趙 胤，李華丹，董典帥

(無(wú)錫供電公司，江蘇無(wú)錫 214072)

變壓器電容量與介質(zhì)損耗正切角tgδ的測(cè)試值可以靈敏地發(fā)現(xiàn)油浸式電力變壓器整體是否受潮、油或紙絕緣是否劣化，并可以作為判別變壓器繞組是否變形的輔助手段。查找變壓器電容量與介質(zhì)損耗正切角數(shù)據(jù)超標(biāo)原因，需要依據(jù)變壓器自身結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)歷史數(shù)據(jù)、變壓器等值電路參數(shù)、變壓器油色譜等進(jìn)行綜合判斷。依據(jù)變壓器絕緣等效電容圖進(jìn)行理論計(jì)算，可以較準(zhǔn)確的查明缺陷的大致部位，為排除隱患提供理論依據(jù)。本文針對(duì)某110 kV 主變低壓繞組電容量與tgδ 超標(biāo)，依據(jù)該變壓器絕緣等效電容圖進(jìn)行理論計(jì)算、并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，成功查明數(shù)據(jù)超標(biāo)原因?yàn)樽儔浩麒F心接地不良。

1 主變?cè)囼?yàn)過(guò)程及試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2013年10 月，對(duì)某變電所110 kV 主變進(jìn)行例行性試驗(yàn)。型號(hào)SFSZ8-50000/110，額定電壓110±3×2.5%/38.5±5%/10.5 kV，額定電流264.2/749.8/2749 A，連接組別YN，yn0，d11。試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度23℃，環(huán)境濕度70%，主變上層油溫35℃，有載調(diào)壓開關(guān)在第一檔位，中壓無(wú)載調(diào)壓開關(guān)在第三檔位，拆除主變各側(cè)連接導(dǎo)線后，按照頻響法測(cè)繞組變形、直流電阻、低電壓短路阻抗、絕緣電阻、介損及電容量測(cè)試的項(xiàng)目順序進(jìn)行試驗(yàn)，異常數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 某110 kV 主變介損及電容量試驗(yàn)異常數(shù)據(jù)

表1 中，ΔC%為2013年10 月與1993年9 月電容量相比的偏差百分?jǐn)?shù)。低—高中繞組及地電容量為17 160 pF 與原始數(shù)據(jù)偏差為-5.77%，低—高中繞組及地介質(zhì)損耗為5.04%，根據(jù)江蘇省電力公司《輸變電設(shè)備交接與狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)的要求，低—高中地繞組介損和電容量數(shù)據(jù)不合格（規(guī)程值電容量與初始值偏差警示值為±5%，介損警示值為0.8%）。

2 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)故障查找過(guò)程

現(xiàn)場(chǎng)更換試驗(yàn)電橋，重新測(cè)量，“低—高中繞組及地”介損和電容量測(cè)試值無(wú)明顯變化，由此可排除儀器影響因素。由于該主變“低—高中繞組及地”電容量與原始數(shù)據(jù)對(duì)比減小明顯，因此可知測(cè)試回路中有額外的電容串入。本試驗(yàn)“高—中低地”、“中—高低地”的試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常，因此重點(diǎn)懷疑低壓與鐵心間的絕緣存在問(wèn)題。

變壓器中影響低壓線圈介損及電容量的部位和部件，主要是低壓線圈與中壓線圈及鐵心間的絕緣結(jié)構(gòu)，由此在現(xiàn)場(chǎng)增加了“鐵心—地”、“低壓—中壓繞組”、“低壓繞組—鐵心”的電容量與介質(zhì)損耗測(cè)量，其測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 鐵心相關(guān)部位介損及電容量測(cè)試數(shù)據(jù)

由表2 可見“低壓繞組—中壓繞組”數(shù)據(jù)正常；“鐵心—地”介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)偏大；“低壓繞組—鐵心”介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)異常，這2個(gè)數(shù)據(jù)均與鐵心有關(guān)。所以重點(diǎn)對(duì)鐵心回路進(jìn)行排查，并最終發(fā)現(xiàn)了數(shù)據(jù)異常原因。試驗(yàn)人員分別使用萬(wàn)用表、2500 V 兆歐表對(duì)接地引下線與變壓器外殼間進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)萬(wàn)用表測(cè)試數(shù)據(jù)為600 kΩ，而用2500 V 兆歐表測(cè)量其對(duì)外殼的絕緣電阻是0.3 MΩ，由于變壓器外殼接地良好，由此可知變壓器鐵心接地引下線接地不良。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開挖，發(fā)現(xiàn)該變壓器接地引下線埋在鵝卵石下的部分已經(jīng)銹斷。

將該變壓器鐵心正確接地后，重新進(jìn)行變壓器常規(guī)試驗(yàn)，其全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，其中整體電容量與介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 鐵心正確接地后的整體電容量與介質(zhì)損耗測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 中ΔC%為2013年10 月與1993年9 月電容量相比的偏差百分?jǐn)?shù)。對(duì)比表1 和表3 可知，“低—高中繞組及地”的數(shù)據(jù)合格，“高—中低繞組及地”的數(shù)據(jù)無(wú)顯著變化，“中—高低繞組及地”只有電容量小了40 pF，即說(shuō)明在本例中，在進(jìn)行介損及電容量試驗(yàn)時(shí)鐵心是否接地對(duì)低壓線圈的影響是巨大的，而對(duì)高中壓線圈影響微小。

3 應(yīng)用等效圖分析數(shù)據(jù)異常原因

根據(jù)該主變結(jié)構(gòu)，進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)主變各主要部件間絕緣的等效電容圖如圖1 所示[1]。

圖1 某110 kV 變壓器主絕緣等效電容圖（忽略電阻）

圖1 中，CHE為高壓繞組對(duì)箱體電容；CHT為高壓繞組對(duì)鐵心電容；CHM為高壓繞組對(duì)低壓繞電容；CHD為高壓繞組對(duì)鐵軛及夾件或接地地屏D 電容；中、低壓繞組相關(guān)部位電容量命名原則與此一致；CTE為鐵心對(duì)箱體電容；CTD為鐵心對(duì)鐵軛等接地部件電容；K為鐵心接地引下線示意虛擬開關(guān)（K“合位”則鐵心接地良好，K“分位”則鐵心接地不良）。

圖1 中地屏D 是某些變壓器為了屏蔽鐵心的棱角，在其外用金屬帶將其包裹，以達(dá)到均勻電場(chǎng)的目的，該金屬帶應(yīng)與鐵心或夾件連接接地[2]。本文中該110 kV 變壓器雖然沒(méi)有地屏，只有鐵心引出接地，說(shuō)明夾件與鐵軛都是在變壓器內(nèi)接地，因此三側(cè)線圈和鐵心對(duì)接地部件間均存在電容回路。當(dāng)鐵心接地時(shí)（開關(guān)K 合位），CTD被短接；當(dāng)鐵心失去接地時(shí)（開關(guān)K 分開），鐵心處于懸浮電位，同時(shí)CTD有可能參與到測(cè)試回路中。根據(jù)圖1 將表1、表2、表3的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，如表4 所示。

表4 電容及介損試驗(yàn)實(shí)際測(cè)試回路表

表4 中序號(hào)1，3，5為鐵心未接地時(shí)（即開關(guān)K 斷開）的測(cè)試數(shù)據(jù)，序號(hào)2，4，6為鐵心接地時(shí)（即開關(guān)K合上）的測(cè)試數(shù)據(jù)。在K 分、合2 種情況下,由表4 中序號(hào)7的數(shù)據(jù)可知鐵心對(duì)地電容量有24 720 pF。將序號(hào)1 和序號(hào)2 對(duì)應(yīng)的電容量及等效電容組合分別相減，可得CHT-[CHT串（CTD+CTE）]=0，即鐵心對(duì)地電容量，（CTD+CTE）和CHT串聯(lián)后的電容量與CHT本身的電容量接近，所以CHT的電容值很小，可推算出甚至接近于0；同理CMT的電容量也很??；所以CHT，CMT對(duì)各自線圈的總電容量測(cè)試值影響較小可忽略。依據(jù)介質(zhì)串、并聯(lián)介損公式,由表4 序號(hào)5至8 聯(lián)列介損和電容量關(guān)系方程組，可解得：

上述數(shù)據(jù)與序號(hào)9 一起構(gòu)成矛盾的結(jié)果，經(jīng)過(guò)分析可由以下幾個(gè)因素導(dǎo)致：

（1）鐵心接地狀況對(duì)三側(cè)線圈電容的影響不同。其中CHT，CMT很小而CLT較大，這是因?yàn)殍F心由低壓線圈包圍，鐵心與低壓線圈之間距離較近，其電容量較大；當(dāng)鐵心不接地時(shí)該支路串入鐵心對(duì)地的電容，致使總電容減?。欢咧袎壕€圈在低壓線圈外側(cè)，輻向與鐵心沒(méi)有直接的電容聯(lián)系，因此其與鐵心之間的聯(lián)系主要在端部，等效極板面積較小，且距離較遠(yuǎn)，其電容量較小，鐵心與地之間電容對(duì)該支路的影響可以忽略。

（2）鐵心接地狀況對(duì)介損測(cè)量的影響。鐵心接地不良時(shí)，鐵心會(huì)產(chǎn)生懸浮放電帶來(lái)測(cè)量的不確定性；鐵心硅鋼片間的絕緣漆附加電阻,使測(cè)試電流經(jīng)過(guò)鐵心后含有大量阻性分量，導(dǎo)致介損增大[3]；當(dāng)鐵心不接地時(shí)，接地部件的存在對(duì)低壓線圈和鐵心間測(cè)量回路帶來(lái)的復(fù)雜影響，即采用集中參數(shù)是無(wú)法準(zhǔn)確模擬分布參數(shù)形成的網(wǎng)絡(luò)，例如T 型網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)對(duì)正接線測(cè)量造成負(fù)介損的結(jié)果所以在不同的接線方式下測(cè)得的介損分散性很大。同樣由于低壓線圈與鐵心聯(lián)系較緊密，故其所受影響較大。在不同的接線方式下這幾個(gè)因素的影響是不一樣的。例如在測(cè)量低壓線圈對(duì)鐵心的介損時(shí)，分布網(wǎng)絡(luò)和鐵心損耗會(huì)起作用。因此在鐵心不接地的情況下，測(cè)得的這些數(shù)據(jù)是無(wú)效的。

（3）當(dāng)鐵心接地后（開關(guān)K 合上），鐵心與地屏等電位，則它們間的分布影響及懸浮放電就不存在了，此時(shí)的數(shù)據(jù)才能反映絕緣的實(shí)際情況。

從以上幾個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目可見當(dāng)鐵心不接地時(shí)，鐵心與接地部件間電容及鐵心懸浮放電將會(huì)影響到部分試驗(yàn)項(xiàng)目的準(zhǔn)確性。

4 鐵心接地狀況對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響

為保證試驗(yàn)結(jié)果的正確性，在變壓器鐵心接地良好后，對(duì)先前完成的頻響、直流電阻、低電壓短路阻抗和絕緣電阻試驗(yàn)按照順序重做一遍，發(fā)現(xiàn)頻響和絕緣電阻與先前的結(jié)果有差異，而直流電阻和低電壓短路阻抗由于與主絕緣電容量關(guān)系不大，因此沒(méi)有變化。

4.1 頻率響應(yīng)曲線測(cè)試

鐵心接地前后的頻率響應(yīng)圖如圖2—10 所示。

圖2 鐵心未接地時(shí)高壓三相頻率響應(yīng)圖

圖3 鐵心接地時(shí)高壓三相頻率響應(yīng)圖

根據(jù)頻響理論，在低頻段主要反映感抗，在高頻段主要反映容抗，而在中頻段反映2 者的綜合作用，從3張對(duì)比圖可清晰的在200 kHz 以后當(dāng)容抗作用逐漸增大時(shí)，鐵心接地前后的頻響曲線開始發(fā)生較大的分歧，即說(shuō)明鐵心接地是否可靠將通過(guò)電容效應(yīng)的形式反映在頻響曲線上。鐵心接地狀況對(duì)頻率響應(yīng)曲線的影響明顯，通過(guò)本文的對(duì)比，可以給出如下啟示：若同一臺(tái)主變?nèi)囝l響曲線一致，而同歷史數(shù)據(jù)相比有較大差別（排除試驗(yàn)儀器的影響），則可查找鐵心的接地狀況。

圖4 高壓A 相在鐵心未接地及接地2 種情況下頻率響應(yīng)對(duì)比圖

圖5 鐵心未接地時(shí)中壓三相頻率響應(yīng)圖

圖6 鐵心接地時(shí)中壓三相頻率響應(yīng)圖

圖7 中壓A 相在鐵心未接地及接地2 種情況下頻率響應(yīng)圖對(duì)比圖

圖8 鐵心未接地時(shí)低壓三相頻率響應(yīng)圖

圖9 鐵心接地時(shí)低壓三相頻率響應(yīng)圖

圖10 低壓ab 相在鐵心未接地及接地2 種情況下頻率響應(yīng)對(duì)比圖

4.2 絕緣電阻

與介損及電容量試驗(yàn)類似，鐵心接地情況主要是對(duì)“低—高中地”的絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)有影響，其原因?yàn)殍F心不接地時(shí)低壓線圈與鐵心間的電容又串聯(lián)了鐵心對(duì)地的電容，使該支路的絕緣電阻增大，又由于鐵心對(duì)接地部件支路較多，某些支路電容較小，導(dǎo)致吸收比減小[4]。如表5 所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

從以上4個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目可見與電容量關(guān)系密切的所受影響較大，與電容量關(guān)系不大的則幾乎不受影響。因此當(dāng)鐵心不接地時(shí)，鐵心與接地部件間電容及鐵心懸浮放電將會(huì)影響到部分試驗(yàn)項(xiàng)目的準(zhǔn)確性。變壓器電容量與介質(zhì)損耗超標(biāo)原因較為復(fù)雜，需要綜合分析判斷才能找出故障原因。通過(guò)變壓器絕緣等效電容圖模擬，并經(jīng)過(guò)電容量與介質(zhì)損耗理論計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，查明某110 kV 變壓器“低—高中繞組及地”電容量與介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)超標(biāo)原因?yàn)樽儔浩麒F心接地不良。

表5 絕緣電阻數(shù)據(jù)對(duì)比

（1）變壓器等效電路理論計(jì)算法并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，可以較準(zhǔn)確地查找各種變壓器電容量、介質(zhì)損耗超標(biāo)原因、缺陷部位，為電氣試驗(yàn)提供理論依據(jù)；

（2）測(cè)量了該變壓器鐵心接地良好與接地不良條件下頻率響應(yīng)曲線，曲線差異明顯，該試驗(yàn)結(jié)果對(duì)判別變壓器電容、介質(zhì)損耗超標(biāo)有一定的啟發(fā)意義；

（3）鐵心接地不良影響電容量與介質(zhì)損耗測(cè) 試、頻率響應(yīng)測(cè)試、絕緣電阻，但對(duì)短路阻抗、直流電阻幾乎無(wú)影響。

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