配電變壓器抗短路能力抽檢研究

李雪桓 吳明孝 周少珍 高超 楊濤 王震宇

摘 要：本研究對2020年配電變壓器抽檢情況進行統(tǒng)計分析，結果表明短路承受能力試驗的合格率遠低于其他試驗項目。同時，對短路承受能力試驗的數(shù)學模型進行簡單介紹，并對試驗中出現(xiàn)的各類不合格情形進行詳細分類介紹，以期為配變供應商從設計制造等環(huán)節(jié)提升配變抗短路性能提供借鑒。

關鍵詞：配電變壓器;短路承受能力;抽檢

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）28-00-04

Abstract： This study makes a statistical analysis on the sampling inspection of distribution transformers in 2020. The results show that the qualified rate of short-circuit withstand capacity test is much lower than that of other test items. At the same time， the mathematical model of short-circuit withstand capacity test is briefly introduced， and various unqualified situations in the test are introduced in detail， in order to provide reference for distribution transformer suppliers to improve the short-circuit resistance of distribution transformer from design and manufacturing.

Keywords： distribution transformers;short-circuit withstand ability;sampling inspection

為了加強對變壓器中標供應商的質量管控，提升入網變壓器產品質量，國網河南省電力公司物資質量檢測中心自2012年起對入網配變開展質量檢測工作[1]。近年來，檢測中心持續(xù)提升檢測能力，不斷完善試驗項目。2020年，檢測中心建成配電變壓器綜合性能檢測實驗室，完善了配變短路承受試驗檢測能力，實現(xiàn)了配變的全項目檢測，依據(jù)《電網物資質量檢測能力標準化建設導則（試行）》，已具備配電變壓器A級檢測能力。

近年來，不少學者針對配電變壓器的抽檢工作開展了相關研究[2-4]。依據(jù)配電變壓器抽檢大數(shù)據(jù)分析，在所有試驗項目中，短路承受能力試驗的合格率遠低于其他試驗項目。國網公司針對配變抗短路能力不足這一典型質量問題，多次組織開展專項整治行動，以提高入網配變抗短路性能，切實促進設備行業(yè)水平進一步提升。本文對2020年配電變壓器抽檢情況進行簡單介紹，而后針對檢測不合格率最高的短路承受能力試驗進行深入分析。

1 配電變壓器抽檢結果統(tǒng)計分析

2020年，河南省電力公司物資質量檢測中心共完成341臺配電變壓器的質量檢測工作，容量覆蓋50～630 kVA，型號涉及疊鐵心、立體卷鐵心及非晶合金等多種類型，主要試驗項目的檢測合格率如圖1所示。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，短路承受能力試驗的合格率（79.7%）遠低于其他試驗項目，抗短路能力不足已成為配電變壓器的典型質量問題。進一步分析發(fā)現(xiàn)，對于不同類型的鐵心，短路承受能力試驗合格率差別較大，其中非晶合金配電變壓器的抗短路性能最差，檢測合格率僅為55.5%，詳見圖2。

2 短路承受能力試驗數(shù)學模型

為簡化分析，下面以最簡單的情況——單相變壓器突發(fā)短路為例，采用簡化等效電路，對短路承受能力試驗的原理進行分析。單相變壓器突發(fā)短路等效電路如圖3所示[5]。

變壓器高壓側施加電壓，當t=0時，開關閉合時，低壓側突發(fā)短路，此時：

式中：α為t=0突發(fā)短路時電壓u的初始相角;R和L分別為短路時變壓器的等值電阻和電感。

求解可得：

式中：為短路電流的穩(wěn)態(tài)分量;為短路電流的暫態(tài)分量;為穩(wěn)態(tài)短路電流的有效值，X=ωL為漏電抗;為阻抗

分析可得，當初始相角α=0，即電壓過零時開關閉合，短路電流可達到最大值，此時有：

經過半個周期即ωt=π時，短路電流ik達到最大值，此時有：

式中：為突發(fā)短路電流最大值與穩(wěn)態(tài)短路電流最大值之比。

據(jù)此類推，對于三相變壓器，如在某相繞組電壓過零時合閘，經過半個周期后，可在該相繞組上得到最大的非對稱短路電流。

3 短路承受能力試驗不合格情況分析

依據(jù)《電力變壓器 第5部分：承受短路的能力》（GB/T 1094.5—2008）[6]，被試變壓器滿足以下條件時，可認為該變壓器短路承受能力試驗合格。第一，短路試驗的結果及短路試驗期間的測量和檢查沒有發(fā)現(xiàn)故障跡象;第二，重復的絕緣試驗和其他例行試驗合格，雷電沖擊試驗（如果有）合格;第三，吊心檢查沒有發(fā)現(xiàn)諸如位移、鐵心片移動、繞組及連接線和支撐結構變形等缺陷，或雖發(fā)現(xiàn)有缺陷，但不明顯，不會危及變壓器的安全運行;第四，沒有發(fā)現(xiàn)內部放電的痕跡;第五，以歐姆表示的每相短路電抗值與初始值之差不大于規(guī)定值。

對于配電變壓器，具體規(guī)定如下：如線圈為圓形同心式，試驗前后相電抗偏差應不超過2%（如低壓繞組為金屬箔繞制，且短路阻抗大于3%，則相電抗偏差允許有較大的值，但不大于4%）;如線圈為非圓形同心式且短路阻抗大于3%，則相電抗偏差應不大于7.5%。

實際檢測發(fā)現(xiàn)，變壓器短路承受能力試驗不合格，主要涉及5種不合格情形，依據(jù)2020年抽檢統(tǒng)計，各類不合格情形發(fā)生占比如表1所示，下面分別進行簡單介紹。

需要注意的是，同一臺不合格變壓器試驗過程中可能出現(xiàn)兩種或以上不合格情形。例如，出現(xiàn)試驗波形畸變時，相電抗偏差通常都已超出允許值。

①短路試驗前后，相電抗偏差超出允許值。檢測過程中，每臺變壓器共需開展9次突發(fā)短路試驗，每次試驗后均需測量計算相電抗，以確定內部繞組是否有較大變形。如某次試驗后相電抗偏差超過允許值，應立即停止試驗，并進行吊心檢查等故障排查工作。

以某臺型號為SBH15-M-400/10（非圓形同心式）的配電變壓器為例，該變壓器在1分接突發(fā)短路試驗進行到第2次時，試驗前后相電抗測量如表2所示。

其中，A相相電抗偏差達到7.81%，超出允許偏差（7.5%），由此可判定該變壓器短路承受能力試驗不合格。

試驗前后相電抗超差是短路承受能力試驗中出現(xiàn)頻次最高的不合格情形。大多數(shù)情況下，相電抗超差后的吊心檢查并不能發(fā)現(xiàn)明顯故障缺陷。這是因為同心式變壓器低壓繞組在高壓繞組內部，而吊心檢查只能觀測到高壓繞組外部，無法觀測到低壓繞組的具體變形情況。電壓電流波形一般也不會有明顯畸變，但電流有效值通常情況下已發(fā)生較大偏移。

②試驗過程中，試驗波形異常。此種情況下，變壓器內部通常已發(fā)生短路等嚴重故障，復測相電抗時，相電抗偏差通常已嚴重超標。

如圖4所示，以某臺型號為SBH15-M-400/10的配電變壓器為例，該變壓器在3分接突發(fā)短路試驗進行到第1次時，試驗波形異常，B、C相電流驟增。

相電抗復測時已達到兆歐級，如表3所示。初步判斷，變壓器內部B、C相已發(fā)生相間短路。

③短路試驗后，復測例行試驗不通過。此種情況下出現(xiàn)最多的是外施耐壓試驗不合格。

④短路試驗后，吊心檢查發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。常見情形有鐵心移位、散落、繞組及連接線移位、斷裂等，如圖5、圖6所示。

⑤短路試驗后，變壓器出現(xiàn)滲漏油等現(xiàn)象，如圖7所示。

4 結論

①抽檢統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，短路承受能力試驗是目前配電變壓器不合格率最高的試驗項目，而在各類產品型號中，非晶合金變壓器的抗短路性能最差。

②數(shù)學建模理論分析發(fā)現(xiàn)，在電壓過零時合閘，經過半個周期后，可得到最大的非對稱短路電流。

③抽檢結果統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，短路承受能力試驗不通過，主要有5類不合格情形。其中，相電抗偏差超出允許值是出現(xiàn)頻次最高的情形。

配變供應商可借鑒本文中所述相關問題，從設計、制造等環(huán)節(jié)對產品加以改進，以切實提升配變的抗短路性能，提高供貨質量。

參考文獻：

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