主變繞組變形異常的分析與判斷

雷志勇， 史海青， 任 剛， 高世德， 霍亞俊

國網(wǎng)山西省電力公司 晉中供電公司 山西晉中 030600

1 變形異常情況

變壓器是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，變壓器發(fā)生故障往往可能造成電網(wǎng)的大面積停電，因此變壓器的故障預(yù)防工作至關(guān)重要[1-5]。預(yù)防變壓器突發(fā)故障是運檢工作的難點，國網(wǎng)晉中供電公司通過對一臺110kV主變繞組變形進行測試[6-7]，成功消除了一起變壓器重大隱患。

2016年3月17日，國網(wǎng)晉中供電公司對110kV 某變電站2號主變進行C類檢修，在進行頻率響應(yīng)法繞組變形測試時發(fā)現(xiàn)，該變壓器繞組變形存在異常。2號主變的型號為SSZ11-50000/110，屬三相三繞組有載調(diào)壓變壓器，銘牌參數(shù)為(110±8×1.25%)kV/36.75kV/10.5kV，2008年7月投運。

2 頻率響應(yīng)法繞組變形測試

頻率響應(yīng)法繞組變形測試[8]靈敏度高、儀器操作簡單，但這一方法沒有明確的判據(jù)，無法定量判斷，只有通過頻率響應(yīng)曲線的縱橫向比較才能進行合理判斷。

該主變頻率響應(yīng)法測試數(shù)據(jù)如圖1～圖3所示。

圖1 2016年例行試驗高壓繞組三相頻率響應(yīng)曲線

圖2 2016年例行試驗中壓繞組三相頻率響應(yīng)曲線

圖3 2016年例行試驗低壓繞組三相頻率響應(yīng)曲線

將圖1～圖3進行橫向比較，可以看出，高壓繞組三相頻率響應(yīng)曲線的重合度較好，而中、低壓繞組頻率響應(yīng)曲線在中頻段(100～600) kHz之間重合度較差，因此初步判定高壓繞組未發(fā)生變形，中、低壓繞組或已變形。

對中、低壓繞組的頻率響應(yīng)曲線進行縱向比較，比較曲線選用2008年交接試驗所測得的數(shù)據(jù)。圖4至圖6為中壓繞組比較圖，圖7至圖9為低壓繞組比較圖。

圖4 2016年與2008年中壓A相測試數(shù)據(jù)比較圖

將2016年數(shù)據(jù)與2008年交接試驗數(shù)據(jù)進行縱向?qū)Ρ?，可以看出，中壓繞組A相在中頻段存在較大差異，B相在(100～500) kHz之間波峰和波谷發(fā)生了明顯位移，C相圖譜重合度較好，僅450kHz附近有少量不重合；低壓繞組AB相圖譜重合度較好，僅 200kHz 附近有少量不重合，BC相在(200～300) kHz之間波谷幅值發(fā)生了明顯變化，CA相在(100～300) kHz 之間波谷發(fā)生了明顯位移。

圖5 2016年與2008年中壓B相測試數(shù)據(jù)比較圖

圖6 2016年與2008年中壓C相測試數(shù)據(jù)比較圖

圖7 2016年與2008年低壓AB相測試數(shù)據(jù)比較圖

圖8 2016年與2008年低壓BC相測試數(shù)據(jù)比較圖

通過上述對比可得出初步結(jié)論： 高壓繞組未發(fā)生變形，中壓繞組A、B相和低壓繞組A相發(fā)生了變形。

3 短路阻抗法繞組變形測試

變壓器繞組發(fā)生局部機械變形后，其內(nèi)部的電感、電容等分布參數(shù)必然會發(fā)生變化。短路阻抗法通過測量繞組的短路阻抗等集中電氣參數(shù)，來判斷變壓器繞組是否發(fā)生變形[9-10]。變壓器繞組三相間的短路阻抗值差異一般均應(yīng)小于2%。

該變壓器短路阻抗數(shù)據(jù)見表1。

圖9 2016年與2008年低壓CA相測試數(shù)據(jù)比較圖

最高分接高壓側(cè)對中壓側(cè)高壓側(cè)對低壓側(cè)額定分接高壓側(cè)對中壓側(cè)高壓側(cè)對低壓側(cè)中壓側(cè)對低壓側(cè)銘牌值11%19．42%銘牌值10．38%18．71%6．37%實測值11．28%19．1%實測值10．79%18．43%5．96%互差2．548%—1．65%互差3．96%-1．49%-6．44%

由表1可見，無論分接開關(guān)位于最高分接還是額定分接，高壓側(cè)對中壓側(cè)短路阻抗百分?jǐn)?shù)測試值縱比互差均偏大，且額定分接時中壓側(cè)對低壓側(cè)短路阻抗百分?jǐn)?shù)縱比互差也較大，而高壓側(cè)對低壓側(cè)數(shù)據(jù)在合格范圍內(nèi)，因此分析為中壓繞組發(fā)生了變形。

4 電容分解法繞組變形測試

變壓器繞組的電容可在測量繞組介質(zhì)損耗時同時測得，變壓器繞組的介質(zhì)損耗測試是DL/T《393—2010輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》的例行項目。對于該試驗項目，規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)僅對介質(zhì)損耗值作了要求，對被試品電容值差異范圍沒有規(guī)定。顯而易見的是，當(dāng)變壓器發(fā)生局部機械變形時，變壓器繞組間的相對位置會發(fā)生變化，變形嚴(yán)重時會導(dǎo)致被試品電容值發(fā)生明顯變化。

根據(jù)三繞組變壓器繞組電容等值圖(圖10)，可以得到以下方程組：

(1)

圖10 三繞組變壓器繞組電容等值圖

該變壓器電容數(shù)據(jù)見表2。

表2 變壓器電容數(shù)據(jù)

由表2可見，中壓繞組對高低壓繞組及地的電容量與出廠值相比變化達(dá)到了21.13%，低壓繞組對高中壓繞組及地的電容量與出廠值相比變化達(dá)到了23%，判定測試值有異常。為確定異常部位，進行如下理論分析。

將表2中的繞組測試電容值代入式(1)，可解得各繞組間的電容量C1、C2、C3、C4和C5。解得的數(shù)據(jù)與出廠值見表3。

表3 繞組間電容值數(shù)據(jù)

分析表3可知，變化較大的是C2(中低壓繞組間電容)及C3(中高壓繞組間電容)，前者為正偏差，后者為負(fù)偏差。分析判斷為中壓繞組向低壓繞組方向發(fā)生了變形。

5 綜合分析及異常判定

查閱運行資料，發(fā)現(xiàn)該主變中壓側(cè)2015年發(fā)生了3次近區(qū)短路故障，可以肯定系統(tǒng)短路對主變中壓繞組形成了沖擊。

對該變壓器進行繞組直流電阻值、絕緣電阻值、繞組介質(zhì)損耗等測試，測試數(shù)據(jù)均正常。

色譜試驗數(shù)據(jù)(表4)顯示主變無異常，可以判定主變繞組絕緣性能正常。

表4 主變色譜試驗數(shù)據(jù) L/L

綜合以上分析，判定該變壓器中壓繞組A、B相向低壓繞組方向發(fā)生了變形，且故障類型為繞組扭曲或鼓包等局部變形。繞組變形后使繞組的匝間絕緣降低，并使機械強度下降,再次遭受過電壓或系統(tǒng)短路故障沖擊時極有可能發(fā)生主變故障，影響系統(tǒng)的安全運行。

6 吊心檢查及變形定位

基于上述判定，對該主變返廠進行吊心檢查。吊心檢查發(fā)現(xiàn)高壓繞組無明顯變形(圖11)；中壓繞組嚴(yán)重變形，A、B相繞組局部扭曲、鼓包變形(圖12)；A相低壓繞組由于中壓繞組嚴(yán)重變形導(dǎo)致無法分離，B、C相低壓繞組未發(fā)現(xiàn)明顯變形(圖13)。這一檢查結(jié)果印證了判定結(jié)論的正確性。

圖11 高壓繞組示意圖

圖12 中壓繞組示意圖

圖13 低壓繞組示意圖

7 防范主變故障的措施

通過對主變的變形測試及早發(fā)現(xiàn)了主變存在的安全隱患，防止了主變故障的發(fā)生，為防范主變故障提供了借鑒思路與措施。

(1) 繞組變形測試能夠在色譜異常之前發(fā)現(xiàn)主變的安全隱患，但繞組變形測試需要在主變停電后進行，因此今后可以在有停電條件的情況下及時組織開展繞組變形測試。

(2) 在繞組變形診斷過程中，結(jié)合頻率響應(yīng)法、短路阻抗法、電容分解法等對變壓器的繞組變形進行分析和判斷，此外還可以結(jié)合繞組的直流電阻值測試、空載損耗試驗、局部放電試驗等更有效準(zhǔn)確地對變壓器進行綜合判斷。

(3) 繞組變形診斷中，縱橫對比是重要的分析方法，應(yīng)注重變壓器繞組變形測試數(shù)據(jù)的積累，在變壓器投入運行前或有條件停電的情況下，定期組織開展繞組變形測試，及時掌握變壓器繞組的運行情況。

8 結(jié)束語

近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，變壓器需承受的系統(tǒng)短路沖擊強度不斷增大，過電壓沖擊頻次也不斷增加，這些都可能導(dǎo)致主變繞組發(fā)生軸向或徑向尺寸變化。這些變形會使繞組的絕緣被破壞或機械強度下降，再次遭受過電壓或短路電流沖擊時主變或?qū)p壞，影響系統(tǒng)的安全運行，因此及早掌握變壓器繞組的變形情況并加以防范對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

[1] 輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程： Q/GDW 1168—2013[S].

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

[3] 國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司十八項重大反事故措施(修訂版)[Z].2011.

[4] 施祖銘，何延慶.輸配電設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢簡要分析(上)[J].上海電氣技術(shù)，2008，1(1)： 49-55.

[5] 張偉航.220kV主變壓器運行中出現(xiàn)的問題及對策[J].上海電氣技術(shù)，2011，4(2)： 52-55.

[6] 電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導(dǎo)則： DL/T 1093—2008[S].

[7] 電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法: DL/T 911—2004[S].

[8] 趙家嶠，王道明.頻率響應(yīng)法對變壓器繞組變形的測試與分析[J].科技信息，2011(27)： 748-749,804.

[9] 高朝霞，馬濤，王永兒，等.短路阻抗法結(jié)合頻響法診斷變壓器繞組變形的分析與應(yīng)用[J].電力設(shè)備, 2006,7(12)： 32-34.

[10] 羅錚.兩項檢查變壓器繞組變形的試驗[J].高壓電器,2005，41(5)： 392-393.