周帆，陳欣，代正元，張慶，浦通，魯強

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南 昆明 650011）

0 前言

變壓器作為電力系統(tǒng)中，最為重要也是價值最高的設備。其安全穩(wěn)定的運行是保障電網安全的基礎。但隨著電網規(guī)模的不斷擴大，系統(tǒng)短路容量也不斷增大，變壓器受系統(tǒng)內的沖擊可能性也隨之增加。當變壓器發(fā)生近區(qū)短路時，變壓器受到突然的沖擊容易發(fā)生繞組變形問題。而其繞組變形由輕微發(fā)展到嚴重需要一段時間，常規(guī)的試驗項目難以發(fā)現(xiàn)初期故障，最終導致故障發(fā)展造成嚴重損失。因此，通過對變壓器運行狀況及繞組變形試驗數(shù)據(jù)的綜合分析，對變壓器進行綜合的判斷分析，判定變壓器內部是否出現(xiàn)繞組故障問題，為變壓器的運維提供指導意見，確保變壓器的安全穩(wěn)定運行。

當變壓器繞組發(fā)生變形后，會使絕緣距離發(fā)生改變，電場分布發(fā)生變化，造成絕緣下降甚至損壞。長期的累積效應將會造成繞組抗機械能力下降，再次沖擊造成損壞。而繞組變形測試，就是應對發(fā)生上述問題的主要手段。目前，常規(guī)的繞組變形測試主要有頻率響應法，短路阻抗法及繞組電容量測試。本文中，筆者前期通過對變壓器試驗數(shù)據(jù)綜合分析，對變壓器運行狀況進行評判，對異常狀態(tài)變壓器進行停電試驗。在頻響法和短路阻抗法的基礎上，增加繞組電容量測試，并綜合變壓器運行狀況，提出了變壓器繞組變形綜合判定方法，有效防止了變壓器突發(fā)故障的發(fā)生[1-2]。

1 試驗變壓器情況分析

昆明供電局變電檢修人員在進行2022年設備狀態(tài)評價時發(fā)現(xiàn)多臺變壓器出現(xiàn)繞組絕緣電阻異常下降的情況。經過統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，這部分絕緣電阻下降異常的變壓器均為同一廠家2004年-2006年產品，為同一型號：SFSZ10-50000/110GYW。遂懷疑存在批次性內部故障問題。經過對歷年高壓試驗及油化數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)除絕緣電阻下降外其余數(shù)據(jù)均合格，且無明顯變化趨勢[3-4]。結合變壓器歷年運行狀況，將問題鎖定在絕緣油微生物及銅離子污染與繞組變形上。在進行了絕緣油進一步理化分析后，排除了絕緣油問題，遂決定對該批次變壓器進行繞組變形診斷性試驗。目前測試結果顯示三臺變壓器（110 kV大板橋1、2號主變，110 kV小石壩2號主變）存在繞組嚴重變形的情況，并對3臺變壓器進行解體驗證了測試結果，其絕緣電阻變化情況見表1所示。

表1 變壓器絕緣電阻情況（GΩ）

查閱歷史資料，發(fā)現(xiàn)三臺主變在2009-2010年各發(fā)生過一次35 kV側主變近區(qū)短路的情況，由于當時未有明確規(guī)程規(guī)定近區(qū)短路后的試驗，遂未進行繞組變形測試。且三臺主變均處于同一環(huán)網，主要供應工廠用電。在2016年起每年均多次過載，最高達到過1.12倍。繞組受到沖擊后，加上過載等因素，造成繞組變形的累積效應，最終發(fā)生嚴重繞組變形[5-8]。

2 繞組變形試驗分析

2.1 頻響法測試

頻響法判斷繞組變形是靠相關系數(shù)進行，標準見表1所示。對于運行年限較長的變壓器，由于絕緣老化或受潮等因素，將會對頻響測試方法造成一定的影響[9-11]。由于篇幅限制，本文僅對110 kV大板橋1號主變數(shù)據(jù)進行具體分析。其余兩臺變壓器數(shù)據(jù)分析過程與之類似，在此不做進一步分析。

2022年03月10日 對110 kV大 板 橋1號主變進行頻響法繞組變形試驗，當天環(huán)境溫度為22℃，油溫為20℃。高壓、中壓、低壓繞組波形見圖1~3。其中相關系數(shù)見表1~3，根據(jù)國標規(guī)定有低頻段為1~100 kHz、中頻段100~600 kHz、高頻段為600~1000 kHz，全頻段為1~1000 kHz。其中表2~4中相關系數(shù)123對應示ABC，R21表示為A、B相之間的相關系數(shù)。

表2 相關系數(shù)法判斷方法

圖1 高壓繞組頻響曲線

圖2 中壓繞組頻響曲線

試驗設備為紅相電力股份有限公司研制的繞組變形頻響法測試系統(tǒng)，根據(jù)標準《變壓器繞組變形測試導則》中判定標準，高、中、低壓繞組均存在明顯變形的情況出現(xiàn)。高壓繞組中頻段波形出現(xiàn)異常偏差，特別是AB與AC之間相關系數(shù)僅為0.38、0.41。中壓繞組從波形上看在中頻段已出現(xiàn)波形平移的趨勢，且中頻段AB之間相關系數(shù)0.601已接近明顯變形限值。低壓繞組AC相關系數(shù)在低頻段僅為0.71，從波形上看，B相明顯發(fā)生偏移現(xiàn)象。

表3 高壓繞組相關系數(shù)分析結果

2.2 短路阻抗法測試

2022年03月短路阻抗法測試結果見表6~8。其中，表中高壓側選取1、9、17三個檔位，中壓側選取3檔進行測量。

表6 高對中短路阻抗測試結果（2022）

表7 高對低短路阻抗測試結果（2022）

表8 高對中短路阻抗測試結果（2007）

表4~5短路阻抗測試結果分析，高壓側對中壓側相間不平衡均超過DL/T1093中規(guī)定——相間電抗值相對誤差不應大于±2%的規(guī)定。與表5~7中2007所測數(shù)據(jù)對比，高對中平衡率發(fā)生明顯變化，且從相間變化看，懷疑B相中壓繞組存在明顯變形的情況。

表4 中壓繞組相關系數(shù)分析結果

表5 低壓繞組相關系數(shù)分析結果

2.3 繞組電容量測試

為進一步驗證頻響法與短路阻抗法測試正確性，對該變壓器進行繞組電容量測試。規(guī)程規(guī)定當繞組電容量超過5%時需要注意，10%為繞組發(fā)生中度變形可能，15%為嚴重變形，從表9結果分析，中壓及低壓繞組超過15%，懷疑其中、低壓繞組發(fā)生嚴重變形。

表9 高對低短路阻抗測試結果（2007）

表10 繞組電容量測試結果

3 解體分析

3.1 大板橋1號主變解體情況

鑒于繞組變形數(shù)據(jù)，對110 kV大板橋1號主變壓器進行解體分析。發(fā)現(xiàn)了高壓繞組無異常，中低壓繞組均存在一定程度上的變形情況。具體情況如下：

1）中壓繞組B相出現(xiàn)嚴重變形見圖4所示，繞組整體向內擠壓，形成了部分向內凹陷，部分向外凸起的形狀。且綁扎繞組的輻條也有多根出現(xiàn)脫落情況，懷疑是受到突然的外力造成擠壓導致輻條崩開。A、C相繞組未見明顯變化，與試驗數(shù)據(jù)相吻合。

圖4 中壓B相繞組情況 （110 kV大板橋變）

2）低壓繞組B相同樣發(fā)生嚴重變形，與中壓繞組變形情況類似，且凸出與凹陷部位相同，但較中壓嚴重程度相對較弱。懷疑其為中壓繞組受到外力沖擊發(fā)生擠壓變形并向內影響到了低壓繞組所致。A、C相繞組未見明顯變化，與試驗數(shù)據(jù)相吻合。

3）解體發(fā)現(xiàn)高壓繞組并未有較大的變形出現(xiàn)，僅有些許繞組有松脫的痕跡。與測試數(shù)據(jù)對比分析可發(fā)現(xiàn)，短路阻抗與繞組電容量測試數(shù)據(jù)較為準確，能夠清晰的判斷出繞組變形情況。而頻響測試法橫比誤差較大，受現(xiàn)場測試環(huán)境等因素影響較大。

圖5 高壓繞組解體照片 （110 kV大板橋變）

3.2 小石壩1號主變解體情況分析

在對小石壩1號主變進行繞組變形試驗后，發(fā)現(xiàn)其低壓繞組A、B相及中壓繞組B相存在繞組變形情況。在對其解體后，發(fā)現(xiàn)低壓繞組繞組變形嚴重。其中低壓繞組B相上部出現(xiàn)較為嚴重的凸起，與之對應的中壓側也受到擠壓發(fā)生變形。而低壓繞組A相出現(xiàn)一定程度的凹陷現(xiàn)象。受篇幅影響，大板橋2號主變解體分析在此不做描述。

圖6 低壓繞組情況 （110 kV小石壩）

圖7 中壓B相繞組情況（110 kV小石壩）

4 結束語

1）分析這幾臺變形主變均有共同特征，就是絕緣電阻下降異常，但其它試驗項目數(shù)據(jù)合格，幾乎無變化。證明了絕緣電阻變化趨勢一定條件下可作為判斷繞組變形的依據(jù)之一。同繞組電容量測試原理相同，將變壓器看做RLC等值電路如圖8所示，當繞組發(fā)生變形、位移甚至斷股時，由于繞組間距離發(fā)生變化，絕緣紙或繞組受損將會造成整個繞組的絕緣電阻降低。

圖8 變壓器網絡

2）判斷變壓器繞組變形僅通過一種方法是不夠準確的。頻響法受外界影響波動較大，在無歷史數(shù)據(jù)對比的情況下不容易得出結論。而綜合短路阻抗法與繞組電容量法能夠準確定位繞組變形部位情況。因此，在日常運維中，對繞組變形需要通過多種手段進行綜合分析，才能及時發(fā)現(xiàn)變壓器內部故障，有效避免變壓器的潛伏性故障。

3）鑒于以上試驗及解體分析，有以下情況應進行繞組變形綜合測試（多種方法）：一是對于運行15年以上的變壓器，二是變壓器發(fā)生近區(qū)短路情況，三是變壓器進行重過載之后。