變壓器繞組變形檢測技術(shù)分析研究

趙 新

(內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司錫林郭勒電業(yè)局正藍(lán)旗供電分局，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 027200)

0 引言

在電力輸送中，變壓器的安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，繞組變形是電力變壓器最為常見的故障[1]。繞組變形主要是變壓器遭受短路沖擊時(shí)，導(dǎo)致繞組徑向和軸向的尺寸變化引發(fā)繞組凸起或扭曲，繞組變形后給變壓器安全運(yùn)行留下重大安全隱患。通過對(duì)變壓器繞組檢測技術(shù)及各類檢測方法進(jìn)行研究分析，對(duì)比各種檢測方法的優(yōu)劣及適應(yīng)性，將不同檢測方法結(jié)合使用，有利于發(fā)現(xiàn)繞組是否發(fā)生形變，通過有計(jì)劃的檢修，降低變壓器設(shè)備故障率，提高變壓器的設(shè)計(jì)和制造水平，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

1 繞組變形產(chǎn)生的原因

變壓器繞組變形可分為：徑向拉伸、徑向壓縮、軸向延伸、軸向壓縮、軸向套疊和繞組扭曲[2]。繞組形變會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部繞組發(fā)生不同類型的故障，為變壓器的安全運(yùn)行留下隱患。繞組變形主要有以下幾種原因：①變壓器在遭受各種短路電流的沖擊后，繞組中流過的電流遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)的電流，在變壓器內(nèi)部產(chǎn)生較大磁場，強(qiáng)大的電動(dòng)力引發(fā)繞組變形，繞組變形主要是由于短路故障引起。②變壓器在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸或者安裝時(shí)，意外的碰撞和顛簸有可能導(dǎo)致變壓器繞組發(fā)生變形。③變壓器繞組的保護(hù)系統(tǒng)不完善或者動(dòng)作失靈，故障時(shí)長時(shí)間承受故障電流，會(huì)加劇變壓器繞組形變。變壓器繞組發(fā)生變形后，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部絕緣破壞引發(fā)匝間短路或?qū)е戮植糠烹姡捎诮^緣距離發(fā)生改變?cè)斐蓤鰪?qiáng)過高，擊穿變壓器主體結(jié)構(gòu)，從而降低變壓器抗短路能力。

2 繞組變形的檢測技術(shù)

2.1 短路阻抗法

負(fù)荷阻抗為零時(shí)，變壓器輸入端的等效阻抗稱為變壓器的短路阻抗，反映了繞組之間或繞組和油箱之間漏磁通形成的感應(yīng)磁勢，由電阻分量和電抗分量組成。針對(duì)110 kV及以上的變壓器，主要取決于電抗分量，即變壓器繞組的漏電抗。在頻率一定時(shí)，變壓器的幾何尺寸及分布位置決定變壓器漏電抗的數(shù)值，繞組變形會(huì)引起變壓器的幾何尺寸發(fā)生變化，漏電抗也發(fā)生相應(yīng)的改變[3]。因此，短路阻抗法主要思路是通過變壓器繞組中的漏電抗的變化判斷繞組變形情況，比較測量得到的短路阻抗與變壓器出廠數(shù)據(jù)，可判斷繞組形變狀況[4]。

2.2 低壓脈沖法

低壓脈沖法最早由波蘭學(xué)者提出，歐美等國家科研人員進(jìn)一步研究，現(xiàn)已被列為IEC和IEEE變壓器短路實(shí)驗(yàn)導(dǎo)則和測試標(biāo)準(zhǔn)[5]。在頻率超過1 kHz情況下，變壓器的每個(gè)繞組可等效為電阻、電感和電容等分布參數(shù)構(gòu)成的無源線性網(wǎng)絡(luò)，若變壓器的繞組發(fā)生形變，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)發(fā)生變化會(huì)引起單位沖擊回應(yīng)的改變。因此，可將一個(gè)穩(wěn)定的低電壓脈沖信號(hào)加在繞組一端，記錄該端和對(duì)端的電壓波形，比較時(shí)域中的激勵(lì)與回應(yīng)波形變化即可判斷繞組是否發(fā)生形變。

2.3 振動(dòng)法

繞組發(fā)生形變導(dǎo)致變壓器物理結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，繞組和鐵芯的振動(dòng)信號(hào)也會(huì)跟著變化，通過計(jì)算分析變壓器上的振動(dòng)傳感器測量信號(hào)的振動(dòng)特征量，判斷繞組形變情況[6]。在變壓器運(yùn)行時(shí)可用振動(dòng)法對(duì)繞組進(jìn)行在線監(jiān)測。

2.4 電容量變化比較法

各級(jí)繞組的介損可通過對(duì)應(yīng)繞組的電容量計(jì)算出來，在變壓器運(yùn)行良好時(shí)，電容量數(shù)據(jù)沒有明顯變化，在繞組受到短路電流沖擊發(fā)生嚴(yán)重形變后，電容量變化較為明顯?？衫秒娙萘康淖兓袛嗬@組變形狀況[7]。對(duì)于大型變壓器，至少進(jìn)行5次的電容量測試，以判斷繞組變形程度。

2.5 頻率響應(yīng)分析法

頻率響應(yīng)分析法是應(yīng)用比較廣泛的測試方法，制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》(DL/T911-2004)。通過比較變壓器事故前后繞組頻率響應(yīng)特性曲線的變化進(jìn)行分析判斷[8]，主要有縱向比較法和橫向比較法。采用掃頻測量可得到繞組頻率響應(yīng)特性，即在被測變壓器上輸入正弦掃頻信號(hào)，將被測繞組的頻率響應(yīng)特性與歷史曲線進(jìn)行比較，可判斷繞組是否發(fā)生形變。

2.6 超聲脈沖反射法

超聲脈沖反射法[9]利用超聲波的反射現(xiàn)象，在被測變壓器上固定安裝超聲探頭，對(duì)準(zhǔn)被測繞組發(fā)射超聲波，超聲探頭接收反射信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，可計(jì)算出超聲波往返一次的所用時(shí)間。變壓器郵箱表面點(diǎn)與繞組表面上的每一點(diǎn)之間的距離是固定不變的，若變壓器的繞組發(fā)生異常故障，則距離就有相應(yīng)的變化，從而繞組形變情況。

除上述的繞組變形檢測方法以外，還有內(nèi)窺鏡法、在線監(jiān)測漏抗法，以及在線頻率響應(yīng)法、在線短路阻抗法等在線測試技術(shù)。

3 檢測技術(shù)比較分析

單一采用一種方法進(jìn)行變壓器繞組變形檢測有其利弊，通常要結(jié)合現(xiàn)場狀況選取適當(dāng)?shù)囊环N或多種檢測方法進(jìn)行綜合分析判斷。下面對(duì)上述6種檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析。

1)短路阻抗法測試時(shí)通常是小電流和低電壓，操作簡單、測試方便、易重復(fù)，有相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。但是該方法靈敏度低、檢測時(shí)間較長，對(duì)于輕微變形來說檢測準(zhǔn)確率不高，一般應(yīng)用在中低壓變壓器檢測。

2)低壓脈沖法測試靈敏度高、檢測速度快，但是該方法容易受到周邊環(huán)境的影響、抗干擾性低、測試結(jié)果不易重復(fù)，對(duì)繞組變形的位置判斷準(zhǔn)確度不高。

3)振動(dòng)法的測試系統(tǒng)不構(gòu)成回路，可在不停電情況下進(jìn)行在線測量，抗干擾能力強(qiáng)，但是該方法在測試時(shí)存在一定的安全隱患，受變壓器油溫及油的狀態(tài)影響較大。

4)電容量變化比較法操作便利，工作量小，對(duì)于繞組變形較大的現(xiàn)象測試準(zhǔn)確率高，對(duì)于扭曲等輕微變形測試難以發(fā)現(xiàn)。

5)頻率響應(yīng)分析法測試儀器簡單、易于重復(fù)、較為直觀、抗電磁干擾能力強(qiáng)，具有較高的精確性，對(duì)繞組輕微變形、繞組具體形變位置等方面的檢測不夠靈敏。

6)超聲脈沖反射法原理簡單，操作方面易于重復(fù)，但檢測結(jié)果容易受溫度、絕緣油有無狀態(tài)的影響。

4 結(jié)語

通過對(duì)變壓器繞組變形的各類檢測方法進(jìn)行分析，結(jié)合不同的試驗(yàn)或檢測條件，考慮實(shí)時(shí)性和有效性要求，采用智能化手段綜合多種檢測方法進(jìn)行檢測作出綜合判斷，有利于提高繞組變形檢測的準(zhǔn)確性。