兩種繞組變形判別方法的應用分析

趙春芳，王世民，蔣大偉

(1.沈陽工學院信息與控制學院，遼寧 撫順 113122；2.國網錦州供電公司，遼寧 錦州 121000；3.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

電力變壓器是電力系統最重要的設備之一，變壓器的安全可靠運行是保障電力系統穩定的基礎。

電力變壓器在運輸或安裝過程中如果受到沖撞可能引起變壓器繞組的變形、繞組的整體移位或者引線受損甚至變形；在運行中可能遭受外部的雷電沖擊、近區短路沖擊，從而引發變壓器繞組嚴重的扭曲、鼓包或移位等，使絕緣水平下降，導致變壓器嚴重故障。目前繞組變形主要檢測方法有頻率響應分析法、低電壓阻抗法[1-4]。本文重點分析兩種檢測方法的原理、優缺點、具體過程，通過應用實例進行分析，為變壓器繞組變形檢測提供參考。

1 低電壓阻抗法

1.1 原理

變壓器繞組之間、繞組與油箱之間的空隙等是變壓器漏磁通的通路，如果繞組發生變形，可導致漏磁磁路發生變化，磁路變化會對漏磁大小產生影響[5]。由于短路電抗工頻電壓下近似線性，可用較低的電流和電壓間接測量短路電抗。低電壓阻抗法原理接線如圖1所示。

1.2 判斷標準

依據文獻[6-7]，采用縱橫比較的方法判斷繞組變形情況，具體判斷標準見表1。

圖1 低電壓阻抗法原理接線圖

表1 低電壓阻抗法縱橫比標準 %

1.3 實例分析

1.3.1 故障情況

主變型號：OSFPS7-150000/220，接線組別：YNa0yn0，出廠日期：1991年1月，投運日期：1991年6月。

2002年3月19日，某線路因外力破壞造成B相接地，1.13 s后轉為A、B相接地故障，2.03 s后C相接地，2.08 s后故障切除。主變壓力釋放閥動作噴油，因直流電阻、油色譜等試驗項目無異常，主變投入運行。

2006年6月20日，主變進行試驗時僅發現本體電容量和繞組變形試驗數據異常。

a. 主變本體電容量試驗

2006年試驗數據與2000年預試相比，高中壓繞組對低壓繞組及地電容量誤差為+12.2%；低壓繞組對高中壓繞組及地電容量誤差為+13.5%。

b. 低電壓阻抗試驗

低電壓阻抗試驗存在明顯異常，數據見表2。

表2 某主變低電壓阻抗法試驗數據

1.3.2 繞組變形情況分析

根據自耦變結構和漏磁分布，低壓繞組變形對高—中短路阻抗無影響，中壓(公共)繞組變形對高—低短路阻抗有較大影響，繞組結構布置如圖2所示，繞組漏磁分布如圖3所示。根據高—中數據分析，A、B相繞組可能存在嚴重的向內變形。

圖2 繞組結構圖

圖3 漏磁分布

1.3.3 解體

a. 高壓繞組。三相圍屏解開后，高壓繞組本身未見明顯變形跡象。

b. 中壓繞組。三相中壓繞組均有不同程度的變形，B相最嚴重，如圖4所示，A相次之，C相變形程度最小。

圖4 B相中壓繞組

c. 低壓繞組。A相低壓繞組發生變形，如圖5所示，B、C相未見明顯變形。

圖5 A相低壓繞組

由于高—中短路電抗數據的影響，除C相中壓繞組外，其余繞組解體結果與低電壓阻抗試驗分析結果基本一致。

2 頻率響應分析法

2.1 原理

在較高頻率的電壓作用下，電力變壓器的每個繞組均可看作由分布參數組成的無源線性二端口網絡，每個繞組對應的二端口網絡參數是確定的，若繞組發生變形，傳遞函數發生變化。

2.2 判斷方法及標準

2.2.1 判斷方法

橫向比較法是通過對比變壓器同一電壓等級的三相繞組幅頻響應特性來判斷繞組是否變形；縱向比較法是通過對比同一臺變壓器、同一繞組、同一分接開關位置、不同時期的幅頻響應特性來判斷繞組是否變形。

2.2.2 判斷標準

幅頻響應特性曲線中的波峰或波谷分布位置及分布數量的變化，是分析變壓器繞組變形的重要依據。具體判斷如表3所示。

表3 頻響法繞組變形的判斷標準

2.3 實例分析

2.3.1 主變情況

主變為1996年產SFPSZ9-180000/220型產品。本次故障前，在2009—2016年期間，1號主變66 kV側共遭受短路沖擊5次。

2.3.2 故障過程

2017年4月24日08:50:15.821，主變 66 kV出線3左、右線遭受雷擊，距離I段、過流I段保護動作，重合成功；出線3左、右線斷路器跳閘40 ms后，主變大差、小差比率差動保護動作，跳開主二次斷路器，同時通過遠跳裝置跳開500 kV線路的斷路器。主變所代66 kV Ⅱ母線停電，66 kV Ⅰ母線被轉代，正常運行中。

2.3.3 主變現場檢查

油位正常、壓力釋放閥未動作、周邊未發現新油跡、外絕緣未發現閃絡痕跡、瓦斯繼電器內未見氣體。

2.3.4 繞組變形試驗

對繞組開展頻率響應法變形試驗，試驗波形如圖6—圖8所示。

圖6 高壓繞組變形試驗結果

圖7 中壓繞組變形試驗結果

圖8 低壓繞組變形試驗結果

2.3.5 繞組變形分析

a.f=1 Hz，C相高、中、低的幅值都較上次試驗及本次試驗A、B相幅值大；

b. 10 Hz

c. 100 Hz

d. 100 Hz

綜上所述，C相中壓和低壓繞組變形的可能性最大，可能存在鼓包、匝間短路。

2.3.6 解體分析

a. A、B、C三相高壓繞組沒有發生變形；

b. 中壓C相繞組發生縱向貫穿性鼓包變形且繞組上部第20—31層繞組散落，發生匝間短路，并至少有7股導線熔斷，如圖9所示;

c. 中壓B相繞組上部第28—78層發生明顯鼓包變形，如圖10所示。

圖9 主變中壓C相變形

圖10 主變中壓B相變形

3 頻率響應法與低電壓阻抗法的對比分析

頻率響應法和低電壓阻抗法的優缺點如表4所示。

表4 頻率響應法與低電壓阻抗法的對比分析

4 結論

a. 頻率響應法判別繞組變形故障具有靈敏度高、測試儀器輕便等優點。但由于采用高頻弱電測試方法，其測試結果易受到各種干擾因素的影響；為了判別的準確性，建議每次測試都采用同廠家同型號的試驗設備；該方法對歷史數據依賴性高，如果沒有歷史數據無法進行縱向比較。

b. 低電壓短路阻抗法受測試環境影響小，具有簡潔明確的診斷標準，對測試設備的依賴性不高。但該方法具有試驗設備笨重，不能準確判定繞組變形位置等缺點。

c. 鑒于頻率響應法和低電壓短路阻抗法已擁有成熟的應用經驗，且相關標準也已頒布，建議現場檢測時，應將兩種檢測方法的判斷優點有機結合，以便提高判斷準確性。

d. 為了更準確判斷變壓器繞組變形情況，還需結合現場油色譜分析結果、電容量大小及變化情況等綜合分析。

參考文獻：

[1] 孫 翔，何文林，詹江楊，等.電力變壓器繞組變形檢測與診斷技術的現狀與發展[J].高電壓技術，2016，42(4)：1 207-1 220.

[2] 秦家遠，劉興文，申積良.電力變壓器頻率響應分析法綜述[J].湖南電力，2009，29(4)：60-62.

[3] 何 平，文習山. 變壓器繞組變形的頻率響應分析法綜述[J].高電壓技術，2006,32(5)：37-41.

[4] 張曉鵬.變壓器繞組變形測試分析[J].東北電力技術，2004，25(12)：16-18.

[5] 胡 海，鄧 勇，張 原.變壓器短路阻抗解析表達式在繞組變形診斷中的應用[J].變壓器，2015，52(8)：28-31.

[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].