電容式套管末屏接線法在繞組變形測試中的應(yīng)用研究

(國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

0 引 言

電力變壓器繞組因?yàn)槎搪饭收想娏鳑_擊、安裝過程中的意外沖撞等原因可能會(huì)受到機(jī)械力或電動(dòng)力的作用，從而發(fā)生軸向或徑向的尺寸變化，通常表現(xiàn)為繞組局部扭曲、鼓包或移位等特征，這就是變壓器的繞組變形[1-6]。

絕緣試驗(yàn)和油的試驗(yàn)都難以發(fā)現(xiàn)繞組變形，因此繞組變形構(gòu)成了潛伏性故障，從而產(chǎn)生電力變壓器安全運(yùn)行的隱患，鑒于變壓器繞組變形的潛伏性和危害性，必須積極開展變壓器繞組變形工作，預(yù)防事故的發(fā)生，確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行和繞組狀態(tài)的在控、可控。目前，國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司使用的繞組變形測試方法是頻率響應(yīng)法。常用的變壓器繞組變形頻率響應(yīng)的接線方法是掃描輸入信號接線夾子接在中性點(diǎn)套管首端即將軍帽上部的金屬部分，響應(yīng)輸出信號接線夾子接在高、中壓套管首端即將軍帽上部的金屬部分。

下面將介紹頻率響應(yīng)法的原理，提出用套管末屏接線取掃描輸出信號的新方法替代套管首端接線取掃描輸出信號的舊方法，對新舊兩種方法進(jìn)行基于二端口網(wǎng)絡(luò)的原理比較，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證用新方法代替舊方法的可行性即兩種方法測試結(jié)果具有一致性的對比關(guān)系。

1 常用的套管首端接線法原理分析

當(dāng)掃描輸入信號Vi接線端子接在中性點(diǎn)套管首端即將軍帽上部的金屬部分，響應(yīng)輸出信號Vo接在高、中壓套管首端即將軍帽上部的金屬部分時(shí)，繞組的等效網(wǎng)絡(luò)如圖1。

圖1 變壓器繞組的二端口等值網(wǎng)絡(luò)圖

在圖1中，Cg為繞組對地電容，Cb為套管對地電容，Ls為線圈每匝電感，Cs為線圈匝間縱向電容，Rs為繞組變形測試儀器掃描信號輸出電阻，R為繞組變形測試儀器的匹配電阻，Vi是掃描輸入信號，Vo是掃描輸出信號。 如果變壓器繞組發(fā)生了軸向、徑向尺寸變化等變形現(xiàn)象，勢必會(huì)引起圖1中網(wǎng)絡(luò)的Ls、Cs、Cg等分布參數(shù)的變化，導(dǎo) 致 傳 遞 函 數(shù)H(jω)的零點(diǎn)、極點(diǎn)分布發(fā)生變化，從而使得頻率響應(yīng)曲線發(fā)生變化。

2 通過套管末屏接線的繞組變形頻率響應(yīng)測試方法的初步分析

一般而言，掃描輸入信號Vi接線夾子接在中性點(diǎn)套管首端即將軍帽上部的金屬部分，響應(yīng)輸出信號Vo接線夾子接在高、中壓套管首端即將軍帽上部的金屬部分，與之相應(yīng)的變壓器繞組的等值網(wǎng)絡(luò)圖如圖1。

但如在500 kV變壓器上用以上方法進(jìn)行繞組變形頻率響應(yīng)測試，就會(huì)牽涉到以下問題：由于變壓器器身和高、中壓套管的高度，必須進(jìn)行高空作業(yè)，使用高架車來將掃描輸入信號Vi接線端子接在高壓套管將軍帽上部的金屬部分，并要有人攀爬中壓套管實(shí)現(xiàn)將掃描輸入信號Vi接線端子接在中壓套管將軍帽上部的金屬部分，這樣一來就帶來了高空作業(yè)的危險(xiǎn)點(diǎn)隱患，并增加了作業(yè)時(shí)間，降低了作業(yè)效率。如果能通過高、中壓套管末屏直接取響應(yīng)輸出信號Vo，則無疑不再需要高壓套管的高架車高空作業(yè)以及對中壓套管的攀爬，這樣就能減少危險(xiǎn)點(diǎn)，簡化現(xiàn)場操作過程，節(jié)約操作時(shí)間，提升工作效率。

變壓器套管是一個(gè)無感電容，響應(yīng)輸出信號Vo如不取自高、中壓套管首端即將軍帽上部的金屬部分而是直接取自高、中壓套管的末屏，這只是相當(dāng)于改變了高、中壓套管自身的無感電容Cb在變壓器等值網(wǎng)絡(luò)中的分布方式，與變壓器繞組并聯(lián)變成了與變壓器繞組串聯(lián)，而無源線性雙口網(wǎng)絡(luò)其它部分不發(fā)生任何變化，此時(shí)的雙口等值網(wǎng)絡(luò)如圖2。

圖2(通過套管末屏接線取掃描輸出信號)中二端口網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)曲線與圖1(通過套管首端接線取掃描輸出信號)中二端口網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)曲線相比到底會(huì)發(fā)生什么變化，能否通過用套管末屏接線取掃描輸出信號的新方法替代套管首端接線取掃描輸出信號的舊方法，將是下面通過試驗(yàn)研究的問題。

圖2 通過套管末屏取掃描輸出信號的變壓器繞組的二端口等值網(wǎng)絡(luò)圖

3 試驗(yàn)研究及分析

2013年5月，國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司變電運(yùn)檢中心電氣試驗(yàn)人員對某500 kV變電站某500 kV主變壓器的中壓側(cè)進(jìn)行了通過套管末屏接線取掃描輸出信號以及通過套管首端接線取掃描輸出信號兩種不同的接線方法進(jìn)行了頻率響應(yīng)法繞組變形測試，測試結(jié)果如圖3及圖4。

從圖3和圖4可以看出，在1到600 kHz的區(qū)段，圖2(通過套管末屏接線取掃描輸出信號)中二端口網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)曲線與圖1(通過套管首端接線取掃描輸出信號)中二端口網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)曲線相比只是沿著縱坐標(biāo)軸向下平移了一小段距離，但是二者的波形走向趨勢規(guī)律是完全一致的，可以建立起對照關(guān)系。因此在1到600 kHz的區(qū)段，用圖2即高、中壓套管末屏取掃描輸出信號的接線方法，而不是用圖1即通過高、中壓套管首端取掃描輸出信號的接線方法，絲毫不會(huì)影響對繞組變形的判斷和靈敏度。而繞組變形頻率響應(yīng)法的重點(diǎn)分析區(qū)段正是1到600 kHz[1]，在這個(gè)重點(diǎn)分析區(qū)段兩種接線方法各個(gè)極值點(diǎn)即波峰、波谷對應(yīng)頻率和對應(yīng)幅值具有一致性和對應(yīng)性的關(guān)系，因此用通過套管末屏接線取掃描輸出信號的接線方法替代通過套管首端接線取掃描輸出信號的接線方法具有顯著的現(xiàn)實(shí)性、可行性。

圖3 某500 kV主變壓器220 kV中壓側(cè)B相套管首端及末屏接線兩種方法測試結(jié)果比較(上部曲線為首段接線測試結(jié)果，下部曲線為末屏接線測試結(jié)果)

4 結(jié) 論

基于試驗(yàn)結(jié)果，用套管末屏接線取掃描輸出信號的方法替代套管首端接線取掃描輸出信號的方法具有顯著的現(xiàn)實(shí)性、可行性，推廣這種新工藝可以避免高空作業(yè)環(huán)節(jié)，減少危險(xiǎn)點(diǎn)，簡化現(xiàn)場操作過程，節(jié)約操作時(shí)間，提升工作效率。

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