張文韜 國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司

變壓器繞組由于外部短路等原因?qū)е伦冃紊踔疗茡p的故障較為常見，這對電力網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性有很大的影響。變壓器繞組變形是設(shè)備運(yùn)行時常見的故障類型，在一定程度上制約了變壓器安全運(yùn)行。

在復(fù)雜多變的運(yùn)行環(huán)境下，由于設(shè)備質(zhì)量、電網(wǎng)負(fù)荷波動、外界因素等原因，主變壓器故障時有發(fā)生。主變壓器跳閘后能否繼續(xù)投入運(yùn)行，就需要在現(xiàn)場對主變進(jìn)行試驗診斷及故障分析。這就對現(xiàn)場事故分析及診斷能力提出了更高的要求。

一、電力變壓器繞組變形研究

（一）繞組變形類型分析

變壓器繞組變形一般有繞組松動、徑向變形以及軸向變形三種形式，當(dāng)繞組出現(xiàn)徑向變形時，繞組內(nèi)應(yīng)變、應(yīng)力最大位置以發(fā)生在導(dǎo)線窄面為主，導(dǎo)線寬面位置幾乎不發(fā)生應(yīng)變，布置在導(dǎo)線寬面上的兩根光纖幾乎不會發(fā)生應(yīng)變，但是繞組出現(xiàn)軸向變形發(fā)生概率會顯著低于徑向以及繞組松動。

（二）繞組變形原因分析

當(dāng)電流在繞組中流動時，在繞組周圍產(chǎn)生磁場。大部分磁通集中在鐵芯上，剩下的在鐵芯窗口形成漏磁通。由于變壓器繞組的結(jié)構(gòu)比較特殊，它會受到軸向力和幅向力的雙重影響。一般情況下，漏磁通很低，繞組比較穩(wěn)定。一旦出口發(fā)生短路故障，漏磁通急速增加，當(dāng)繞組達(dá)到最大承受應(yīng)力，繞組開始變形。

同時，在電力變壓器的安裝和維護(hù)中，外力使緊固件松動，這降低了繞組的短路能力。在正常狀態(tài)下，由于電動力的作用，繞組也可能發(fā)生故障。特別微小的變形，如不及時排除，當(dāng)發(fā)生短路時，繞組突然嚴(yán)重變形甚至發(fā)生非常嚴(yán)重的事故。主要變形包括：線餅傾斜、軸向變形、幅向變形、匝間/餅間短路等。

二、繞組故障檢測方法

（一）短路阻抗法

最早的檢測變壓器繞組問題的方法是短路阻抗法，額定電流為負(fù)載電流以及變壓器為空載時，繞組形變依靠對變壓器的阻抗情況測量可以得到有效解決。這一檢測原理是根據(jù)變壓器原理總結(jié)所得，電阻和漏抗組成了變壓器繞組。變壓器繞組的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了繞組阻抗的大小。當(dāng)繞組發(fā)生形變時，阻抗也會發(fā)生變化。為了提前檢測變壓器繞組故障問題，可以進(jìn)行周期性的阻抗測量。將周期內(nèi)測得的結(jié)果與正常情況下的阻抗數(shù)值對比，如果數(shù)值對比上存在明顯的差異，那么則認(rèn)為發(fā)生了形變，此時就需對變壓器進(jìn)行檢查。在長期的實踐與變壓器運(yùn)作經(jīng)驗當(dāng)中表明，短路阻抗法是非常有用且成熟的繞組變形監(jiān)測方法，目前已形成行業(yè)規(guī)范網(wǎng)。但是這一方法也存在缺點，就是只能在變壓器離線時進(jìn)行檢測。

（二）頻響分析法

頻響分析法（FRA）與短路阻抗測試法十分相似。二者之間的區(qū)別是頻響分析法測量的是輸出信號。變壓器繞組由于無電源，所以可將其視作線性無源網(wǎng)絡(luò)。對輸出信號的進(jìn)行觀察。所以當(dāng)輸出信號與正常信號對比之間出現(xiàn)明顯差異時，就可以認(rèn)為變壓器繞組發(fā)生了形變。與短路阻抗法一致，此種方法也需要在變壓器處于離線狀態(tài)時方可使用，在變壓器離線狀態(tài)時施加正弦波掃描信號。由于輸出信號的要求并沒有明確的規(guī)定要求，因此需要檢測人員極高的技術(shù)水平與工作經(jīng)驗，同時這也是頻響分析法的缺點。

（三）掃頻阻抗法

掃頻阻抗法是一種新型的變壓器繞組變形檢測方法，可以在一次測試中獲得變壓器繞組掃頻阻抗曲線和短路阻抗值，可以有效減少多次布線引起的誤差掃動阻抗測試系統(tǒng)的配置包括信號發(fā)生器、功率放大器、數(shù)據(jù)收集卡、采樣電阻、PC機(jī)、連接線、固定裝置等。

掃頻阻抗法用于變壓器繞組變形的檢測，其結(jié)合頻率響應(yīng)法和短路阻抗法的優(yōu)勢，可以在一次測試中即獲得頻譜特性，同時也可以得到短路阻抗信息。

掃頻阻抗譜與頻率響應(yīng)曲線類似，都由多個波峰和波谷構(gòu)成。當(dāng)?shù)刃Ю@組模型發(fā)生串聯(lián)諧振時，串聯(lián)阻抗為零，并且在幅值譜中形成波谷。當(dāng)發(fā)生并聯(lián)諧振時并聯(lián)阻抗無窮大，在幅值譜中形成波峰。

三、案例概述

如何檢測變壓器繞組變形并診斷繞組的運(yùn)行狀況、在重大故障發(fā)生前排除故障是提高電力系統(tǒng)供電可靠性必須解決的問題，對推動我國堅強(qiáng)電力系統(tǒng)建設(shè)至關(guān)重要。基于此，本文以實際工程案例展開分析概述。

（一）試驗背景

2018年6月21日，在一年一度的主變迎峰度夏色譜試驗中，公司變電運(yùn)檢中心電氣試驗班發(fā)現(xiàn)某公司送檢的35kVXX變2號主變烴類氣體含量驟增，乙炔含量由2017年6月22日的0.52μL/L驟增到61.44μL/L，隨后對該臺主變絕緣油進(jìn)行多次跟蹤檢測，并將試驗結(jié)果反饋至該公司。該公司并未對2號主變做進(jìn)一步處理。直至2019年12月1日，該供電公司對35kVXX變2號主變絕緣油進(jìn)行濾油，在濾油后乙炔含量變?yōu)?.55μL/L，但在投運(yùn)僅短暫兩天后，乙炔含量再次增加到2.9μL/L。根據(jù)油色譜化驗結(jié)果，試驗人員判斷該臺主變內(nèi)部存在電弧放電現(xiàn)象。

（二）現(xiàn)場試驗分析

2020年4月16日，由 該 公 司 委 托 對35kVXX變2號主變進(jìn)行現(xiàn)場電氣診斷試驗。根據(jù)油色譜試驗數(shù)據(jù)，試驗人員懷疑該主變內(nèi)部存在放電缺陷，現(xiàn)場先進(jìn)行了絕緣試驗項目：繞組絕緣電阻、繞組連同套管的直流電阻，電壓比、繞組連同套管的介損電容量、繞組直流泄漏、有載分接開關(guān)試驗、油質(zhì)化驗等試驗，試驗數(shù)據(jù)均未發(fā)現(xiàn)問題。此時試驗人員仍懷疑繞組存在問題，遂用頻響法進(jìn)行了繞組變形試驗。

繞組變形試驗數(shù)據(jù)：測試儀器為北京圣泰TDT6U，環(huán)境溫度14.2℃，環(huán)境溫度12%，對2號主變高低壓繞組頻響曲線分析后，發(fā)現(xiàn)35千伏側(cè)CA繞組與AB、BC繞組幅頻響應(yīng)特性曲線，在大于350kHz的中頻段及高頻段的波峰、波谷發(fā)生明顯變化，由此斷定高壓繞組存在扭曲、鼓包等局部變形現(xiàn)象或線圈整體移位或引線位移等情況。低壓側(cè)10kV繞組三相頻響曲線一致，繞組無明顯變形。

（三）返廠解體檢查情況及原因分析

2020年4月27日，公司決定對繞組存在嚴(yán)重變形的2號主變返廠解體，縣公司人員進(jìn)行旁站監(jiān)督，解體檢查情況如下：吊罩后繞組外觀檢查發(fā)現(xiàn)，35kV側(cè)繞組A相、C相中部分接段存在明顯鼓包和變形，線餅位移現(xiàn)象；繞組及鐵芯試驗情況顯示，對鐵芯及繞組進(jìn)行絕緣試驗，繞組導(dǎo)線絕緣由于線餅移位而損壞。

吊心檢查情況總結(jié)：變壓器A、C相高壓繞組在中部分接段存在明顯鼓包和變形、線餅位移現(xiàn)象。繞組導(dǎo)線絕緣由于線餅移位而損壞，線餅局部有放電痕跡。變壓器套裝絕緣件變形、開裂，器身有積碳，油污痕跡。油箱在管接頭焊接位置、組件密封處有滲油現(xiàn)象。

原因分析：根據(jù)運(yùn)行情況分析，35kVXX變因112安龍線出口短路，造成10kV甲母A、B相電壓互感器炸裂，對2號變壓器本體造成沖擊，且該主變?yōu)殇X質(zhì)繞組，抗短路能力差，在較大的短路沖擊電流下而產(chǎn)生變形，A、C相繞組中部位移、鼓包嚴(yán)重，造成絕緣損壞，線餅局部產(chǎn)生放電，從而形成乙炔。

變壓器油氣相色譜分析能靈敏反應(yīng)變壓器內(nèi)部異常和缺陷。當(dāng)化驗結(jié)果出現(xiàn)乙炔時，應(yīng)及時對主變進(jìn)行診斷試驗；由于缺陷的部位、發(fā)展情況不一樣，現(xiàn)場試驗分析存在一定的復(fù)雜性，單純的絕緣試驗不足以全面反映主變狀況，需綜合分析；當(dāng)主變出口短路或近區(qū)短路，應(yīng)立即進(jìn)行絕緣油色譜試驗及停電進(jìn)行繞組變形試驗，確保主變健康運(yùn)行。由于鋁質(zhì)繞組不滿足抗短路能力要

求，在設(shè)備選取時應(yīng)避免選用鋁質(zhì)繞組變壓器，必要時開展抗短路能力校驗。

四、結(jié)束語

變壓器類設(shè)備是電力系統(tǒng)中重要的主設(shè)備，直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。基于此，本文結(jié)合現(xiàn)場1臺35千伏主變壓器的診斷試驗情況，對現(xiàn)場變壓器故障分析試驗的重要性進(jìn)行分析，意在為同行業(yè)者提供參考意見。