一起110 kV變壓器繞組變形故障分析判斷及解體驗證

，， ， ，，琳凱(. 國網(wǎng)四川省電力公司綿陽供電公司，四川 綿陽 6000；.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院,四川 成都 6004)

0 引 言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，變壓器的安全穩(wěn)定運行，關(guān)系到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定工作。而隨著中國城市化進(jìn)程的加快，電動汽車、以電代煤等政策概念的推廣，也使社會對電力負(fù)荷的需求急劇增加。由于復(fù)雜的負(fù)荷情況，變壓器本身時刻承受著各種沖擊，如何利用有限的停電時間，精準(zhǔn)對變壓器進(jìn)行診斷，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行有著重要意義。

據(jù)統(tǒng)計，繞組變形故障在變壓器故障中占有相當(dāng)大的比例[1-2]。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施(修訂版)》要求，110(66)kV 及以上電壓等級變壓器在出廠和投產(chǎn)前，應(yīng)用頻率響應(yīng)法和低電壓短路阻抗測試?yán)@組變形以留原始記錄。國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》在變壓器的診斷性試驗項目中也對頻率響應(yīng)及短路阻抗試驗做出了要求[3-4]。

1 異常主變壓器情況簡介

該主變壓器參數(shù)如表1所示，2008年5月出廠，2009年1月13日投入運行， 2015年5月13日例行檢查工作中發(fā)現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)異常，其中壓側(cè)頻率響應(yīng)、短路阻抗、變壓器繞組電容量等數(shù)據(jù)均出現(xiàn)了異常，經(jīng)判斷繞組發(fā)生了變形的情況。

表1 主變壓器主要銘牌參數(shù)

1.1 頻率響應(yīng)試驗

頻率響應(yīng)試驗使用HV-RZBX型試驗設(shè)備進(jìn)行，測試信號選取1～1 000 kHz范圍內(nèi)。根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 911-2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》計算的相關(guān)系數(shù)分析，對相關(guān)系數(shù)R與變壓器繞組變形程度關(guān)系做出規(guī)定如表2所示,同時規(guī)定1～100 kHz為低頻段，100～600 kHz為中頻段，600～1 000 kHz為高頻段。

表2 相關(guān)系數(shù)R與變壓器繞組變形程度關(guān)系

注：RL為曲線在低頻段內(nèi)的相關(guān)系數(shù);RM為曲線在中頻段內(nèi)的相關(guān)系數(shù)；RH為曲線在高頻段內(nèi)的相關(guān)系數(shù)。

測試數(shù)據(jù)顯示，高壓側(cè)各頻段曲線吻合度較高,中頻段曲線吻合度稍差，但是仍在合格范圍內(nèi)，如圖1所示。

圖1 高壓側(cè)繞組頻率響應(yīng)曲線

圖2 中壓側(cè)頻率響應(yīng)曲線

中壓側(cè)頻率響應(yīng)曲線顯示，整個中低頻段三相曲線的吻合度較差，通過相關(guān)系數(shù)的計算值發(fā)現(xiàn)，低頻段相關(guān)系數(shù)R21小于1.0，中頻段相關(guān)系數(shù)R21、R23均小于0.6，即在中壓側(cè)繞組的中、低頻段均存在明顯變形的跡象，如圖2所示。

表4 中壓側(cè)頻率響應(yīng)曲線相關(guān)系數(shù)

低壓側(cè)曲線顯示，在曲線的50～400 kHz及550～700 kHz部分吻合度較低，分布于曲線的低頻段、大部分中頻段和高頻段的小部分。通過相關(guān)系數(shù)的計算顯示，低頻段R21小于1，有明顯變形現(xiàn)象；中頻段R21、R31、R32均小于1，有輕度變形現(xiàn)象，如圖3。

圖3 低壓側(cè)頻率響應(yīng)曲線

表5 低壓側(cè)頻率響應(yīng)曲線相關(guān)系數(shù)

低頻段出現(xiàn)異常，通常表明該繞組電感量發(fā)生了明顯變化，可能存在匝間或餅間短路情況；中頻段則反映出繞組分布電感和電容的變化，如出現(xiàn)異常通常預(yù)示繞組發(fā)生扭曲和鼓包等局部變形現(xiàn)象。

1.2 低壓短路阻抗試驗

高壓對中壓短路阻抗測試值為10.516%，出廠銘牌值為10.04%，初值差(銘牌值為初值,下同)為4.74%；高壓對低壓短路阻抗測試值為18.106%，出廠銘牌值為18.38%，初值差為-1.49%；中壓對低壓短路阻抗測試值為5.916%，出廠銘牌值為6.65%，初值差為-11.20%。高壓對中壓以及中壓對低壓測試數(shù)據(jù)與銘牌值誤差已經(jīng)大于±2%，超出國家電網(wǎng)公司企業(yè)規(guī)程要求警示值。鑒于有中壓側(cè)參與的數(shù)據(jù)均出現(xiàn)異常，可初步判斷中壓側(cè)應(yīng)存在變形情況。數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 主變壓器短路阻抗測試數(shù)據(jù)

注：短路阻抗測試數(shù)據(jù)已經(jīng)換算至75℃。

1.3 本體電容量及介損測試

相較于2010年6月測試數(shù)據(jù)，電容量變化較大，超過±5%時應(yīng)該引起注意，而介損值變化率很小，基本可以忽略，詳見表7、表8。測試數(shù)據(jù)表明中、低壓側(cè)繞組出現(xiàn)了繞組位移現(xiàn)象，但是變壓器繞組并未出現(xiàn)能引起變壓器油過熱現(xiàn)象。

表7 主變壓器繞組電容量測試數(shù)據(jù)

表8 主變壓器繞組介損測試數(shù)據(jù)

1.4 中、低壓側(cè)直流電阻試驗

該變壓器中、低壓側(cè)的直流電阻值見表9。中壓側(cè)直流電阻三相線間互差小于2%，低壓側(cè)直流電阻三相相間互差小于1%，未見異常。

表9 中、低壓側(cè)直流電阻試驗數(shù)據(jù)

1.5 振動測試

振動測試中，在變壓器的兩面布置了28個測點，檢測點避開加強(qiáng)筋，垂直分布在1/3和2/3的位置,見圖4。利用變壓器振動檢測系統(tǒng)，分別采集1 s內(nèi)的振動信號進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在測點5、6，測點11、12以及測點19、20，測點25、26的振動聲紋特征存在明顯異常。

通過振動檢測分析，在異常測點所測信號頻譜的高頻分量增多，圖5為變壓器表面正常測點和異常測點的時頻分布差異，圖中可見，正常測點持續(xù)存在的為100 Hz和200 Hz分量；異常測點，除了100 Hz和200 Hz分量以外，還持續(xù)存在300 Hz和400 Hz分量，高頻分量增多且長時間持續(xù)存在。圖6為變壓器表面正常測點和異常測點的聲學(xué)指紋差異，可見正常測點變壓器的聲學(xué)振動指紋只有規(guī)則的兩圈，而異常測點，除了規(guī)則的兩圈之外，在外圍還有更多的指紋分布，差異明顯。由此可見，變壓器內(nèi)部繞組存在一定程度的變形或松動，導(dǎo)致變壓器表面的振動聲學(xué)特征明顯異常。

圖4 變壓器的測點分布

圖5 變壓器表面正常測點和異常測點的時頻分布差異

圖6 變壓器表面正常測點和異常測點的聲學(xué)指紋差異

從檢測結(jié)果分析，變壓器表面一些部位的振動特征存在明顯區(qū)別，進(jìn)一步印證內(nèi)部繞組存在一定程度的變形。

2 試驗數(shù)據(jù)綜合分析

從頻率響應(yīng)的情況來看，中、低壓測繞組均存在變形情況，中壓側(cè)繞組變形的程度可能要嚴(yán)重一些，短路阻抗測試的數(shù)據(jù)也表明，有中壓繞組參與的數(shù)據(jù)均出現(xiàn)了明顯異常；結(jié)合繞組電容量、介質(zhì)損耗測試，中、低壓側(cè)繞組整體電容量變化較大，而所有介質(zhì)損耗基本沒有變化；變壓器振動測試中，變壓器表面的振動聲學(xué)特征明顯異常，而變壓器表面的振動與變壓器繞組及鐵心的壓緊情況、位移及變形狀況密切相關(guān)；直流電阻值正常，油化試驗的各項例檢及跟蹤數(shù)據(jù)中亦無明顯異常，各種氣體成分產(chǎn)氣速率也都正常，可以排除繞組出現(xiàn)匝間或餅間短路及繞組燒損的情況。

綜合以上數(shù)據(jù)分析，可以認(rèn)定該主變壓器繞組在外力作用下發(fā)生了比較明顯的變形，結(jié)合主變壓器歷史運行負(fù)荷較小，主變壓器中壓側(cè)(也可能有低壓側(cè))繞組應(yīng)可能是經(jīng)受一次或數(shù)次短路電流沖擊，在巨大短路電流產(chǎn)生的電動力影響下，繞組線圈發(fā)生了結(jié)構(gòu)上的形變，但未產(chǎn)生繞組過熱、短路、燒蝕等現(xiàn)象。

圖7 三相中壓側(cè)繞組變形情況

3 解體檢查

該變壓器解體吊罩后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部干凈程度較好，沒有可見的放電燒蝕痕跡，三相繞組及110 kV有載分接開關(guān)、35 kV無載分接開關(guān)外觀狀況良好。最外層高壓繞組線圈外觀良好，繞線線圈潔凈，形狀規(guī)則。高壓繞組取下后，發(fā)現(xiàn)中壓繞組線圈有非常明顯的鼓包和扭曲變形，但總體干凈，其中A、C相形變較嚴(yán)重，B相略輕，如圖7所示。

分離中低壓側(cè)繞組時，由于A、C相中壓側(cè)繞組變形比較嚴(yán)重，與內(nèi)部低壓繞組互相擠壓，致使不能順利地將中低壓側(cè)分離，只有B相分離成功。B相低壓側(cè)分離后顯示有一些輕微的變形，應(yīng)是受中壓側(cè)擠壓所致，如圖8所示。

圖8 B相低壓側(cè)繞組變形情況

解體結(jié)果表明，該變壓器應(yīng)該為中壓側(cè)繞組遭受短路電流等大電流沖擊后，在強(qiáng)大的電動力作用下發(fā)生了明顯的變形，但是可能遭受沖擊電流過程時間較短，未形成短路過熱等過程。由于繞組變形存在積累效應(yīng)，考慮到中低壓繞組已經(jīng)嚴(yán)重變形并且已經(jīng)互相擠壓，設(shè)備若繼續(xù)運行將很可能造成重大的電網(wǎng)事故。

這次通過對變壓器試驗數(shù)據(jù)的綜合判斷，及時判定變壓器內(nèi)部存在繞組變形情況，并對產(chǎn)生變形的情況以及程度進(jìn)行準(zhǔn)確分析，有效避免了一起變壓器設(shè)備的潛伏性事故。

4 結(jié) 論

根據(jù)頻率響應(yīng)試驗、低壓短路試驗、本體電容及介損試驗、中低壓側(cè)直阻試驗以及振動帶電檢測檢測的實驗結(jié)果，通過綜合分析判斷該變壓器繞組存在變形，并解體印證。通過上述變壓器繞組變形故障的判斷處理，發(fā)現(xiàn)在試驗中對于不合格的試驗結(jié)果，應(yīng)從多個方面綜合分析，對后期檢修工作的開展具有指導(dǎo)意義。對于變壓器繞組狀態(tài)的評估分析試驗應(yīng)重視現(xiàn)場檢測試驗的數(shù)據(jù)分析，才能為后期檢修工作提供有針對性和有效性的方案，從而降低檢修成本，維護(hù)設(shè)備和電網(wǎng)的健康穩(wěn)定運行。

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