖6為變壓器表面正常測點和異常測點的聲學指紋差異，可見正常測點變壓器的聲學振動指紋只有規則的兩圈，而異常測點，除了規則的兩圈之外，在外圍還有更多的指紋分布，差異明顯。由此可見，變壓器內部繞組存在一定程度的變形或松動，導致變壓器表面的振動聲學特征明顯異常。

圖4 變壓器的測點分布

圖5 變壓器表面正常測點和異常測點的時頻分布差異

圖6 變壓器表面正常測點和異常測點的聲學指紋差異

從檢測結果分析，變壓器表面一些部位的振動特征存在明顯區別，進一步印證內部繞組存在一定程度的變形。

2 試驗數據綜合分析

從頻率響應的情況來看，中、低壓測繞組均存在變形情況，中壓側繞組變形的程度可能要嚴重一些，短路阻抗測試的數據也表明，有中壓繞組參與的數據均出現了明顯異常；結合繞組電容量、介質損耗測試，中、低壓側繞組整體電容量變化較大，而所有介質損耗基本沒有變化；變壓器振動測試中，變壓器表面的振動聲學特征明顯異常，而變壓器表面的振動與變壓器繞組及鐵心的壓緊情況、位移及變形狀況密切相關；直流電阻值正常，油化試驗的各項例檢及跟蹤數據中亦無明顯異常，各種氣體成分產氣速率也都正常，可以排除繞組出現匝間或餅間短路及繞組燒損的情況。

綜合以上數據分析，可以認定該主變壓器繞組在外力作用下發生了比較明顯的變形，結合主變壓器歷史運行負荷較小，主變壓器中壓側(也可能有低壓側)繞組應可能是經受一次或數次短路電流沖擊，在巨大短路電流產生的電動力影響下，繞組線圈發生了結構上的形變，但未產生繞組過熱、短路、燒蝕等現象。

圖7 三相中壓側繞組變形情況

3 解體檢查

該變壓器解體吊罩后發現內部干凈程度較好，沒有可見的放電燒蝕痕跡，三相繞組及110 kV有載分接開關、35 kV無載分接開關外觀狀況良好。最外層高壓繞組線圈外觀良好，繞線線圈潔凈，形狀規則。高壓繞組取下后，發現中壓繞組線圈有非常明顯的鼓包和扭曲變形，但總體干凈，其中A、C相形變較嚴重，B相略輕，如圖7所示。

分離中低壓側繞組時，由于A、C相中壓側繞組變形比較嚴重，與內部低壓繞組互相擠壓，致使不能順利地將中低壓側分離，只有B相分離成功。B相低壓側分離后顯示有一些輕微的變形，應是受中壓側擠壓所致，如圖8所示。

圖8 B相低壓側繞組變形情況

解體結果表明，該變壓器應該為中壓側繞組遭受短路電流等大電流沖擊后，在強大的電動力作用下發生了明顯的變形，但是可能遭受沖擊電流過程時間較短，未形成短路過熱等過程。由于繞組變形存在積累效應，考慮到中低壓繞組已經嚴重變形并且已經互相擠壓，設備若繼續運行將很可能造成重大的電網事故。

這次通過對變壓器試驗數據的綜合判斷，及時判定變壓器內部存在繞組變形情況，并對產生變形的情況以及程度進行準確分析，有效避免了一起變壓器設備的潛伏性事故。

4 結 論

根據頻率響應試驗、低壓短路試驗、本體電容及介損試驗、中低壓側直阻試驗以及振動帶電檢測檢測的實驗結果，通過綜合分析判斷該變壓器繞組存在變形，并解體印證。通過上述變壓器繞組變形故障的判斷處理，發現在試驗中對于不合格的試驗結果，應從多個方面綜合分析，對后期檢修工作的開展具有指導意義。對于變壓器繞組狀態的評估分析試驗應重視現場檢測試驗的數據分析，才能為后期檢修工作提供有針對性和有效性的方案，從而降低檢修成本，維護設備和電網的健康穩定運行。

[1] 國家電網公司.輸變電設備狀態檢修試驗規程：Q/GDW 1168-2013[S].北京：中國電力出版社，2014.

[2] 國家能源局.輸變電設備狀態檢修試驗規程：DL/T 393-2010[S].北京：中國電力出版社,2010.

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