測(cè)量變壓比判別變壓器繞組故障的不確定性

楊俊海，馬 記，周 航，李鐵濱

（1.國網(wǎng)通化供電公司，吉林 通化 134000；2.國網(wǎng)吉林供電公司，吉林 吉林 132001；3.國網(wǎng)長春供電公司，長春 130021；4.國網(wǎng)吉林省電力有限公司培訓(xùn)中心，長春 130062）

變壓器主保護(hù)動(dòng)作跳閘后，檢查變壓器是否存在繞組故障至關(guān)重要。高電壓試驗(yàn)方法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)把變壓器變壓比測(cè)量作為檢測(cè)變壓器是否存在繞組故障的主要試驗(yàn)項(xiàng)目，通過4個(gè)變壓器繞組故障典型案例，證明受變壓器繞組故障位置、繞組損壞部位、繞組損壞程度、繞組結(jié)線形式、變壓比測(cè)試儀器工作原理等影響，變壓比測(cè)量對(duì)繞組故障判定有一定的不確定性，甚至誤判斷。

1 變壓器故障案例

1.1 案例1

一臺(tái)型號(hào)為JSOJZ－18000/60變壓器運(yùn)行中重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘，通過油色譜試驗(yàn)（數(shù)據(jù)見表1），根據(jù)表中各氣體組分，得出改良三比值編碼為1，0，2，結(jié)合大衛(wèi)三角形法，診斷為低能放電，推測(cè)變壓器繞組故障。變壓器變壓比、繞組直流電阻、主絕緣等項(xiàng)目試驗(yàn)的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均未見異常。做變壓器單相空載試驗(yàn)（數(shù)據(jù)見表2），發(fā)現(xiàn)AB 繞組加壓損耗極小，BC、CA 繞組加壓時(shí)功率表超量程，以功率表滿量程讀取電流、電壓值。正常變壓器短磁路空載損耗比基本相同，偏差一般不大于2%，長、短磁路空載損耗比為1.30～1.45，折算至相同試驗(yàn)電壓下，本臺(tái)變壓器短磁路損耗比11.9，長短磁路損耗比CA/AB損耗比為12.0，CA/BC 損耗比為1.01，因此本臺(tái)變壓器短磁路損耗、長短磁路損耗比超出變壓器正常磁路損耗比變化范圍，變壓器C 相繞組短路后測(cè)得的損耗最小，為正?？蛰d試驗(yàn)損耗值，判定變壓器一次繞組C相股間短路。

表1 案例1變壓器故障后油色譜檢測(cè)數(shù)據(jù) μL/L

表2 案例1變壓器單相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過變壓器解體檢查，發(fā)現(xiàn)變壓器一次繞組C相外層調(diào)壓繞組中下部段間放電，其中一段繞組外層2股并繞組導(dǎo)線燒熔焊接在一起。推測(cè)變壓器故障過程為：變壓器一次繞組C 相中下部段間絕緣擊穿放電，至少有18匝繞組短路，變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘故障被切除，變壓器一次繞組段間絕緣油隙較大，C相繞組段間絕緣得到恢復(fù)，但一次繞組段間電弧放電導(dǎo)致并繞的股線間絕緣破壞，有2股并繞組線被燒熔焊接在一起，故障表象為變壓器C 相一次繞組股間短路，變壓器變壓比、繞組直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)無異常。變壓器一次繞組多股并繞，為了平衡各股繞組電勢(shì)，并繞的繞組要進(jìn)行完整的換位。變壓器C相一次繞組股間短路打破了一次繞組各股電勢(shì)平衡關(guān)系，出現(xiàn)短路環(huán)流，導(dǎo)致故障相空載損耗大幅度增加，變壓器單相空載試驗(yàn)短磁路、長短磁路損耗比失去了正常比例關(guān)系。

1.2 案例2

一臺(tái)型號(hào)為SZ9－M2－31500/66變壓器，新設(shè)備安裝后投運(yùn)沖擊試驗(yàn)，第1次充電6min后差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。檢查保護(hù)、設(shè)備絕緣、油色譜無異常。第2次充電重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘，氣體繼電器內(nèi)氣體集結(jié)（數(shù)據(jù)見表3）；變壓器繞組直流電阻數(shù)據(jù)異常（見表4）；變壓比試驗(yàn)數(shù)據(jù)未見異常（見表5）；變壓器單相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6，短磁路損耗比1.02，長短磁路損耗比CA/AB損耗比為0.18，CA/BC 損耗比為0.18，不符合正常變壓器數(shù)值，繞組b相短路損耗最小，依據(jù)單相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)及繞組直流電阻數(shù)據(jù)判定變壓器一次繞組B 相6股并繞，繞組線斷2股并存在股間短路。保護(hù)動(dòng)作跳閘后，繞組段間絕緣恢復(fù)，B相繞組仍有4股正常連接，變壓器變壓比測(cè)量未見數(shù)據(jù)異常。

表3 案例2變壓器氣體繼電器內(nèi)集結(jié)氣體檢測(cè)數(shù)據(jù)μL/L

表4 案例2變壓器一次繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù) mΩ

表5 案例2變壓器變壓比測(cè)試數(shù)據(jù)

變壓器解體檢查，變壓器一次繞組B 相內(nèi)層繞組中部43～47段間放電，45段繞組內(nèi)層2股被放電電弧燒斷，2股被電弧燒熔短路。經(jīng)了解，變壓器在運(yùn)輸途中車輛曾滑入路邊溝，沖擊記錄儀記錄的沖擊力為5GN。推測(cè)變壓器故障過程為：變壓器運(yùn)輸受到?jīng)_擊，一次繞組B 相股間絕緣損壞，安裝后第1次沖擊合閘試驗(yàn)時(shí)一次繞組B 相繞組股間絕緣損壞部分短路發(fā)熱，導(dǎo)致放電5 段繞組90 匝短路，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，繞組股間金屬性短路。第2次沖擊合閘，股間短路瞬間發(fā)展成段間短路放電，瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘。變壓器兩次段（股）間短路，燒斷故障位置一次2股并繞導(dǎo)線，并使另外2股并繞組線金屬性短路。故障切除后，變壓器段間絕緣得到恢復(fù)，表象為一次繞組B相6股并繞導(dǎo)線斷2股，短路2股。繞組直流電阻、單相空載試驗(yàn)參數(shù)發(fā)生變化，但由于B 相繞組仍有4股導(dǎo)線連接，變壓比試驗(yàn)數(shù)據(jù)無異常。

1.3 案例3

一臺(tái)型號(hào)為SZ9－MZ－31500/66變壓器，負(fù)荷由33.8%增加到77.6%，運(yùn)行15 min 重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘。故障后做變壓器試驗(yàn)，油色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)異常（見表7），改良三比值為1，0，2，結(jié)合大衛(wèi)三角形法診斷為低能放電；變壓器二次繞組絕緣擊穿；繞組直流電阻二次b相增大至a、c相的2.5倍（數(shù)據(jù)見表8）；變壓比測(cè)量（數(shù)據(jù)見表9）UBC/Ubc與初值變化較大，偏差0.95%，UAB/Uab、UCA/Uca與初值基本相同；單相空載試驗(yàn)（數(shù)據(jù)見表10），短磁路損耗比1.000，長短磁路損耗比均為0.685，長短磁路損耗比超出正常變壓器數(shù)值，短路繞組b相損耗最小，判斷變壓器繞組故障在b相。依據(jù)單相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)及繞組直流電阻數(shù)據(jù)，判定變壓器二次繞組b相24股斷14股，斷股率61%，繞組匝（股）間短路，短路位置位于b相繞組端部。

表6 案例2變壓器單相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 案例3變壓器氣體繼電器內(nèi)集結(jié)氣體檢測(cè)數(shù)據(jù)μL/L

變壓器解體檢查，驗(yàn)證了變壓器二次繞組b相上端第2至4匝間短路，15股并繞股線熔斷，殘存股線絕緣層被破壞短路。

表8 案例3變壓器二次繞組相電阻數(shù)據(jù) mΩ

表9 案例3變壓器變壓比偏差 %

表10 案例3變壓器單相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.4 案例4

一臺(tái)型號(hào)為SCB9－50/10變壓器運(yùn)行中熔斷器熔斷。故障后做試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)變壓器繞組一次C 相相直流電阻減小29%；做單相空載試驗(yàn)，a、b柱磁路通道，試驗(yàn)電壓100V 時(shí)，空載電流、空載損耗很小；a、c柱磁路通道試驗(yàn)電壓只能加到3V，空載電流、損耗已超出儀表測(cè)量范圍（數(shù)據(jù)見表11）。測(cè)量變壓比，測(cè)量儀器保護(hù)跳閘，無法測(cè)出數(shù)值。依據(jù)單相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)及繞組直流電阻數(shù)據(jù)，判定變壓器一次繞組C相29%的繞組匝間短路。

表11 案例4變壓器單相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 變壓比在判斷變壓器繞組故障中呈不確定性的原因

a.高電壓大容量變壓器繞組為多股線并繞，一次繞組以段（餅）結(jié)構(gòu)聯(lián)接。繞組匝間電壓差最大位置位于繞組段的端部。變壓器匝間短路主體為段間端部短路。

b.變壓器繞組的段間有較大油隙，變壓器發(fā)生段（匝）間短路后，快速保護(hù)動(dòng)作切除故障，油隙絕緣得到恢復(fù)，段（匝）間短路表象多能消除。

c.變壓器段（匝）間短路的能量較大，繞組股間絕緣受到破壞，并繞股線被電弧燒熔焊接在一起，形成繞組股間短路故障。變壓比試驗(yàn)不能檢測(cè)出變壓器股間短路故障。試驗(yàn)人員檢查變壓器繞組重點(diǎn)需要診斷的是變壓器是否存在股間短路。如案例1，故障變壓器變壓比試驗(yàn)數(shù)據(jù)無異常，甚至繞組直流電阻參數(shù)也無異常，但并不能證明變壓器繞組無異常。

d.變壓器發(fā)生段（匝）間短路，部分并繞組線熔斷，繞組直流電阻參數(shù)發(fā)生變化，變壓比測(cè)量仍無異常。如案例2，對(duì)此類故障后的變壓比測(cè)量不能為變壓器是否發(fā)生段（匝）間短路故障診斷提供數(shù)據(jù)支持。

e.變壓器繞組絕大多數(shù)為星角結(jié)線，不能直接獲取二次相電壓。變壓比測(cè)試儀器測(cè)量程序?yàn)橐淮蜛—BC、B—CA、C—AB 三次加壓，分別測(cè)量二次ab、bc、ca線電壓及一、二次電壓間向量角，以此計(jì)算變壓比，確定結(jié)線組別。中小容量變壓器二次繞組多為連續(xù)式繞制，匝間短路故障多在少數(shù)幾匝間發(fā)生。變壓器二次繞組少量匝間短路，受變壓比測(cè)量儀器工作程序影響，不能準(zhǔn)確反應(yīng)短路匝繞組對(duì)應(yīng)的變壓比變化，如案例3，測(cè)量儀器一次B—CA加壓，即二次存在短路匝的b相與ca相加壓，測(cè)得BC/bc變壓比偏差0.95%，變壓比增大，表征二次繞組匝數(shù)減少，與變壓器解體檢測(cè)結(jié)果相符，但同含有b相繞組的AB/ab變壓比則無異常，測(cè)量后儀器計(jì)算結(jié)果并不能真實(shí)反應(yīng)變壓比異常。

f.變壓器繞組，特別是一次繞組存在匝間短路故障，變壓比測(cè)量要對(duì)短路匝提供短路試驗(yàn)容量，測(cè)試儀器的電源容量有限，短路匝過多導(dǎo)致儀器不能正常工作，如案例4。

g.如變壓器繞組段間發(fā)生短路故障后，段間絕緣得不到恢復(fù)（此種情況概率極小），變壓器繞組至少要短路2段。以案例3中變壓器一次繞組2段短路為例，變壓比測(cè)試電流為正常值的460倍，變壓比測(cè)試儀不能正常工作。

3 經(jīng)驗(yàn)與借鑒

a.由于變壓器繞組的段間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和保護(hù)的快速性，變壓器發(fā)生段（匝）間短路故障后，多以股間短路狀態(tài)存在，變壓比測(cè)量不能檢測(cè)變壓器股間短路故障。

b.變壓器繞組段間短路或多匝二次繞組短路，受變壓比測(cè)量儀器容量限制，儀器不能正常工作，無法測(cè)量到變壓比。

c.變壓器二次繞組少量匝間短路，在測(cè)量儀器能夠正常工作的情況下，變壓比增大對(duì)應(yīng)獨(dú)立加壓繞組的二次繞組可判定存在匝間短路，但匝間短路繞組與無異常繞組并接加壓測(cè)得的變壓比則數(shù)值無異常。

d.變壓器繞組存在缺陷必然要影響到單相空載試驗(yàn)的2個(gè)損耗參數(shù)變化，而且變化量可達(dá)十?dāng)?shù)倍，足以引起試驗(yàn)人員注意。

e.變壓器單相空載試驗(yàn)可準(zhǔn)確診斷變壓器繞組股間、匝間絕緣損壞金屬性短路故障，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件盡可能提高試驗(yàn)電壓。

4 結(jié)束語

測(cè)量變壓器電壓比的目的之一為變壓器發(fā)生故障后，檢查變壓器是否存在匝間短路［1］。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：懷疑繞組存在缺陷時(shí)進(jìn)行變壓器變壓比測(cè)量，結(jié)果應(yīng)與銘牌標(biāo)識(shí)一致［2］。實(shí)踐證明，用測(cè)量變壓器繞組變壓比方法檢查、判別繞組是否存有缺陷有一定的不確定性。變壓器主保護(hù)動(dòng)作后，檢查繞組是否存在缺陷首選和必做的試驗(yàn)項(xiàng)目是單相空載試驗(yàn)，它能準(zhǔn)確、可靠發(fā)現(xiàn)繞組存在的缺陷。

［1］ 李建明，朱康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法［M］.北京：中國電力出版社，2001.

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