一起66kV變壓器繞組變形的短路故障診斷分析

李明霞,韓相武,生西奎,常 振

(1.國網(wǎng)延邊供電公司,吉林 延吉 133000;2.國網(wǎng)白山供電公司,吉林 白山 134300)

外部短路造成變壓器繞組變形,是變壓器運行過程中的常見故障。如果輕微變形不能及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù),在變壓器受到多次沖擊后,累積效應(yīng)也會導(dǎo)致變壓器的損壞;因此,在運行過程中,當變壓器經(jīng)歷了外部短路事故后,如何迅速快捷地檢測出變壓器繞組是否存在變形及變形程度,是保障變壓器安全運行的重要條件[1]。本文結(jié)合某66 kV變電站2號主變壓器繞組變形的多種試驗方法,對這些測試方法的優(yōu)缺點進行詳細討論。

1 故障后的試驗

1.1 繞組連同套管電容量及介質(zhì)損失因數(shù)試驗

某 66 kV變電站 2號主變壓器型號為 SZ11-31500/66;額 定電壓 (66± /8× 1.25%)/10.5 kV,額定電流275.6/1 732.1 A,2011年8月出廠。變壓器出廠后的各繞組電容量是一固定值,只要變壓器沒有受過短路沖擊,即使在有溫度、濕度影響的情況下,電容量變化也很小。出口短路的變壓器,繞組電容量若變化很大,說明繞組已經(jīng)變形;電容量變化不大,說明繞組沒有變形。2012年 10月 9日,對該變壓器進行繞組連同套管電容量CX及介質(zhì)損失因數(shù) tan Wt試驗,測試數(shù)據(jù)見表1,tanW為 tanWt換算到20℃時的值。

通過測試,發(fā)現(xiàn)高壓繞組對低壓繞組及地電容量與交接試驗數(shù)值變化率達到-7.91%;低壓繞組對高壓繞組及地電容量與交接試驗數(shù)值變化率達到7.24%。將測量結(jié)果換算為繞組本身的電容量,分析究竟是何部位存在異常(見表2)。其中低壓線圈對鐵心及地的電容量較交接時增大了 19%,說明低壓線圈受到短路力的擠壓,有向鐵心靠近的趨勢;另外,高壓和低壓繞組的對地電容量也變化明顯,繞組相互之間的電容量變化也很大。高壓繞組對地電容量變化不大,說明高壓繞組正常,無變形。

表1 變壓器短路沖擊前后試驗數(shù)據(jù)

表2 分解換算為繞組電容量后與交接試驗對比

1.2 短路阻抗試驗

變壓器短路阻抗的電抗分量即通常所說的變壓器漏電抗或短路電抗Xk,是繞組漏磁通的函數(shù),因此只要繞組發(fā)生位移或變形,Xk就會變化。由于在測試短路阻抗同時,無論是在額定電流下,還是在低壓小電流下,變壓器鐵心中磁通都不大,距磁通飽和相差很遠,因此Xk與施加的電壓和電流無關(guān)。當變壓器遭受短路電流沖擊后,可將測得的短路阻抗與投運前的數(shù)據(jù)相比較,參考標準為相對變化不超過2%,此外,測出的阻抗值還可與銘牌值進行比較。變壓器二次繞組短路,在變壓器一次加壓,所加電壓為216 V,測得短路阻抗值為 9.48%,銘牌值為9.09%,變化率達到4.29%。比較同一試驗儀器、同一測試方法測得的變壓器繞組的短路阻抗應(yīng)同前次比較:變化在 1%～2%,表明繞組變形無明顯變形;變化在 2%～4%,繞組變形比較明顯;大于4%應(yīng)將變壓器退出運行并查明原因[2]。

1.3 頻率響應(yīng)分析試驗

主變壓器交接時,曾保存有各繞組的頻率響應(yīng)特性曲線,將故障后的頻率響應(yīng)特性曲線與交接進度存留的數(shù)據(jù)進行比對,高壓繞組三相頻率響應(yīng)曲線的差別不大,吻合較好,而低壓繞組三相頻率響應(yīng)曲線的差別比較明顯,相關(guān)性差。所有與低壓w相繞組相關(guān)的測試結(jié)果均顯示有明顯異常,繞組頻率響應(yīng)指示 w相繞組明顯變形,2號主變壓器低壓繞組變形低頻段相關(guān)系數(shù)最低值為 0.86,規(guī)程規(guī)定低頻值大于0.6小于1應(yīng)為明顯變形[2],故可判定變壓器受短路電流沖擊后繞組變形。

1.4 油色譜試驗

對變壓器取樣進行色譜分析,發(fā)現(xiàn)事故后油中含有乙炔體積比為 12.46μL/L,總烴體積比為24.69μL/L,事故前總烴體積比 3.95μL/L,乙炔體積比為 0,經(jīng)診斷該變壓器內(nèi)部存放電性故障。

從表3可看出,2號主變壓器內(nèi)部已產(chǎn)生電弧放電。根據(jù)以上分析,可認為10 kV低壓w相繞組在受到短路電流沖擊后,致使繞組變形,部分繞組扭曲變形可能造成匝間、層間短路,并伴隨電弧放電。

2 返廠解體檢查情況

返廠吊罩進行解體檢查,高壓側(cè)繞組各部位外觀均無異?，F(xiàn)象。低壓側(cè)w相繞組嚴重變形,由于軸向電動力作用在鐵心結(jié)構(gòu)上,鐵心出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和變形。變壓器在遭受突發(fā)短路時,高低壓側(cè)都將受很大的短路電流,在斷路器來不及斷開的很短時間內(nèi),短路電流產(chǎn)生與電流平方成正比的電動力將作用于變壓器的繞組,此電動力可分為輻向力和軸向力。在短路時,作用在繞組上的輻向力將使高壓繞組受到張力,低壓繞組受到壓力。由于繞組為圓形,圓形物體受壓力比受張力更易變形,因此低壓繞組更易變形。在突發(fā)短路時產(chǎn)生的軸向力使繞組壓縮和使高低壓繞組發(fā)生軸向位移,軸向力也作用于鐵心和夾件,因此變壓器在遭受突發(fā)短路時,最容易發(fā)生變形的是低壓繞組,然后是高壓繞組、鐵心和夾件。

表3 變壓器取樣色譜及對比數(shù)據(jù)

3 結(jié)語及建議

a.繞組電容與繞組尺寸、相對位置、絕緣介質(zhì)相關(guān),繞組的等值電容量可直接反映出各繞組間、繞組對鐵心、繞組對箱體及地的相對位置和繞組的自身結(jié)構(gòu)。當繞組發(fā)生相對位移時,電容值改變,從而可判斷其是否有結(jié)構(gòu)變化,嚴重變形時會導(dǎo)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)生中度偏輕變形;大于 15%時,變壓器內(nèi)部可能存在繞組嚴重變形,應(yīng)立即做繞組變形測試、局部放電試驗,以確定該變壓器是否繼續(xù)運行。一般情況下,繞組中度變形的變壓器,無法承受住下一次出口短路的沖擊。

b.短路阻抗法由于有簡明、量化的判據(jù),每臺變壓器出廠時也都有短路阻抗的原始測試值可供比較,并且短路阻抗測試法對測試人員的專業(yè)水平要求不高,因而更易于現(xiàn)場實施和掌握,但是存在試驗電源容量大,試驗設(shè)備沉重等不利因素。

c.頻率響應(yīng)分析法在現(xiàn)場能靈敏地反映和檢測繞組變形故障,可在變壓器不吊罩情況下檢測出相當于短路阻抗變化0.2%或者軸向尺寸變化0.3%的繞組變形現(xiàn)象[3],但由于該方法受干擾因素很多,其診斷的不確定性很高。

綜上所述,對變壓器進行繞組變形測試時,應(yīng)對比多種測試手段,特別是利用低電壓阻抗測試和頻率響應(yīng)測試相結(jié)合,并和常規(guī)試驗的電容量測試互相驗證,可以使變壓器繞組變形測試和分析判斷更加完善和準確。

[1]韓愛芝.判斷變壓器繞組變形的簡單方法[J].變壓器,2003,(4):8.

[2]DL/T911— 2004,電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法[S].

[3]陳天翔 ,王寅仲,海世杰.電氣試驗 (第 2版)[M].北京:中國電力出版社,2011,118.