變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術研究*

王海靖 王 勇 覃 煜 莫文雄 張 行

（廣州供電局有限公司電力試驗研究院）

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)中重要的設備，變壓器的健康狀況是電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行的重要影響因素。繞組移位、變形是變壓器的常見故障。運輸、吊裝過程中的意外碰撞與外部短路電流的沖擊，是引發(fā)變壓器繞組變形的主要原因。根據(jù)國家電網(wǎng)公司 《十八項電網(wǎng)重大反事故措施》的內(nèi)容，變壓器繞組短路阻抗測試是防治大型變壓器損壞事故的主要方法。變壓器短路阻抗是指變壓器內(nèi)部在負載阻抗為零時產(chǎn)生的等效阻抗。對變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術進行探究，可以為電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行提供保障。

1 變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術的原理

一般情況下，電阻分量和電抗分量是變壓器短路阻抗的主要組成部分。以110kV以上的大型變壓器為例，此類變壓器短路阻抗以電抗分量為主，電阻分量所占比例相對較小。變壓器繞組的漏電抗是此種變壓器的短路電抗分量的反映［1］，根據(jù)變壓器的實際情況，變壓器的漏電抗可以分為縱向漏電抗與橫向漏電抗，橫向漏電抗在變壓器短路阻抗中所占的比例較小。繞組的幾何尺寸可以被看作是變壓器漏電抗值的決定因素，變壓器繞組結構狀態(tài)的變化，會讓變壓器的漏電抗有所變化。變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術可以根據(jù)短路阻抗的變化，判斷變壓器繞組的變形情況。

2 變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術的應用方式

2.1 變壓器繞組變形測試分析判斷原則

在變壓器繞組變形產(chǎn)生以后，變壓器運行過程中檢測的電氣參數(shù)和機械參數(shù)會改變。在電力參數(shù)與機械參數(shù)變化情況的影響下，變壓器繞組變形分析是一個綜合性的過程。變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術與以下因素之間存在著一定的聯(lián)系：一是變壓器三相間的短路阻抗測試結果的平衡性；二是短路阻抗的變化情況 （同出廠值相比）；三是變壓器運行過程中的電氣試驗與絕緣油色譜分析情況；四是變壓器運行過程中可能存在的異常現(xiàn)象；五是絕緣油的運行溫度?？梢哉f，統(tǒng)籌兼顧的原則是變壓器繞組變形測試分析遵循的主要原則，對上述因素進行統(tǒng)籌分析，有助于變壓器短路阻抗帶電檢測結果精確度的提升。

針對變壓器阻抗電壓值不符合技術協(xié)議或電力變壓器短路阻抗允許值而出現(xiàn)的糾紛，相關單位在變壓器產(chǎn)品出廠驗收環(huán)節(jié)，需要根據(jù)相關技術協(xié)議，分析阻抗電壓允許偏差值是否處于允許誤差范圍以內(nèi)。并要按照現(xiàn)場見證的要求，對出廠驗收階段的短路阻抗檢測進行強化。在訂貨階段，相關人員需要在商務合同中明確短路阻抗實測值與額定分接位置保證值超出允許值時的解決措施。

2.2 短路阻抗法測試的連接方式

伏安法是變壓器短路阻抗帶電檢測中常用的檢測方法。這種檢測方式主要應用于單相變壓器及三相變壓器的短路阻抗測量過程中。在測試工作開始之前，相關人員需要在變壓器的一側出線短接。出線短接需要保證各個出線端子的接觸良好性，以便在降低引線回路電阻的基礎上，提升測試結果的準確性。在出線短接完成以后，相關人員可以在變壓器另一側施加試驗電壓，以便在產(chǎn)生流經(jīng)阻抗的電流以后，測量施加于阻抗之上的電流與電壓。此種電壓、電流的基波分量的比值可以被看作是變壓器的短路阻抗［2］。

在變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術應用于變壓器阻抗測試以后，相關人員需要在變壓器高壓繞組側進行加壓操作。為保證帶電測試的測試精度，被試變壓器出線端子需要與電壓測量回路相連接。檢驗過程中使用的調(diào)壓器的額定電流需要控制在10A以上。在帶電檢驗進行過程中，流經(jīng)被試變壓器繞組的電流需要在額定電流的0.05-1%的數(shù)量級的基礎之上。若帶電檢驗中存在電流過大的問題，電源過載所導致的試驗電壓波形畸變現(xiàn)象也會影響測試精度。根據(jù)一些研究者的研究結果，在短路組抗應用于帶電檢驗以后，變壓器三項間接短路阻抗值的差異在2%以內(nèi)，現(xiàn)場測試值與出廠值之間具有較大的分散性，這種分散性的百分率在4%以內(nèi)。

3 變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術的應用及注意事項

3.1 試驗電源電壓不穩(wěn)定性對檢測結果的影響

實驗電源電壓不穩(wěn)定性對變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術的影響，與電壓基波分量在測量周期內(nèi)的不穩(wěn)定性之間存在一定聯(lián)系。變壓器短路阻抗為感性阻抗。受電流與電壓之間的相位差的影響，在電壓基波分量在測試周期內(nèi)產(chǎn)生變化以后，電流并沒有同步產(chǎn)生變化，由此而產(chǎn)生的測量誤差會成為帶電檢測測量結果誤差的誘因。

為解決電源電壓不穩(wěn)定性給短路阻抗帶電檢測理論技術應用效果的影響，研究者通常會借助多次測量求取平均值的檢測方式，這種檢測方式不僅會讓帶電檢測的測試時間有所延長，也沒有讓測量誤差得到有效解決。在短路阻抗測試儀應用于帶電測量以后，相關人員需要利用這一設備對測量周期內(nèi)所采集到的信號進行分析，以便在不延長測試時間的同時，降低測量誤差。

3.2 試驗現(xiàn)場50Hz同頻干擾對檢測結果的影響

50Hz同頻干擾也是變壓器短路阻抗帶電檢驗的影響因素。根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的實際情況，50Hz同頻干擾多用于指代變電所運行設備的電暈干擾與實驗儀器使用的220V交流電源在于測量回路之間的耦合效應下產(chǎn)生的干擾。在帶電檢測實施過程中，出于提升檢測結果精確性的需要，相關人員需要對同頻干擾對短路阻抗測試結果的影響進行控制，如帶電檢驗工作實施過程中使用的測試儀器需要在硬件層面控制交流電源耦合效應所引發(fā)的同頻干擾。若測試現(xiàn)場同頻干擾較為嚴重，檢驗人員可以將測試儀器換極性的方法應用于測試過程之中，并要提升被試變壓器的試驗電壓與電流。

3.3 電源諧波對變壓器短路阻抗帶電檢測理論技術的應用效果的影響

就帶電檢驗的特點而言，諧波也是試驗電源中可能存在的因素。電源諧波分量的幅值具有不穩(wěn)定性特點。在變壓器短路阻抗帶電檢驗方面，高次諧波對變壓器短路阻抗測試的測試值的影響，是與之相關的理論技術應用于實際檢測領域以后所面對的挑戰(zhàn)。受測試電源諧波的影響，變壓器實測短路阻抗值與無諧波時的短路阻抗值之間會表現(xiàn)出一定的差異。在短路阻抗測試儀應用于帶電檢測過程以后，相關人員需要在檢測工作開展過程中，使用濾波性能較強的測試儀器。一般情況下，軟硬件相結合的方式是消除測試電源諧波對短路阻抗測試結果的影響的可行措施。它也可以讓變壓器繞組變形測試分析、判斷的需要得到有效滿足［3］。

3.4 其他注意事項

根據(jù)變壓器的實際情況，同一型號的變壓器技術參數(shù)的理論差異相對較小。但是在廠方工藝執(zhí)行差異的影響下，由同一圖紙生產(chǎn)的同種產(chǎn)品會表現(xiàn)出較大的技術參數(shù)差異。一些廠家會將某一臺變壓器的短路阻抗值及設計值視為同一批變壓器產(chǎn)品的短路阻抗值或設計值。變壓器阻抗名牌值未反映某一變壓器的真實技術參數(shù)的問題是變壓器短路阻抗帶電檢測理論應用于實際檢測領域以后面對的突出問題。在變壓器銘牌中的技術參數(shù)難以反映設備真實技術參數(shù)的情況下，相關人員在檢測工作實施過程中，需要采用阻抗電壓值、銘牌值和出廠值縱向比較的研究方法，也可以將配合繞組頻響曲線的橫向比較措施應用于帶電檢測過程之中。同一廠家生產(chǎn)的變壓器以往的短路阻抗測試情況、短路阻抗實測值和銘牌值等因素需要視為繞組穩(wěn)定性分析的參考依據(jù)，如果變壓器銘牌值存在一定問題，相關人員需要對銘牌值與出廠值進行比較，并要尊重繞組單相電抗參數(shù)之間的橫向比較結果。如果短路阻抗值與銘牌值之間具有明顯偏差，電力企業(yè)可以要求廠家攜帶儀器設備進行現(xiàn)場頻率響應實驗，并要在對頻響曲線進行縱向比較的基礎上，判斷變壓器是否出現(xiàn)移位問題或變形問題。

4 結束語

變壓器阻抗帶電檢測理論技術對變壓器短路阻抗帶電檢驗工作具有一定的指導作用。在這一技術投入實際應用以后，相關人員需要在明確理論技術使用原則的基礎上，根據(jù)帶電檢驗的實際情況，完善檢驗方案，以便對50Hz同頻干擾、電源諧波等因素對帶電檢測結果的影響進行控制。在變壓器投入運行以后，相關人員需要嚴格按照規(guī)程要求，開展阻抗帶電檢測，以便在變壓器運行故障產(chǎn)生之前，確定變壓器中存在的技術缺陷，進而為電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行提供保障。