電力變壓器繞組變形原因分析及測(cè)試方法

劉英環(huán)

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）26-0142-02

Abstract： The axial or radial deformation of power transformer winding will have a significant impact on its safe and stable operation， and even lead to malignant discharge accidents. Therefore， it is an important topic to analyze and test the cause of large-scale transformer winding deformation. In this paper， the manifestation， cause and test of the possible axial or radial size change of transformer winding under the action of mechanical or electrical force are discussed the test method is introduced in detail， which can be used for reference in the transportation， installation and operation of transformer.

Keywords： power transformer; winding deformation; test method

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(hù)提供方便可利用的電能，滿(mǎn)足用戶(hù)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(xiàn)裝置組成，器身是核心部件，鐵芯、繞組、絕緣結(jié)構(gòu)、引線(xiàn)、分接開(kāi)關(guān)集成在器身本體外殼內(nèi)，外殼內(nèi)充滿(mǎn)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(xiàn)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(chǎng)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(xiàn)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)樽冃危植糠烹娂觿。L(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(chǎng)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(chǎng)家采取相應(yīng)措施，以便滿(mǎn)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(xiàn)，即：F（f=l0kHz～1MHz）=201g（U2/U1），通過(guò)該曲線(xiàn)形態(tài)分析判斷繞組變形狀態(tài)。對(duì)于星形接線(xiàn)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(xiàn)的繞組依次測(cè)量AB，AC，BC的頻率響應(yīng)特性。

3.1.1 繞組變形判據(jù)

中、低頻部分（10～500kHz）的頻響曲線(xiàn)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(xiàn)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

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(kāi)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(xiàn)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(zhuān)用的測(cè)試線(xiàn)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(xiàn)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(mǎn)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(chǎng)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(lài)性高，沒(méi)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(chǎng)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(lài)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)。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司.十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施[Z].

[2]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DL/T911-2004.電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法[S].

[3]雷蕾.電力變壓器繞組變形的診斷[J].通信電源技術(shù)，2018（12）：212-213.