電容量變化在變壓器繞組變形診斷上的應(yīng)用

李鐵濱，楊俊海，武永亮，崔 明，閆 磊

（1.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司培訓(xùn)中心，長(zhǎng)春 130062；2.國(guó)網(wǎng)通化供電公司，吉林 通化 134001；3.國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司，長(zhǎng)春 130021；4.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021；5.華潤(rùn)電力（盤錦）有限公司，遼寧 盤錦 124012）

變壓器受到近區(qū)短路電流沖擊，繞組受到的電動(dòng)力比較大并且有累積作用時(shí)，常常發(fā)生繞組變形，需要進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［1］規(guī)定使用阻抗法。近年來，頻響法判斷變壓器繞組變形應(yīng)用比較多，不足之處在于受測(cè)試接線、環(huán)境等不確定因素影響較大，測(cè)試結(jié)果分析沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)界定。本文指出，變壓器本體繞組各部電容量受制于繞組的相對(duì)位置、形狀、距離，分析變壓器本體電容量變化可以及時(shí)準(zhǔn)確認(rèn)定變壓器繞組變形缺陷。

1 變壓器本體電容量測(cè)量接線

變壓器制造完成后，繞組的結(jié)構(gòu)被固定，繞組間絕緣介質(zhì)、繞組固體絕緣材料介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)ε均被固定，雙繞組變壓器高壓繞組對(duì)地電容量C3、一二次繞組間電容量C2、低壓繞組對(duì)地電容量C1也固定了。變壓器本體各部電容量高電壓試驗(yàn)方法測(cè)量接線見圖1。

電力設(shè)備的電容量由設(shè)備絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)決定。如果變壓器繞組間或繞組對(duì)地電容量發(fā)生變化，應(yīng)是結(jié)構(gòu)上包括繞組的形狀、繞組對(duì)地距離、繞組間距離發(fā)生變化。變壓器繞組電容量變化是變壓器繞組變形的一個(gè)特征。

2 現(xiàn)場(chǎng)變壓器繞組變形故障實(shí)例

a.JN66kV變電站2號(hào)主變故障。2012年2月13日，該SZ11－31500／66型主變運(yùn)行中連續(xù)受到2.77kA、4.52kA、5.4kA 3次故障電流沖擊，分別為主變二次額定電流的1.60倍、2.61倍、3.12倍。變壓器受到第2次、第3次短路沖擊后各進(jìn)行了高壓項(xiàng)目試驗(yàn)。頻響法繞組變形試驗(yàn)中，高壓繞組在頻率80～140Hz段三相波形重疊性不好，以B相、C相最為嚴(yán)重，低壓繞組頻響試驗(yàn)波形與基準(zhǔn)波形差異較大，懷疑變壓器一次繞組有變形，不能確定二次繞組存在變形。二次繞組對(duì)地電容量C1增大15.182%，應(yīng)為二次繞組變形。交流電壓試驗(yàn)一次繞組在試驗(yàn)電壓加至65kV時(shí)主絕緣擊穿。返廠解體檢查，變壓器一次繞組C相下端繞組輕微變形，低壓繞組c相從上至下均嚴(yán)重變形，繞組下部向斜下方變形嚴(yán)重并對(duì)應(yīng)于C相一次繞組變形位置。

圖1 變壓器本體電容量測(cè)試接線

b.SX66kV變電站1號(hào)主變故障。2013年7月17 日，該 SZ9－MZ－31500／63 型主變帶出全站24000kVA負(fù)荷（主變額定容量的77.6%），運(yùn)行29min時(shí)本體重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，主變一、二次斷路器跳閘。高壓試驗(yàn)判斷：該主變二次b相63.7%并繞導(dǎo)線熔斷、b相繞組端部股（匝）間短路、二次繞組對(duì)地絕緣擊穿。2011年該變壓器高電壓項(xiàng)目試驗(yàn)一次繞組對(duì)地電容量C3減小4.734%，二次繞組對(duì)地電容量C1增大28.870%，應(yīng)為二次繞組已發(fā)生嚴(yán)重變形。返廠解體檢查，變壓器一次繞組B相下部變形明顯，C相輕度變形，二次繞組各相均嚴(yán)重變形，其中b相繞組上數(shù)第1匝至第5匝嚴(yán)重?zé)龘p，a相繞組上、下部變形不在同一軸線上，認(rèn)定變壓器曾受到2次以上相當(dāng)于母線短路的近區(qū)短路電流沖擊，變壓器繞組變形是本次故障的直接原因。

c.CY66kV變電站1號(hào)主變故障。該主變2011年9月投入運(yùn)行，型號(hào)SZ11-40000／66。2013年7月22日，該主變例行試驗(yàn)，恢復(fù)送電當(dāng)天相繼受到3次近區(qū)短路電流沖擊，停電進(jìn)行診斷性試驗(yàn)。高壓診斷性試驗(yàn)項(xiàng)目中，空載短路損耗P0ab比P0bc大6.90%，短路c相損耗最小，變壓器二次c相股間短路；繞組變形頻響試驗(yàn)一次繞組、二次繞組100～300Hz低頻段三相曲線重疊較差，一次繞組650～730Hz高頻段C相曲線重疊較差，懷疑發(fā)生繞組變形；變壓器本體電容量比7月22日例行試驗(yàn)低壓繞組對(duì)地電容量C1增大56.236%，一、二次繞組間電容量C2減小12.283%，判斷二次繞組嚴(yán)重變形。返廠解體檢查，變壓器一次繞組目視檢查未見變形，二次繞組各相上部均發(fā)生明顯外突變形。

d.SL220kV變電站1號(hào)主變故障。2007年10月23日，該SFP7-370000／220型主變發(fā)生非同期并列，長(zhǎng)時(shí)間受大電流沖擊。做變壓器繞組變形頻響法試驗(yàn)，通過一次繞組頻響檢測(cè)到各相曲線重復(fù)性較差，測(cè)量低壓對(duì)高壓及地電容量增大13.350%，判定變壓器低壓繞組變形。解體檢查，變壓器一次各相繞組出現(xiàn)輕度變形，二次繞組各相均變形，c相變形嚴(yán)重。

3 變壓器高壓試驗(yàn)電容量變化分析

通過4起變壓器繞組變形實(shí)例可以看出，繞組變形相應(yīng)的變壓器本體電容量均發(fā)生了較大變化；雙繞組變壓器以低壓繞組變形居多，相應(yīng)的變壓器二次繞組對(duì)地電容量C1發(fā)生變化。JN變電站2號(hào)主變C1、C2電容量分別比交接試驗(yàn)增大15.182%、減小2.493%，對(duì)應(yīng)變壓器一次繞組C相下端繞組輕微變形，二次繞組c相從上至下均嚴(yán)重變形。SX變電站1號(hào)主變C1電容量比交接試驗(yàn)增大28.870%，C3電容量比交接試驗(yàn)減小4.734%，相應(yīng)的一次繞組B相、C相輕度變形，二次繞組各相均嚴(yán)重變形。CY變電站1號(hào)主變C1電容量一天時(shí)間增大52.144%，C2電容量減小12.283%，對(duì)應(yīng)二次繞組各相均明顯變形。SL變電站對(duì)變壓器未做C2電容量測(cè)量，無法計(jì)算變壓器各部電容量，與其他變電站變壓器的高壓對(duì)低壓及地、低壓對(duì)高壓及地兩組數(shù)據(jù)直接對(duì)比，低壓繞組對(duì)地電容C1變化應(yīng)超過15%。各變壓器受沖擊繞組發(fā)生變形后電容量變化分析數(shù)據(jù)見表1。

變壓器本體各部電容量變化和油色譜變化，可追溯出變壓器受短路沖擊的時(shí)間。數(shù)據(jù)分析，SX變電站1號(hào)主變2004年5月至2006年11月、2006年12月至2011年4月期間應(yīng)受過短路電流沖擊。經(jīng)調(diào)查，該主變2005年曾受到2次變電站10kV母線短路的短路電流沖擊，2009年前后再次受到短路電流沖擊。

2011年4月22日SX變電站1號(hào)主變?cè)囼?yàn)獲取的變壓器各部電容量分析，該變壓器二次繞組三相均出現(xiàn)嚴(yán)重變形。至2013年7月17日變壓器故障，該變壓器繞組嚴(yán)重變形狀態(tài)下運(yùn)行近15個(gè)月。

雙繞組變壓器繞組變形多發(fā)生在二次繞組，導(dǎo)致電容量C1增加。變壓器繞組各部電容量變化超過初值5%，宜作為繞組可能出現(xiàn)變形的注意值；變壓器繞組各部電容量變化超過初值10%，可作為判斷變壓器繞組發(fā)生中度變形的控制值；變壓器繞組各部電容量變化超過初值15%，可作為判斷變壓器繞組發(fā)生重度變形的控制值。

表1 發(fā)生繞組變形變壓器電容量變化數(shù)據(jù)分析

4 結(jié)束語

a.多起變壓器繞組變形故障實(shí)例證實(shí)，變壓器本體電容量變化分析對(duì)判定變壓器繞組變形清晰、直觀、準(zhǔn)確。標(biāo)準(zhǔn)［2］要求，測(cè)量繞組絕緣介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)，應(yīng)同時(shí)測(cè)量電容值，若此電容值發(fā)生明顯變化，應(yīng)予以注意。設(shè)備狀態(tài)檢修標(biāo)準(zhǔn)［3］給予變壓器繞組電容變化最高權(quán)重系數(shù)，繞組電容變化大于5%，扣40分，直接評(píng)價(jià)為嚴(yán)重狀態(tài)。

b.變壓器各部電容的變化，對(duì)應(yīng)于不同繞組的變形。利用變壓器繞組電容量變化判斷變壓器繞組變形程度，應(yīng)求解并使用單一電容量C1、C2、C3分析判斷。雙繞組變壓器一、二次繞組間電容C2變化是變壓器一次繞組、二次繞組發(fā)生變形共同作用結(jié)果，受結(jié)構(gòu)限制變化量比較小，C2電容量變化繞組變形判斷應(yīng)考慮兩側(cè)繞組。

c.變壓器如果結(jié)構(gòu)上不改變，本體電容量應(yīng)保持穩(wěn)定，但變壓器本體電容量在改變?cè)囼?yàn)接線、更換套管或分接開關(guān)后要發(fā)生變化。進(jìn)行變壓器本體電容量變化分析，應(yīng)考慮外界因素的影響。變壓器更換套管、分接開關(guān)或吊心檢查前后，應(yīng)核對(duì)本體電容量變化情況，后續(xù)試驗(yàn)參數(shù)以新的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的電容量進(jìn)行比對(duì)分析。

變壓器繞組變形導(dǎo)致變壓器各部電容量變化，應(yīng)在變壓器受到短路電流沖擊后核對(duì)各部電容量變化，配合短路阻抗試驗(yàn)、頻響試驗(yàn)等數(shù)據(jù)，綜合判斷變壓器繞組是否發(fā)生變形及繞組變形程度，可排除某些試驗(yàn)項(xiàng)目的誤判斷，為試驗(yàn)結(jié)論提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

［1］GB／T 1094.1—1996，電力變壓器 第一部分總則［S］.

［2］DL／T 393—2010，輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］Q／GDW 170—2008，油浸式變壓器（電抗器）狀態(tài)檢修導(dǎo)則［S］.