李明霞,韩相武,生西奎,常 振

(1.国网延边供电公司,吉林 延吉 133000;2.国网白山供电公司,吉林 白山 134300)

外部短路造成变压器绕组变形,是变压器运行过程中的常见故障。如果轻微变形不能及时发现和修复,在变压器受到多次冲击后,累积效应也会导致变压器的损坏;因此,在运行过程中,当变压器经历了外部短路事故后,如何迅速快捷地检测出变压器绕组是否存在变形及变形程度,是保障变压器安全运行的重要条件[1]。本文结合某66 kV变电站2号主变压器绕组变形的多种试验方法,对这些测试方法的优缺点进行详细讨论。

1 故障后的试验

1.1 绕组连同套管电容量及介质损失因数试验

某 66 kV变电站 2号主变压器型号为 SZ11-31500/66;额 定电压 (66± /8× 1.25%)/10.5 kV,额定电流275.6/1 732.1 A,2011年8月出厂。变压器出厂后的各绕组电容量是一固定值,只要变压器没有受过短路冲击,即使在有温度、湿度影响的情况下,电容量变化也很小。出口短路的变压器,绕组电容量若变化很大,说明绕组已经变形;电容量变化不大,说明绕组没有变形。2012年 10月 9日,对该变压器进行绕组连同套管电容量CX及介质损失因数 tan Wt试验,测试数据见表1,tanW为 tanWt换算到20℃时的值。

通过测试,发现高压绕组对低压绕组及地电容量与交接试验数值变化率达到-7.91%;低压绕组对高压绕组及地电容量与交接试验数值变化率达到7.24%。将测量结果换算为绕组本身的电容量,分析究竟是何部位存在异常(见表2)。其中低压线圈对铁心及地的电容量较交接时增大了 19%,说明低压线圈受到短路力的挤压,有向铁心靠近的趋势;另外,高压和低压绕组的对地电容量也变化明显,绕组相互之间的电容量变化也很大。高压绕组对地电容量变化不大,说明高压绕组正常,无变形。

表1 变压器短路冲击前后试验数据

表2 分解换算为绕组电容量后与交接试验对比

1.2 短路阻抗试验

变压器短路阻抗的电抗分量即通常所说的变压器漏电抗或短路电抗Xk,是绕组漏磁通的函数,因此只要绕组发生位移或变形,Xk就会变化。由于在测试短路阻抗同时,无论是在额定电流下,还是在低压小电流下,变压器铁心中磁通都不大,距磁通饱和相差很远,因此Xk与施加的电压和电流无关。当变压器遭受短路电流冲击后,可将测得的短路阻抗与投运前的数据相比较,参考标准为相对变化不超过2%,此外,测出的阻抗值还可与铭牌值进行比较。变压器二次绕组短路,在变压器一次加压,所加电压为216 V,测得短路阻抗值为 9.48%,铭牌值为9.09%,变化率达到4.29%。比较同一试验仪器、同一测试方法测得的变压器绕组的短路阻抗应同前次比较:变化在 1%～2%,表明绕组变形无明显变形;变化在 2%～4%,绕组变形比较明显;大于4%应将变压器退出运行并查明原因[2]。

1.3 频率响应分析试验

主变压器交接时,曾保存有各绕组的频率响应特性曲线,将故障后的频率响应特性曲线与交接进度存留的数据进行比对,高压绕组三相频率响应曲线的差别不大,吻合较好,而低压绕组三相频率响应曲线的差别比较明显,相关性差。所有与低压w相绕组相关的测试结果均显示有明显异常,绕组频率响应指示 w相绕组明显变形,2号主变压器低压绕组变形低频段相关系数最低值为 0.86,规程规定低频值大于0.6小于1应为明显变形[2],故可判定变压器受短路电流冲击后绕组变形。

1.4 油色谱试验

对变压器取样进行色谱分析,发现事故后油中含有乙炔体积比为 12.46μL/L,总烃体积比为24.69μL/L,事故前总烃体积比 3.95μL/L,乙炔体积比为 0,经诊断该变压器内部存放电性故障。

从表3可看出,2号主变压器内部已产生电弧放电。根据以上分析,可认为10 kV低压w相绕组在受到短路电流冲击后,致使绕组变形,部分绕组扭曲变形可能造成匝间、层间短路,并伴随电弧放电。

2 返厂解体检查情况

返厂吊罩进行解体检查,高压侧绕组各部位外观均无异常现象。低压侧w相绕组严重变形,由于轴向电动力作用在铁心结构上,铁心出现结构失稳和变形。变压器在遭受突发短路时,高低压侧都将受很大的短路电流,在断路器来不及断开的很短时间内,短路电流产生与电流平方成正比的电动力将作用于变压器的绕组,此电动力可分为辐向力和轴向力。在短路时,作用在绕组上的辐向力将使高压绕组受到张力,低压绕组受到压力。由于绕组为圆形,圆形物体受压力比受张力更易变形,因此低压绕组更易变形。在突发短路时产生的轴向力使绕组压缩和使高低压绕组发生轴向位移,轴向力也作用于铁心和夹件,因此变压器在遭受突发短路时,最容易发生变形的是低压绕组,然后是高压绕组、铁心和夹件。

表3 变压器取样色谱及对比数据

3 结语及建议

a.绕组电容与绕组尺寸、相对位置、绝缘介质相关,绕组的等值电容量可直接反映出各绕组间、绕组对铁心、绕组对箱体及地的相对位置和绕组的自身结构。当绕组发生相对位移时,电容值改变,从而可判断其是否有结构变化,严重变形时会导致绕组电容值发生明显变化,一般被测电容值与历史数据相比差别大于 10%时,绕组可能已经发生中度偏轻变形;大于 15%时,变压器内部可能存在绕组严重变形,应立即做绕组变形测试、局部放电试验,以确定该变压器是否继续运行。一般情况下,绕组中度变形的变压器,无法承受住下一次出口短路的冲击。

b.短路阻抗法由于有简明、量化的判据,每台变压器出厂时也都有短路阻抗的原始测试值可供比较,并且短路阻抗测试法对测试人员的专业水平要求不高,因而更易于现场实施和掌握,但是存在试验电源容量大,试验设备沉重等不利因素。

c.频率响应分析法在现场能灵敏地反映和检测绕组变形故障,可在变压器不吊罩情况下检测出相当于短路阻抗变化0.2%或者轴向尺寸变化0.3%的绕组变形现象[3],但由于该方法受干扰因素很多,其诊断的不确定性很高。

综上所述,对变压器进行绕组变形测试时,应对比多种测试手段,特别是利用低电压阻抗测试和频率响应测试相结合,并和常规试验的电容量测试互相验证,可以使变压器绕组变形测试和分析判断更加完善和准确。

[1]韩爱芝.判断变压器绕组变形的简单方法[J].变压器,2003,(4):8.

[2]DL/T911— 2004,电力变压器绕组变形的频率响应分析法[S].

[3]陈天翔 ,王寅仲,海世杰.电气试验 (第 2版)[M].北京:中国电力出版社,2011,118.