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        電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯誤接線的分析

        2021-01-28 03:36:44
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2020年23期
        關(guān)鍵詞:變壓器測量

        謝 希

        (國網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司, 重慶 404100)

        隨著電力系統(tǒng)和設(shè)備的不斷發(fā)展,各類電氣試驗(yàn)也在不斷的進(jìn)行,電氣試驗(yàn)可以診斷變壓器故障,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患。電力變壓器的核心構(gòu)件是金屬繞組,它同樣也是變壓器變壓的關(guān)鍵,一旦發(fā)生繞組錯誤接線,就會導(dǎo)致試驗(yàn)失敗,甚至引發(fā)安全事故。因此,為了保證電氣試驗(yàn)的正常進(jìn)行,獲得理想準(zhǔn)確的試驗(yàn)效果,研究分析電氣試驗(yàn)中電力變壓器的繞組錯誤接線是重中之重。電力變壓器繞組的接線環(huán)節(jié)非常重要,需要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行,接線錯誤會造成短路,甚至燒毀繞組,對電力變壓器造成嚴(yán)重危害,影響電力系統(tǒng)的正常進(jìn)行。該文對電力變壓器繞組錯誤接線進(jìn)行分析,并提出了較為完善的檢測方法,為電氣試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供保障。

        1 電氣試驗(yàn)

        電氣試驗(yàn)主要是對電力系統(tǒng)中的各個設(shè)備和線路進(jìn)行檢測,一般可以分為2類:1)破壞性試驗(yàn)。為了更直觀地測量被試驗(yàn)設(shè)備的極限性能,獲取極限參數(shù),一般會進(jìn)行破壞性試驗(yàn)。這類試驗(yàn)會損壞電氣設(shè)備的性能和質(zhì)量,對工作人員的專業(yè)素養(yǎng)要求更高,試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)也更大,常見的有直流耐壓試驗(yàn)和交流耐壓試驗(yàn)。破壞性試驗(yàn)對電力變壓器的性能要求較高,在高負(fù)荷狀態(tài)下,如果出現(xiàn)繞組接線錯誤,就會造成短路,引發(fā)設(shè)備故障。因此,在進(jìn)行此類試驗(yàn)時,工作人員一定要做好安全防護(hù)工作,保護(hù)自己的人身安全。2)非破壞性試驗(yàn)。這類試驗(yàn)通常在低電壓條件下進(jìn)行,不會對電氣設(shè)備性能產(chǎn)生過多損壞,危險(xiǎn)性相對較低,常見的有開關(guān)的動作特性試驗(yàn)和泄漏電流試驗(yàn)等。在這類試驗(yàn)過程中,如果發(fā)生繞組接線錯誤,會影響到試驗(yàn)的精確度[1]。

        2 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯誤接線的危害

        在電氣試驗(yàn)過程中,電力變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。電力變壓器運(yùn)行時難免承受短路沖擊,雖然內(nèi)部自帶的斷路器可以采取應(yīng)急機(jī)制,迅速切除短路故障,但是由于內(nèi)外部因素等很多原因會導(dǎo)致自動裝置不動作,使系統(tǒng)無法正常運(yùn)行,甚至導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生異常,造成短路,燒毀繞組。

        如果電力變壓器的繞組出現(xiàn)故障,會直接影響電氣設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性,甚至?xí)霈F(xiàn)安全問題,威脅到試驗(yàn)人員的人身安全,造成試驗(yàn)失敗。一般來說,變壓器繞組接線錯誤的影響較多。在電氣試驗(yàn)中,電力變壓器繞組接線問題是電力行業(yè)相關(guān)人員考慮的重點(diǎn),如何避免繞組錯誤接線是目前亟待思考和解決的問題。

        3 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯誤接線的原理

        電力變壓器繞組錯誤接線通常是由于受到了機(jī)械力和電動力作用,導(dǎo)致電力變壓器的繞組尺寸和形狀發(fā)生了不可逆的變化,主要表現(xiàn)為:1)軸向與徑向尺寸發(fā)生了變化。2)電力變壓器本身發(fā)生了位移。3)電力變壓器繞組扭曲、鼓包、匝相間的電流短路等[2]。

        電氣試驗(yàn)的方法較多,下面以頻率響應(yīng)法為例,對電力變壓器繞組錯誤接線進(jìn)行分析,試驗(yàn)接線圖如圖1所示。

        圖1 電力變壓器繞組錯誤接線的試驗(yàn)原理圖

        按照圖1的電路圖進(jìn)行電氣試驗(yàn),在電力變壓器繞組的一端施加掃頻信號,輸出不同頻率的電壓,并通過記錄裝置同時對不同掃描頻率下繞組兩端的對地電壓信號Ui(n)U0(n)進(jìn)行檢測和記錄相關(guān)數(shù)據(jù),并處理檢測數(shù)據(jù),得到變壓器的傳遞函數(shù),單位為dB。

        傳遞函數(shù)為H(N)=20 lg[U0(n)/Ui(n)]

        在該電氣試驗(yàn)中,主要技術(shù)支持是掃頻測量技術(shù),該技術(shù)可以測量電力變壓器繞組頻率的響應(yīng)情況,并將測量結(jié)果進(jìn)行橫向或縱向比較,從而作為比對繞組結(jié)構(gòu)特性和實(shí)際性能的重要依據(jù)。如果電力變壓器出現(xiàn)繞組接線錯誤的情況,將會影響后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。如圖1所示的錯誤接線方式,所測量的諧振峰頻率和電感值將顯著增大,試驗(yàn)結(jié)果的精確性大大降低,試驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確,無法作為數(shù)據(jù)依據(jù)用于后續(xù)工作。

        4 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯誤接線的測驗(yàn)實(shí)例

        4.1 以電氣試驗(yàn)中的工頻耐壓試驗(yàn)為例

        4.1.1 電氣試驗(yàn)的正確接線方式

        DL/T 596—2015,電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中明確指出,進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)必須采用不大于66 kV的全絕緣電力變壓器。正確的接線方式是:被試?yán)@組短接后再加高壓,非被試?yán)@組短接接地。這樣可以確認(rèn)主絕緣情況,然后考核變壓器的絕緣水平。

        4.1.2 電氣試驗(yàn)的錯誤接線方式

        工頻耐壓試驗(yàn)中的繞組錯誤接線有2種情況。

        第一種是被試?yán)@組和非被試?yán)@組均不短接。這種情況下電流同時穿過被試?yán)@組和非被試?yán)@組,但是被試?yán)@組各個部分通過的電流并不相同,越偏離A端,電流強(qiáng)度越小,不同的電流強(qiáng)度在線匝間形成了電位差,產(chǎn)生了電容升現(xiàn)象,也就是說X端的電壓遠(yuǎn)高于A端的電壓,被試?yán)@組存在很大電抗,很可能會損壞末端X端的絕緣。這種接線方式屬于錯誤接線,具有危險(xiǎn)性,操作不當(dāng)會引發(fā)安全事故,在電氣試驗(yàn)中一定要避免。

        第二種是非被試?yán)@組短接而且不接地。這種接線情況如圖2所示。

        圖2 非被試?yán)@組短接而且不接地

        圖2中,C2為非被試?yán)@組對地電容,C12為繞組間電容,R為電阻,U2為交流電壓,X和A分別表示被試?yán)@組的兩端,T1、T2為變壓器。

        這種接線方式會導(dǎo)致電流通往A端和X端的方向是相反的,此時整個電路回路的電抗不大,單從這方面看基本符合試驗(yàn)要求。但非被試?yán)@組未接地,在這種狀態(tài)下,當(dāng)?shù)蛪豪@組放置在高壓繞組的電場中時,低壓繞組會對地面產(chǎn)生電壓,如公式(1)所示。

        式中:U2為低壓繞組會對地面產(chǎn)生電壓;C2為非被試?yán)@組對地電容;C12為繞組間電容。

        由這個公式可以看出,C2的數(shù)值變小時,U2的數(shù)值就會增大,低壓繞組對地電壓就會變強(qiáng),這種情況下很容易導(dǎo)致絕緣體損壞。這種接線方法是不安全的,在試驗(yàn)中要避免這種不規(guī)范的接線方式。

        4.2 測量介質(zhì)損耗因數(shù)

        4.2.1 測量介質(zhì)損耗正確的接線方式

        測量介質(zhì)損耗因數(shù)是電氣試驗(yàn)重要的一部分,我國發(fā)布的《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中已經(jīng)規(guī)定了正確的接線方式:電力變壓器繞組必須短接,同時加接高壓,還要接地,避免產(chǎn)生繞組電感,保證試驗(yàn)的測量精確度。

        4.2.2 測量介質(zhì)損耗錯誤的接線方式

        電氣試驗(yàn)中變壓器繞組錯誤接線是比較容易犯的一個錯誤,最常見的錯誤接線就是繞組不短接。繞組不短接會導(dǎo)致測量的介質(zhì)損耗數(shù)值和實(shí)際損耗數(shù)值有一定差異;繞組短接后,測量介質(zhì)損耗的數(shù)值與實(shí)際數(shù)值的差異并不大。由此可見,介質(zhì)損耗因數(shù)的大小和繞組是否短接有一定關(guān)系,變壓器繞組錯誤接線會影響試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)度。

        5 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯誤接線的檢測方法

        在電氣試驗(yàn)中,電力變壓器繞組的軸向或徑向尺寸發(fā)生了改變,會導(dǎo)致電力變壓器繞組錯誤接線的情況出現(xiàn),電力變壓器內(nèi)部的各項(xiàng)參數(shù)也會發(fā)生變化。這種狀況下,像判斷是否出現(xiàn)繞組錯誤接線,僅通過測量電阻和電容等常規(guī)的檢測方法是很難判斷的。目前比較成熟的檢測方法是電力變壓器吊罩檢查,這種方法可以用來診斷驗(yàn)證,但這種檢測方法較為煩瑣,檢測成本較高,還會對電力變壓器本身造成損壞,雖然檢測的準(zhǔn)確率高,但仍不適合作為常用的檢測方法。接下來詳細(xì)介紹了3種電力變壓器繞組錯誤接線的檢測方法,分別為單相電源法、三相四線法和低壓電抗法,這3種方法成本較低,操作簡單,檢測速度快[3]。

        5.1 單相電源法

        電力變壓器單相電源法可以用于檢測繞組是否存在錯誤接線,該方法一般有2種接線方式。第一種是以短接的方式連接繞組的端子,然后對本側(cè)的繞組端子進(jìn)行短接,分別為B-C,C-A,A-B,短接完成后,將對應(yīng)的單相電源分別壓在A-B,B-C,C-A的端子處,建立封閉的電路系統(tǒng),由電源提供電能,分別測量每個繞組的參數(shù),依據(jù)參數(shù)的變化判斷電力變壓器繞組是否存在接線錯誤;若參數(shù)變化劇烈,則該變壓器存在繞組錯誤接線;第二種是將對側(cè)繞組的端子進(jìn)行短接,分別為a-O,b-O,c-O,短接完成后將單相電源施加在B-C,C-A,A-B的端子處,并分別測量繞組的復(fù)合參數(shù),根據(jù)參數(shù)的變化情況來判斷繞組接線是否正確,如果參數(shù)變化劇烈,則該變壓器存在繞組錯誤接線。

        5.2 三相四線法

        三相四線法與單相電源法的主要區(qū)別是該方法將所有的繞組端子進(jìn)行短接,以此作為基礎(chǔ)連接三相電源,集中對所有繞組的復(fù)合參數(shù)進(jìn)行測量,對比參數(shù)的變化情況,以此為依據(jù)判斷繞組接線是否發(fā)生錯誤。相比單相電源法,三相四線法的工作效率明顯更高。

        6 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯誤接線的檢測方法驗(yàn)證

        在某次電氣試驗(yàn)中,電力變壓器電壓為220 kV,該次試驗(yàn)成立專門的試驗(yàn)組,試驗(yàn)組成員共5人,其中1人為總負(fù)責(zé),2人為測量人員,2名為試驗(yàn)技術(shù)人員。為減小試驗(yàn)誤差,保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,該次電氣試驗(yàn)累計(jì)進(jìn)行3次試驗(yàn)來檢查變壓器繞組是否存在錯誤接線。三次試驗(yàn)所采用的方法分別為單相電源法、三相四線法和低壓電抗法,試驗(yàn)過程中做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作保障組員安全,并做好數(shù)據(jù)的記錄工作。

        在三次變壓器的繞組是否存在錯誤接線的診斷試驗(yàn)中,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:1)采用單相電源法進(jìn)行診斷,可以明顯發(fā)現(xiàn)所有測量值的波動變化都超出了正常水平,數(shù)據(jù)差值在8%~12%,測量值的波動數(shù)值大于5%的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),由此可得出結(jié)論,電力變壓器出現(xiàn)了繞組接線錯誤。2)采用三相四線法進(jìn)行診斷,測量值出現(xiàn)劇烈變動,差值區(qū)間在4.5%~15.2%,平均差值高于5.8%的標(biāo)準(zhǔn)范圍,由此可以判斷出該電力變壓器出現(xiàn)了繞組接線錯誤。3)采用低壓電抗法進(jìn)行診斷,橫比時,3個單相值的差值為4.5%~8.1%,平均差值為6.3%;縱比時,原始數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)的差值區(qū)間為5.4%~7.5%,平均差值為6.4%。橫比和縱比的差值均大于標(biāo)準(zhǔn)范圍,由此可判斷出該電力變壓器出現(xiàn)了繞組接線錯誤。

        綜合以上3種診斷方法的試驗(yàn)結(jié)果,對數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析后,可以確定該電力變壓器確實(shí)存在繞組接線錯誤。

        7 提升電氣試驗(yàn)安全性的有效措施

        7.1 做好電氣試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

        保障電氣試驗(yàn)安全性的前提是提升試驗(yàn)人員的安全意識,對參加試驗(yàn)的人員進(jìn)行培訓(xùn),在正式試驗(yàn)前開展模擬試驗(yàn),保證試驗(yàn)人員操作規(guī)范化,嚴(yán)格按照操作流程操作。另外,要注意做好防護(hù)措施,穿戴好絕緣手套、絕緣靴等。

        7.2 增強(qiáng)試驗(yàn)人員的專業(yè)素養(yǎng)和安全意識

        研究發(fā)現(xiàn),大多數(shù)電氣試驗(yàn)事故都是由于試驗(yàn)人員操作不當(dāng)造成的。因此要提高電氣試驗(yàn)的安全性,首先要加強(qiáng)對試驗(yàn)人員的培訓(xùn),確保參與試驗(yàn)的人員具備良好的專業(yè)素養(yǎng),保證持證上崗,充分了解試驗(yàn)設(shè)備和儀器的性能及要求,熟練掌握操作技術(shù)。

        7.3 試驗(yàn)過程中的安全注意事項(xiàng)

        在進(jìn)行電氣試驗(yàn)時,要嚴(yán)格按照規(guī)章制度操作,尤其注意以下2點(diǎn):①高壓試驗(yàn)時,電氣設(shè)備的外殼必須保證接地。②電氣設(shè)備在進(jìn)行試驗(yàn)前,應(yīng)先測定絕緣電阻,帶電部分不與人體接觸,試驗(yàn)結(jié)束后必須充分放電。③試驗(yàn)過程中執(zhí)行加壓操作前要認(rèn)真檢查儀器狀態(tài),確認(rèn)無誤后才可以操作。

        7.4 做好試驗(yàn)危險(xiǎn)點(diǎn)的分析和控制

        電氣試驗(yàn)具有危險(xiǎn)性,存在不安全因素,除了要規(guī)范操作,還要做好試驗(yàn)危險(xiǎn)點(diǎn)的分析和控制,主要體現(xiàn)在以下2個方面:1)掌握好試驗(yàn)的安全距離,做危險(xiǎn)系數(shù)高的操作時,盡量與試驗(yàn)點(diǎn)保持一定距離,避免安全事故的發(fā)生。2)在進(jìn)行電氣設(shè)備的絕緣和耐壓等高負(fù)荷試驗(yàn)時,試驗(yàn)人員要按照規(guī)定做好絕緣措施,保證電流泄流順暢,有序進(jìn)行地線和引線的接線工作,避免發(fā)生觸電事故。

        8 結(jié)語

        電力變壓器繞組的接線關(guān)系到電氣試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和精度,繞組接線錯誤會對電力變壓器造成損壞,影響到試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此,在電氣試驗(yàn)開始前,試驗(yàn)人員要做好準(zhǔn)備工作,并制定相對安全的試驗(yàn)方案,嚴(yán)格規(guī)范操作,采用2種及以上的方法對電力變壓器的繞組進(jìn)行檢查,及時發(fā)現(xiàn)繞組接線錯誤及時維修更換設(shè)施,有效控制試驗(yàn)危險(xiǎn)點(diǎn),從而保障試驗(yàn)的正常進(jìn)行。

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