江西贛州供電公司 肖舒中

主變近區(qū)短路后的電氣試驗(yàn)及診斷分析

江西贛州供電公司 肖舒中

在現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，其核心設(shè)備是大型電力變壓器。變壓器的運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，關(guān)系到供電的可靠性。而近區(qū)短路故障會(huì)造成變壓器的損壞，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這就要求相關(guān)工作部門(mén)通過(guò)有效的電氣試驗(yàn)對(duì)其故障原因進(jìn)行診斷，保證變壓器正常運(yùn)行。本文對(duì)主變近區(qū)短路后的電氣試驗(yàn)及診斷措施進(jìn)行了深入地探討，詳細(xì)分析了絕緣電阻試驗(yàn)、繞組直流電阻測(cè)量、油色譜分析以及繞組變形測(cè)試四種方法，希望能為相關(guān)工作人員的工作提供參考。

主變近區(qū)短路；電氣試驗(yàn)；變壓器；絕緣電阻

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人們生活水平的提高，對(duì)電力能源的需求越來(lái)越多，對(duì)供電質(zhì)量也提出了更高的要求，這就決定了現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)必須加強(qiáng)監(jiān)督、管理，確保其供電的穩(wěn)定性、安全性與可靠性。然而近年來(lái)，變壓器頻頻發(fā)生故障，阻礙了電網(wǎng)的正常運(yùn)行，不僅給人們的生活與工作帶來(lái)很多不便，還影響到了各行各業(yè)的正常運(yùn)行，阻礙了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)。而且，供電質(zhì)量的下降也在一定程度上影響到了電力企業(yè)自身的信譽(yù)與品牌建設(shè)，給其帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。所以相關(guān)部門(mén)單位有必要加強(qiáng)對(duì)變壓器故障的重視與研究。經(jīng)調(diào)查，變壓器的損壞很大一部分是由近區(qū)短路故障造成的，因此，對(duì)短路電流沖擊后的變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)于變壓器損傷狀況的診斷、變壓器損傷率的降低以及停電損失的減少具有重要意義。

1　 絕緣電阻試驗(yàn)

大量試驗(yàn)證明，大短路電流會(huì)在一定程度上引發(fā)變壓器繞組的變形。大短路電流的作用下會(huì)產(chǎn)生電磁力，當(dāng)變壓器繞組置于這些電磁力中時(shí)，會(huì)發(fā)生初始機(jī)械形變，且其機(jī)械形變的程度會(huì)短路電流的層疊、加劇而加大，導(dǎo)致匝、股間的短路，從而造成局部放電。機(jī)械形變會(huì)一直惡化，直至主絕緣整段都產(chǎn)生放電或是被徹底擊穿，使主絕緣遭到嚴(yán)重的損壞。在生活中常常有一些變壓器超越了使用年限而不被察覺(jué)，其主絕緣工程已經(jīng)由于設(shè)備的老化而逐漸退化，發(fā)生了一定程度的損傷，不僅影響到了變壓器的使用性能和電網(wǎng)的正常運(yùn)行，還降低了其防雷能力，使其在雷擊的作用下很容易被擊穿，從而產(chǎn)生放電的現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇變壓器所受到的損傷，為電網(wǎng)運(yùn)行埋下安全隱患。實(shí)踐證明，通過(guò)繞組絕緣電阻試驗(yàn)，可以直觀地展示主絕緣逐漸劣化的完整過(guò)程，從而更好地對(duì)其進(jìn)行研究與診斷。因此，相關(guān)部門(mén)有必要加強(qiáng)對(duì)絕緣電阻試驗(yàn)的了解與重視。在進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)的過(guò)程中，一定要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定與實(shí)驗(yàn)操作流程。通常情況下，絕緣電阻的測(cè)量會(huì)使用2500V的搖表，結(jié)合試驗(yàn)的具體情況有時(shí)也可采用5000V的搖表。測(cè)量結(jié)果一般至少是兩個(gè)，測(cè)量后應(yīng)將本次的測(cè)量結(jié)果與上一次的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如果絕緣正常，前后兩次測(cè)量得到的結(jié)果應(yīng)沒(méi)有太大的差別，在測(cè)量環(huán)境溫度相同的前提下，其結(jié)果應(yīng)不小于出廠時(shí)的70%。當(dāng)測(cè)量溫度為20℃時(shí)，V 的變壓器的絕緣電阻值應(yīng)保證不的變壓器的絕緣電阻值應(yīng)保證不小于600MΩ，而小于或等于110kV的變壓器的絕緣電阻值應(yīng)保證不小于400MΩ.此外，在對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行診斷時(shí)還應(yīng)結(jié)合其他繞組試驗(yàn)進(jìn)行，通過(guò)多方面的數(shù)據(jù)對(duì)比，確保診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性[1]。

2　 繞組直流電阻測(cè)量

我們已經(jīng)知道，短路電流會(huì)對(duì)繞組產(chǎn)生影響，使其受到電磁力的作用，從而發(fā)生初始機(jī)械形變。此外，如果大量短路電于同一時(shí)刻以很快的速度穿過(guò)整個(gè)繞組，也會(huì)對(duì)繞組造成一定程度的損傷，尤其是其抗損力很低的薄弱環(huán)節(jié)。比如在調(diào)壓分接頭、套印線接頭的使用過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)接觸不良或者過(guò)熱的現(xiàn)象，這時(shí)應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行檢修處理。但由于使用者的疏忽或相關(guān)單位的不重視，常常不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、及時(shí)解決，從而使接觸不良的部位繼續(xù)發(fā)熱，直至融化、燒斷，最終燒壞變壓器。通過(guò)繞組直流電阻的測(cè)量，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)匝、股間的短路現(xiàn)象與相關(guān)接頭之間的接觸不良現(xiàn)象，以在第一時(shí)間內(nèi)采取有效的措施進(jìn)行處理，防止發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)注意對(duì)接觸問(wèn)題的分析與研究，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果在繞組直流電阻的測(cè)量中，發(fā)現(xiàn)實(shí)際測(cè)得的電阻值要大于規(guī)定允許范圍，就要交于專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)地分析、研究，并最好與油色譜分析的數(shù)據(jù)和其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，進(jìn)行全面、深入地探討，以增加診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果實(shí)際測(cè)得的電阻值大于固定允許范圍且油色譜分析數(shù)據(jù)也大于標(biāo)準(zhǔn)范圍，就證明此變壓器已經(jīng)在短路電流的影響下發(fā)生了嚴(yán)重的損壞[2]。

3　 油色譜分析

現(xiàn)階段我國(guó)的電力系統(tǒng)中，很多大型的電力變壓器都通過(guò)油紙組合進(jìn)行絕緣。一旦電力變壓器的內(nèi)部由于某些原因發(fā)生近區(qū)短路等故障，其短路電流引發(fā)的高溫就會(huì)對(duì)油紙材料產(chǎn)生影響，使其在化學(xué)效應(yīng)的作用下發(fā)生反應(yīng)，裂解出一氧化碳、二氧化碳、氫氣以及C2H2等低分子的碳水化合物。如果故障未及時(shí)解決，其部門(mén)的溫度就會(huì)持續(xù)升高，而油紙材料裂解物中的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)不同的烴類(lèi)化合物會(huì)隨之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，繼續(xù)發(fā)生裂解，并生成烯烴、烷烴等產(chǎn)物。這些由化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的各種氣體會(huì)形成氣泡溶于油中，并在對(duì)流、擴(kuò)散的作用下，逐漸溶解。因此，對(duì)油中最終溶解的氣體進(jìn)行濾除研究，分析其具體組成以及各成分的含量，就可了解變壓器在發(fā)生近區(qū)短路故障后的實(shí)際損傷狀況，有助于對(duì)變壓受損程度的判斷與受損位置的確定，從而為變壓器檢修人員的工作提供便利，在降低其檢修難度的同時(shí)，還增加了檢修的效率[3]。實(shí)踐證明，油色譜分析是一種有效的主變近區(qū)短路故障診斷方法，通過(guò)該試驗(yàn)，可以相對(duì)準(zhǔn)確地對(duì)變壓器的實(shí)際工作情況與具體故障性質(zhì)作出判斷。但是，由于主變近區(qū)短路這種故障常常發(fā)生在一瞬間，且其裂解產(chǎn)生氣體的速度也很快，所以會(huì)出現(xiàn)一些氣體一產(chǎn)生就進(jìn)入到氣體的繼電器中，從而未能在油中溶解的現(xiàn)象，導(dǎo)致分析結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。因此，該診斷方法應(yīng)用于主變近區(qū)短路的故障診斷時(shí)需特別注意，在進(jìn)行油中氣體分析的基礎(chǔ)上，還應(yīng)對(duì)氣體繼電器中的氣體進(jìn)行色譜分析，并結(jié)合其分析結(jié)果進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)氣體的顏色等表征對(duì)故障做出相應(yīng)的判斷。如果氣體本身無(wú)明顯顏色、無(wú)味，且不能被燃燒，就可以斷定該氣體不是氮?dú)饣蛘呖諝?。而若該氣體有一定的顏色，且可以被引燃，就證明氣體是由變壓器發(fā)生故障所產(chǎn)生的[4]。

4　 繞組變形測(cè)試

目前，繞組變形的測(cè)試主要依靠頻率響應(yīng)法進(jìn)行，其工作原理是借助掃頻儀對(duì)繞組進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)不同頻率段影響下繞組的響應(yīng)特征，繪制出相應(yīng)的頻響曲線。需要注意的是，這條頻響曲線具有唯一性，也就是說(shuō)，當(dāng)繞組的物理結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化時(shí)，其頻響曲線也就不會(huì)發(fā)生改變，是固定的。由于不同種類(lèi)的變壓器在制作方法、制作流程以及制作工藝上有很大不同，而且即使是同一種類(lèi)變壓器，其生產(chǎn)過(guò)程的具體操作行為、實(shí)際出廠性能準(zhǔn)也是有一定差異的，因此，每個(gè)變壓器的頻響曲線都不同，且該頻響曲線對(duì)該變壓器是唯一的。這在一定程度上和人的指紋很像，所以繞組變性試驗(yàn)也常常被人們稱(chēng)為指紋試驗(yàn)。如果繞組中的確存在諸如機(jī)械結(jié)構(gòu)等各種薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)繞組受到較大的短路電流沖擊時(shí)，就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的機(jī)械形變，無(wú)論該形變多么微弱，都逃不過(guò)繞組變形測(cè)試，其試驗(yàn)中產(chǎn)生的頻響曲線會(huì)直觀地將該形變展現(xiàn)出來(lái)。因此，繞組變形測(cè)試具有很強(qiáng)的準(zhǔn)確性與可靠性，相關(guān)工作部門(mén)應(yīng)對(duì)其加以重視，當(dāng)變壓器發(fā)生近區(qū)短路故障時(shí)，積極對(duì)其進(jìn)行繞組變形測(cè)試，并制定科學(xué)、完善的測(cè)試措施，確保檢驗(yàn)的有序性、高效性，不僅節(jié)省了電氣試驗(yàn)耗費(fèi)的人力與物力，有效減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)、節(jié)約了檢修成本，其診斷質(zhì)量也得到了大大的提高，對(duì)于決定變壓器是投入繼續(xù)使用還是及時(shí)退出具有重要意義[5]。

5　 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上文對(duì)絕緣電阻試驗(yàn)、繞組直流電阻測(cè)量、油色譜分析以及繞組變形測(cè)試四項(xiàng)電氣試驗(yàn)方法的分析與應(yīng)用研究，得出“四測(cè)分析法”已經(jīng)基本上能滿足現(xiàn)階段我國(guó)變壓器在近區(qū)短路故障后的診斷要求。電力相關(guān)部分應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其的重視，在發(fā)生近區(qū)短路后對(duì)變壓器進(jìn)行及時(shí)、全面的測(cè)試，通過(guò)多方數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，對(duì)變壓器的受損程度做出準(zhǔn)確診斷，決定其是否可繼續(xù)投入運(yùn)行，切勿存在僥幸心理。

[1]何金松．探討主變近區(qū)短路后的電氣試驗(yàn)及診斷[J]．企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)．2013,32(18):110-111．

[2]劉愛(ài)華．主變近區(qū)短路后的電氣試驗(yàn)分析與診斷[J]．電工電氣,2013(11):50-52．

[3]任凌凌,楊文方．王臺(tái)鋪礦35kV變電站主變近區(qū)短路后的試驗(yàn)分析[J]．煤．2014(12):76-77．

[4]胡海寧,周力行．近區(qū)短路對(duì)變壓器的影響及診斷方法[J]．變壓器．2013,50(11)73-76．