兩種繞組變形判別方法的應(yīng)用分析

趙春芳，王世民，蔣大偉

(1.沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院，遼寧 撫順 113122；2.國(guó)網(wǎng)錦州供電公司，遼寧 錦州 121000；3.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

電力變壓器是電力系統(tǒng)最重要的設(shè)備之一，變壓器的安全可靠運(yùn)行是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

電力變壓器在運(yùn)輸或安裝過(guò)程中如果受到?jīng)_撞可能引起變壓器繞組的變形、繞組的整體移位或者引線受損甚至變形；在運(yùn)行中可能遭受外部的雷電沖擊、近區(qū)短路沖擊，從而引發(fā)變壓器繞組嚴(yán)重的扭曲、鼓包或移位等，使絕緣水平下降，導(dǎo)致變壓器嚴(yán)重故障。目前繞組變形主要檢測(cè)方法有頻率響應(yīng)分析法、低電壓阻抗法[1-4]。本文重點(diǎn)分析兩種檢測(cè)方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、具體過(guò)程，通過(guò)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，為變壓器繞組變形檢測(cè)提供參考。

1 低電壓阻抗法

1.1 原理

變壓器繞組之間、繞組與油箱之間的空隙等是變壓器漏磁通的通路，如果繞組發(fā)生變形，可導(dǎo)致漏磁磁路發(fā)生變化，磁路變化會(huì)對(duì)漏磁大小產(chǎn)生影響[5]。由于短路電抗工頻電壓下近似線性，可用較低的電流和電壓間接測(cè)量短路電抗。低電壓阻抗法原理接線如圖1所示。

1.2 判斷標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)文獻(xiàn)[6-7]，采用縱橫比較的方法判斷繞組變形情況，具體判斷標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

圖1 低電壓阻抗法原理接線圖

表1 低電壓阻抗法縱橫比標(biāo)準(zhǔn) %

1.3 實(shí)例分析

1.3.1 故障情況

主變型號(hào)：OSFPS7-150000/220，接線組別：YNa0yn0，出廠日期：1991年1月，投運(yùn)日期：1991年6月。

2002年3月19日，某線路因外力破壞造成B相接地，1.13 s后轉(zhuǎn)為A、B相接地故障，2.03 s后C相接地，2.08 s后故障切除。主變壓力釋放閥動(dòng)作噴油，因直流電阻、油色譜等試驗(yàn)項(xiàng)目無(wú)異常，主變投入運(yùn)行。

2006年6月20日，主變進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)僅發(fā)現(xiàn)本體電容量和繞組變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常。

a. 主變本體電容量試驗(yàn)

2006年試驗(yàn)數(shù)據(jù)與2000年預(yù)試相比，高中壓繞組對(duì)低壓繞組及地電容量誤差為+12.2%；低壓繞組對(duì)高中壓繞組及地電容量誤差為+13.5%。

b. 低電壓阻抗試驗(yàn)

低電壓阻抗試驗(yàn)存在明顯異常，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 某主變低電壓阻抗法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.3.2 繞組變形情況分析

根據(jù)自耦變結(jié)構(gòu)和漏磁分布，低壓繞組變形對(duì)高—中短路阻抗無(wú)影響，中壓(公共)繞組變形對(duì)高—低短路阻抗有較大影響，繞組結(jié)構(gòu)布置如圖2所示，繞組漏磁分布如圖3所示。根據(jù)高—中數(shù)據(jù)分析，A、B相繞組可能存在嚴(yán)重的向內(nèi)變形。

圖2 繞組結(jié)構(gòu)圖

圖3 漏磁分布

1.3.3 解體

a. 高壓繞組。三相圍屏解開(kāi)后，高壓繞組本身未見(jiàn)明顯變形跡象。

b. 中壓繞組。三相中壓繞組均有不同程度的變形，B相最嚴(yán)重，如圖4所示，A相次之，C相變形程度最小。

圖4 B相中壓繞組

c. 低壓繞組。A相低壓繞組發(fā)生變形，如圖5所示，B、C相未見(jiàn)明顯變形。

圖5 A相低壓繞組

由于高—中短路電抗數(shù)據(jù)的影響，除C相中壓繞組外，其余繞組解體結(jié)果與低電壓阻抗試驗(yàn)分析結(jié)果基本一致。

2 頻率響應(yīng)分析法

2.1 原理

在較高頻率的電壓作用下，電力變壓器的每個(gè)繞組均可看作由分布參數(shù)組成的無(wú)源線性二端口網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)繞組對(duì)應(yīng)的二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是確定的，若繞組發(fā)生變形，傳遞函數(shù)發(fā)生變化。

2.2 判斷方法及標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 判斷方法

橫向比較法是通過(guò)對(duì)比變壓器同一電壓等級(jí)的三相繞組幅頻響應(yīng)特性來(lái)判斷繞組是否變形；縱向比較法是通過(guò)對(duì)比同一臺(tái)變壓器、同一繞組、同一分接開(kāi)關(guān)位置、不同時(shí)期的幅頻響應(yīng)特性來(lái)判斷繞組是否變形。

2.2.2 判斷標(biāo)準(zhǔn)

幅頻響應(yīng)特性曲線中的波峰或波谷分布位置及分布數(shù)量的變化，是分析變壓器繞組變形的重要依據(jù)。具體判斷如表3所示。

表3 頻響法繞組變形的判斷標(biāo)準(zhǔn)

2.3 實(shí)例分析

2.3.1 主變情況

主變?yōu)?996年產(chǎn)SFPSZ9-180000/220型產(chǎn)品。本次故障前，在2009—2016年期間，1號(hào)主變66 kV側(cè)共遭受短路沖擊5次。

2.3.2 故障過(guò)程

2017年4月24日08:50:15.821，主變 66 kV出線3左、右線遭受雷擊，距離I段、過(guò)流I段保護(hù)動(dòng)作，重合成功；出線3左、右線斷路器跳閘40 ms后，主變大差、小差比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)主二次斷路器，同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)跳裝置跳開(kāi)500 kV線路的斷路器。主變所代66 kV Ⅱ母線停電，66 kV Ⅰ母線被轉(zhuǎn)代，正常運(yùn)行中。

2.3.3 主變現(xiàn)場(chǎng)檢查

油位正常、壓力釋放閥未動(dòng)作、周邊未發(fā)現(xiàn)新油跡、外絕緣未發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)痕跡、瓦斯繼電器內(nèi)未見(jiàn)氣體。

2.3.4 繞組變形試驗(yàn)

對(duì)繞組開(kāi)展頻率響應(yīng)法變形試驗(yàn)，試驗(yàn)波形如圖6—圖8所示。

圖6 高壓繞組變形試驗(yàn)結(jié)果

圖7 中壓繞組變形試驗(yàn)結(jié)果

圖8 低壓繞組變形試驗(yàn)結(jié)果

2.3.5 繞組變形分析

a.f=1 Hz，C相高、中、低的幅值都較上次試驗(yàn)及本次試驗(yàn)A、B相幅值大；

b. 10 Hz

c. 100 Hz

d. 100 Hz

綜上所述，C相中壓和低壓繞組變形的可能性最大，可能存在鼓包、匝間短路。

2.3.6 解體分析

a. A、B、C三相高壓繞組沒(méi)有發(fā)生變形；

b. 中壓C相繞組發(fā)生縱向貫穿性鼓包變形且繞組上部第20—31層繞組散落，發(fā)生匝間短路，并至少有7股導(dǎo)線熔斷，如圖9所示;

c. 中壓B相繞組上部第28—78層發(fā)生明顯鼓包變形，如圖10所示。

圖9 主變中壓C相變形

圖10 主變中壓B相變形

3 頻率響應(yīng)法與低電壓阻抗法的對(duì)比分析

頻率響應(yīng)法和低電壓阻抗法的優(yōu)缺點(diǎn)如表4所示。

表4 頻率響應(yīng)法與低電壓阻抗法的對(duì)比分析

4 結(jié)論

a. 頻率響應(yīng)法判別繞組變形故障具有靈敏度高、測(cè)試儀器輕便等優(yōu)點(diǎn)。但由于采用高頻弱電測(cè)試方法，其測(cè)試結(jié)果易受到各種干擾因素的影響；為了判別的準(zhǔn)確性，建議每次測(cè)試都采用同廠家同型號(hào)的試驗(yàn)設(shè)備；該方法對(duì)歷史數(shù)據(jù)依賴性高，如果沒(méi)有歷史數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行縱向比較。

b. 低電壓短路阻抗法受測(cè)試環(huán)境影響小，具有簡(jiǎn)潔明確的診斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)測(cè)試設(shè)備的依賴性不高。但該方法具有試驗(yàn)設(shè)備笨重，不能準(zhǔn)確判定繞組變形位置等缺點(diǎn)。

c. 鑒于頻率響應(yīng)法和低電壓短路阻抗法已擁有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也已頒布，建議現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)將兩種檢測(cè)方法的判斷優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，以便提高判斷準(zhǔn)確性。

d. 為了更準(zhǔn)確判斷變壓器繞組變形情況，還需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)油色譜分析結(jié)果、電容量大小及變化情況等綜合分析。

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