1.變壓器繞組變形的原因及危害

 

　　變壓器在運行中不可避免地要遭受各種短路故障電流的沖擊，特別是出口短路和近區(qū)短路對變壓器的危害最大，變壓器繞組將承受巨大的、不均勻的軸向和徑向電動應力作用。當繞組內(nèi)部機械結(jié)構存在薄弱環(huán)節(jié)，必然會產(chǎn)生繞組變形現(xiàn)象。包括軸向、徑向尺寸變化，器身位移，匝間短路及繞組扭曲、鼓包等。變壓器繞組變形后繼續(xù)運行可有發(fā)生下列情況：
 

　　(1)變壓器立即損壞。我局曾有一臺110kv變壓器在遭受近區(qū)短路，重合成功后，二十多秒后瓦斯動作，事后檢查繞組變形，返廠重繞；
 

　　(2)由于繞組變形，引起變壓器的絕緣材料損傷或者絕緣距離發(fā)生改變，導致絕緣強度下降，在長期正常電壓或過電壓作用下，最終可能導致絕緣擊穿，此類情況可以用電氣試驗和油試驗等常規(guī)的方法檢出其絕緣缺陷；
 

　　(3)繞組變形后，絕緣狀況沒有損壞，但線圈的機械強度下降，當再次遭受短路故障時，將承受不住巨大的電動力而發(fā)生損壞，此類情況由于絕緣沒有損壞，常規(guī)電氣試驗及油試反映不出問題，只能通過繞組變形測試的手段才能得出正確的結(jié)論。同時，這種情況也比較常見，因為許多的變壓器并不會只遭受一次短路就損壞，而運行中的變壓器可能已經(jīng)遭受多次短路沖擊，機械強度已下降，甚至有輕微變形，但由于常規(guī)試驗無法檢出其內(nèi)部的變形故障，在大修吊檢之前是無法判斷其狀態(tài)的，是嚴重的事故隱患。
 

　　因此，積極開展變壓器繞組變形測試工作，及時發(fā)現(xiàn)和處理有問題的變壓器，有針對性地進行吊檢，即可節(jié)省大量的人力，物力，對防止變壓器事故的發(fā)生也有極其重要的作用。
 

　　變壓器繞組變形測試儀技術特點
 

　　頻響法采用掃頻法對變壓器繞組特性進行測量，不對變壓器吊罩、拆裝的情況下，通過檢測各繞組的幅頻響應特性，對6kV及以上變壓器，準確測量繞組的扭曲、鼓包或移位等變形情況。
 

　　頻響法測量速度快，對單個繞組測量時間1-2分鐘以內(nèi)。
 

　　頻響法頻率精度非常高，精度高于0.001% 。
 

　　頻響法采用數(shù)字化頻率合成，頻率穩(wěn)定性更高。
 

　　頻響法采用5000V電壓隔離、充分保護測試電腦安全。
 

　　頻響法可同時加載9條曲線，各條曲線相關參數(shù)自動計算，自動診斷繞組的變形情況，給出診斷的參考結(jié)論。
 

　　頻響法采用分析軟件功能強大，軟件、硬件指標滿足電力行業(yè)標準DL/T911-2004。
 

　　短路阻抗法不用外接電源，采用市電AC220V低壓電源，便可自動對變壓器的AB、BC、CA高壓繞組施加電壓，同步采集數(shù)據(jù)，自動計算出阻抗誤差百分比，測試結(jié)果非常直觀。
 

　　短路阻抗法適用于任意大小容量的變壓器的阻抗測試。
 

　　短路阻抗法測試過程中顯示測試電流、測試電壓的波形圖譜，方便實時監(jiān)測測試情況。
 

　　儀器具有測量電感的功能。
 

　　采用windows平臺，兼容Window 2000/Window XP/Windows7/ windows8。
 

　　采用數(shù)據(jù)庫保存測試數(shù)據(jù)，對測試數(shù)據(jù)的管理簡潔方便。
 

　　軟件管理功能強大，充分考慮現(xiàn)場使用的需要，測量數(shù)據(jù)自動存盤、自動導出生成Word版測試報告(需安裝相應的Office軟件)或JPG圖片報告，方便用戶出測試報告。
 

　　軟件智能化程度高，在輸入、輸出信號連接好之后，只需要按一個鍵就可以完成所有的測量工作。
 

　　軟件界面簡潔直觀，分析、存儲、報告導出、打印等菜單，只有完成當前一步方自動彈出下一步所需菜單，更加方便。
 

　　2.變壓器繞組變形測試方法
 

　　變壓器繞組發(fā)生局部的機械變形后，其內(nèi)部的電感、電容等分布參數(shù)必然發(fā)生變化，特別是電感值。以往多使用的是集中參數(shù)檢測法，如常規(guī)的測驗變比，直流電阻等來診斷變壓器繞組是否發(fā)生變形，因其靈敏度較低，顯得困難；另一種方法是短路阻抗來判斷，但也是中繞組變形非常嚴重時才能發(fā)現(xiàn)。同時這種試驗需要龐大的試驗設備及試驗電源容量，在現(xiàn)場很難滿足開展該項試驗的條件。目前，我局使用TDT-4型繞組變形測試系統(tǒng)采用的是頻率響應分析(FRA)的原理。該方法建立在對變壓器繞組分布參數(shù)網(wǎng)絡分析的基礎上，變壓器繞組可以被看作是電阻、電感、電容構成的無源線性雙端口網(wǎng)絡，根據(jù)電工學原理，其網(wǎng)絡特性可以用傳遞函數(shù)H(jw)或n(f)來概述。如圖1所示。
 

　　根據(jù)電工學理論，如果繞組發(fā)生機械變，即發(fā)生了軸向、徑向尺寸，勢必會改變網(wǎng)絡上的L、K、C等分布參數(shù)，隨著網(wǎng)絡參數(shù)的改變，從而導致其頻率響應特性。因此我們比較不同時期該變壓器的頻率響應特性是否一致，就可以判斷變壓器是否發(fā)生了變形及變形程度的大小。
 

　　3.TDT型變壓器繞組變形測試系統(tǒng)及其分析方法
 

　　該測試系統(tǒng)是采用頻響法診斷變壓器繞組變形的。其原理顯通過計算機管理和控制，由掃頻電壓發(fā)生器依次輸出不同頻率的正強波電壓信號Vs(f)到變壓器驍組的一個端子上，然后通過雙通道檢測單元紀錄繞組兩端上的電壓信號Vi(f)和Vo(f)，并作相應的數(shù)字化處理，得到其在不同掃描頻率下的幅值和相位，然后根據(jù)下式求得被測試繞組的幅頻響應特性或相頻響應特性，再由計算機作輸出處理(如圖2所示)。
 

　　幅頻響應特性：
 

　　H(f)=20lg(Avo(f)/Avi(f))
 

　　相頻響應特性：
 

　　φ(f)=φvo(f)-φVi(f)
 

　　電力變壓器繞組的幅頻響應特性H(f)主要取決于其內(nèi)部電感、電容等分布參數(shù)，通常具有如下特性：
 

　　(1)當頻率低于10KHz時，其頻率響應特性主要由線圈的電感所決定，諧振點通常較少，對分布電容的變化較不敏感；
 

　　(2)當電頻率超過1MHz時，繞組的電感又被分布電容所旁路，對電感的變化不敏感；
 

　　(3)在10KHz-1MHz的范圍內(nèi)，繞組的分布電感和電容均發(fā)揮作用，其頻率響應特性具有較多的諧振點能夠靈敏地反映出繞組電感，電容的變化情況。因此，在該系統(tǒng)中，選用10KHz-1MHz的掃頻測量范圍。
 

　　頻率響應分析法診斷變壓器繞組變形是建立在比較繞組頻率響應特性變化基礎上的，即變壓器遭受突發(fā)短路沖擊后測得的各個繞組的頻率響應特性為原始測試結(jié)果一致，則表明該次短路故障沒有導致繞組變形，反之，可根據(jù)其特性變化的情況判斷變形的繞組以及其變形的嚴重程度。(這種判斷的方法，在實際的測試中，我們對兩臺遭受出口短路的220kV變壓器進行檢查，得出的頻響特性波形與兩年前所測試出的波形相當一致，故判斷其繞組未受到該次短路沖擊的破壞)。在實際的工作中，很多時候會碰上沒有原始數(shù)據(jù)的情況，(即那些已投入運行的變壓器，投運前沒有做該項測試)，就采用比較變壓器互相繞組相間特性曲線的差異，對繞組繞組的變形情況作出判斷，對于制造工藝良好的變壓器，其三相繞組的結(jié)構基本是一致的，測得的頻響曲線通常具有一定的可比性，但需注意，這種“可比性”僅僅是相對的，受繞組引線長度，其內(nèi)部位置等影響，特別是三角型接法的繞組，測得的三相頻率響應特性往往有較大的差異，這時應與該型號同廠家同一時期的其他變壓器作比較。
 

　　4.繞組變形測試技術的實際應用
 

　　本局開展繞組變形測試主要分為三類：
 

　　(1)對全新投運的變壓器，主要是檢查運輸途中是否意外的碰撞或沖擊，同時也是作為該變壓器頻率響應特性曲線的原始資料，用作以后測試的重要對比資料；
 

　　(2)對于遭受出口或近區(qū)短路的變壓器，根據(jù)我省執(zhí)行的《變壓器狀態(tài)檢修手則》的有關規(guī)定，必須進行繞組變形測試，判斷其是否變形，作為能否繼續(xù)運行的依據(jù)之一；
 

　　(3)配合日常的預試工作，對已運行的變壓器作繞組變形檢查，若判斷其繞組沒有發(fā)生變形現(xiàn)象，該次測得頻率響應特性曲線也將作為原始資料，是以后作對比的依據(jù)。
 

　　在目前，我局共進行了四十多臺次的繞組變形測試，積累了一定經(jīng)驗，在現(xiàn)場的測試中，應特別注意以下兩方面的因素對測試結(jié)果的影響：
 

　　(1)變電站高壓電磁場的干擾。收于該系統(tǒng)的掃頻電壓發(fā)生器僅輸出5V左右的正弦波，容易受到高壓電磁場的干擾，如：本局所屬500kV變壓站#2主變低壓側(cè)的35kV電抗器開關爆炸，造成相間短路，主變B相有載開關瓦斯的動作，跳開三側(cè)開關。我們在現(xiàn)場作繞組變形測試時，發(fā)現(xiàn)其頻率響應特性曲線極不穩(wěn)定，并且三相頻率響應特性曲線極不一致，為了防止誤判，我們進行了多臺次的測試，發(fā)現(xiàn)其特性曲線雖不穩(wěn)定，但有規(guī)律性，并且三相之間的規(guī)律是一致。我們判斷是受到了電磁場的干擾，(在排除了受干擾的特性曲線后，三相頻響曲線較為一致)在結(jié)合了其它電氣試驗，油化驗的結(jié)果認為該次短路沖擊對主變的繞組沒有造成損害；在測試一臺220kV變壓器時，也觀察到在某些頻率段受到干擾而產(chǎn)生尖峰，甚至在110kV場地也有這種現(xiàn)象，因此在判斷波形是要注意排除：
 

　　(2)要注意繞組的直流電阻或測試線與繞組之間的接觸電阻對測試結(jié)果的影響：在以上提及的變壓器繞組分布參數(shù)等值網(wǎng)絡圖中，是忽略繞組的電阻的，但實際上，繞組的電阻變化，不但對頻率響應特性曲線的幅值產(chǎn)生影響，而且還會影響諧振峰點出現(xiàn)的頻率，容易產(chǎn)生誤判。我們在對一臺220KV變壓器作繞組測試時，造成與原始曲線相差較大，經(jīng)多次試驗，才發(fā)現(xiàn)是測試線與繞組之間的接觸不良。因此，在作判斷時，除了要檢查試驗接線，還要結(jié)合變壓器的直流電阻作判斷，看是否由于繞組的內(nèi)部接觸不良，造成對測試的影響。
 

　　下面介紹一下變壓器繞組變形的測試實例：某站#1主變，型號SFZ7-40000/110由于誤操作，10kV母線相間短路，短路電流約8kA。但由于#2主變開關需處理，無法投運，因此只能將#1主變迅速恢復運行。事后，取主變本體油樣作檢查，未發(fā)現(xiàn)有異常情況。#2主變開關經(jīng)處理投運后，將#1主變停下，作常規(guī)電氣試驗，吸收比、介損值、繞組直流電阻等項目和以往數(shù)據(jù)比較，均無異常。按以往的做法，已可認為該次短路沖擊對#1主變沒有造成損害，可以繼續(xù)投運。但接著進行繞組變形的測試，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)面繞bc線圈與ab、ca兩相線圈的頻響特性曲線有相當?shù)牟町悾?jīng)多次測試，均為同一結(jié)果(由于該臺變壓器沒有原始數(shù)據(jù)，只能作三相比較)。為了穩(wěn)妥起見，我們將#2主變停下，作繞組變形測試(該主變?yōu)?1主0變同型號，同期出廠，同時投運，但沒有遭受該次短路的沖擊)，其特性曲線三相間較為一致。據(jù)此，我們判斷#1主變的低壓繞組線圈發(fā)生變形，根據(jù)頻率響曲線應判斷為：低壓c相單獨變形或a、b兩相同時變形。決定該主變返廠吊罩檢查。吊芯后，發(fā)現(xiàn)低壓繞組a、b相線圈出現(xiàn)鼓包，并伴隨有線圈的扭曲現(xiàn)象。通過繞組變形的測試，可以將變壓器隱藏的、但常規(guī)預防性試驗很難檢出的繞組變形故障發(fā)現(xiàn)，及時進行處理，避免損壞變壓器的事故發(fā)生。
 

　　推廣和開展繞組變形測試，可避免不必要的吊芯檢查。如某局一臺220KV變壓器11OkV側(cè)開關爆炸，相間短路，變壓器遭受出口短路，電氣試驗及油化驗無發(fā)現(xiàn)異常情況，由于該廠家多臺同型號變壓器曾發(fā)生過近區(qū)短路后，變壓器繞組變形較嚴重的情況，因此對該變壓器在遭受這次沖擊后繞組的情況比較懷疑，在作了繞組變形測試后，我們發(fā)現(xiàn)該臺變壓器三側(cè)繞組三頻率響應特性曲線一致性較好，并與該型號的其它變壓器相比較，亦無異常的情況，判斷其變壓器繞組沒有變形。并結(jié)合電氣試驗和油化驗的結(jié)果，認為該變壓器可以繼續(xù)投運。從而避免了盲目的吊芯檢查，節(jié)省了大量人力、物力。從以上的事例可見，繞組變形的測試，作為一種必要的監(jiān)督手段，可以保障變壓器的安全運行。
 

　　5.結(jié)束
 

　　變壓器繞組變形測試技術是近年來才逐步推廣的新技術，但從我們目前開展了這項工作的情況來看，該技術可以及時發(fā)現(xiàn)那些有問題的變壓器，對防止變壓器事故的發(fā)生有重要的作用；可避免不必要的吊檢和大修，節(jié)省大量的人力、物力，是我們推變壓器狀態(tài)檢修的必要的技術保證。但變壓器繞組變形測試畢竟是一種檢測方法，還有待完善和改進的地方，如目前只能定性于判斷繞組是否變形，還不能量化地診斷繞組變形的性質(zhì)及嚴重程度。