丁 恒

0 前言

變壓器是一種可轉(zhuǎn)換電壓的設(shè)備，能把電能從一個(gè)電路傳遞到其他電路，是輸配電的基礎(chǔ)設(shè)備，保障電力穩(wěn)定運(yùn)行的重要裝置。繞組是變壓器的電路部分，通過各側(cè)繞組匝數(shù)比的不同，可改變輸出電壓值，實(shí)現(xiàn)電壓大小的變換。因?yàn)槔@組性能的好壞對變壓器能否正常運(yùn)行有著重要的影響，所以為確保變壓器穩(wěn)定運(yùn)行，需要對變壓器繞組進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析繞組性能的好壞，盡量減小因繞組缺陷，防止變壓器穩(wěn)定性的降低。

1 變壓器繞組構(gòu)造與作用

變壓器按照冷卻方式不同可分為干式變壓器與油浸式變壓器，目前大部分變壓器都是油浸式變壓器，此種變壓器的鐵心、繞組都被變壓器油所覆蓋，通過變壓器油進(jìn)行冷卻散溫。

變壓器繞組是變壓器輸入與輸出電能的電氣回路，是變壓器的基本部件，變壓器按照繞組數(shù)目不同可區(qū)分為：帶一個(gè)繞組的自耦變壓器和雙繞組、三繞組以及多繞組變壓器等。變壓器的繞組一般分為層式與餅式兩種：層式繞組結(jié)構(gòu)緊湊，耐受沖擊電壓的性能好，但其機(jī)械強(qiáng)度差；餅式繞組散熱性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，適用范圍大，但其耐受沖擊電壓的性能差。繞組一般由電導(dǎo)率較高的銅導(dǎo)線或鋁導(dǎo)線繞制，再配置各種絕緣件組成，通過電磁感應(yīng)原理來改變交流電壓，110kV及以上等級變壓器多為三繞組變壓器，分為高壓側(cè)、中壓測和低壓側(cè)。

變壓器繞組一般在變壓器內(nèi)部，無法通過外觀判斷其是否完好，但可通過測量繞組連同套管的介損值與電容值來間接判斷，若其發(fā)生劣化變質(zhì)或擊穿等情況，介損與電容值將會發(fā)生明顯變化。

2 電容量與介損的影響因素

2.1 繞組電容量

變壓器繞組出廠后，其、S、d 值就已確定，根據(jù)電容量計(jì)算的公式可知，出廠后其電容值就基本穩(wěn)定。在測量過程中，外界的電磁場、環(huán)境溫度、濕度等因素不會對測量造成明顯影響和干擾。

2.2 繞組介損值

當(dāng)電壓作用于絕緣介質(zhì)材料上時(shí)，絕緣介質(zhì)中會有電流經(jīng)過，此時(shí)會有能量的損耗發(fā)生，一般將此狀態(tài)中的能量損耗稱之為介質(zhì)損耗（即介損）。當(dāng)絕緣介質(zhì)中有較大的電流流過時(shí)，此時(shí)的介損也會較大，導(dǎo)致介質(zhì)的溫度上升，繼而使介質(zhì)材料發(fā)生不可逆的破壞，嚴(yán)重時(shí)可能使其變焦、變形、老化，隨著此狀況的不斷累積，可能會使得絕緣介質(zhì)被擊穿、融化、燒焦，從而不再具有絕緣性質(zhì)。一般用tan 來表示介質(zhì)損耗的大小，通過測量tan 能夠找出設(shè)備存在的缺陷，如絕緣整體受潮、老化，絕緣氣隙放電等。tan 只表示絕緣介質(zhì)損耗大小的指標(biāo)，與絕緣的體積等其他性質(zhì)無關(guān)。

在實(shí)際進(jìn)行測量設(shè)備的tan 時(shí)，若附近存在其他正在運(yùn)行的電力設(shè)備，比如大容量變壓器或高壓母線，此時(shí)的測量儀器可能被附近運(yùn)行的電力設(shè)備產(chǎn)生的電磁場所干擾，使得測量出的結(jié)果誤差較大，無法真實(shí)反映設(shè)備的內(nèi)部情況，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致測量儀器無法正常工作。實(shí)際進(jìn)行介損試驗(yàn)時(shí)可能會存在以下干擾：

2.2.1 磁場干擾

當(dāng)測量儀器附近存在帶電的電抗器、阻波器之類的漏磁通較大的電力設(shè)備時(shí)，會被這類設(shè)備產(chǎn)生的磁場所干擾，此種情況一般是由設(shè)備產(chǎn)生的磁場對測量儀器內(nèi)部的電流線圈產(chǎn)生作用引起的。為減小磁場干擾，一是采用屏蔽接地，將設(shè)備屏蔽層（體）進(jìn)行良好接地，可有效抗干擾。二是采用高磁導(dǎo)率的材料屏蔽磁場，避免干擾與被保護(hù)的電路相連，可減小干擾磁通的影響。

2.2.2 電場干擾

附近帶電設(shè)備及導(dǎo)線可能會和被試品之間產(chǎn)生電容耦合，從而使被試品內(nèi)部出現(xiàn)干擾電流，使得 角產(chǎn)生變化，繼而導(dǎo)致測量結(jié)果存在誤差，甚至使得原本應(yīng)測出的“正值”變?yōu)椤柏?fù)值”。為盡量減小此情況對測量產(chǎn)生的干擾，在實(shí)際測量時(shí)，一是盡量加大測試時(shí)的試驗(yàn)電壓，當(dāng)干擾電流較弱時(shí)，可加大測試試驗(yàn)電壓，流過被試品的電容電流將會變大，角將更不容易被干擾電流所影響。二是盡量采用正接線，正接線具有更好的抗干擾性能，受到外界的影響更小。三是采用屏蔽法，若被試品的體積較小，如小型變壓器，試驗(yàn)前可在被試品上合適位置加上屏蔽罩，干擾電流將會通過屏蔽罩流向別處，較少影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但此方法在實(shí)際工作中會增加額外的工作量，且自身也會造成些許誤差，故在實(shí)際情況中采用頻率不高。

除了磁場干擾與電場干擾外，測量的tan 值還與被試品本身有關(guān)，被試品的材料、外觀構(gòu)造、內(nèi)部缺陷都會造成測量結(jié)果的不同。此外，對tan 值影響較大的一些外部因素還有以下4 種：

1）溫度

溫度對tan 測量影響較大。絕大多數(shù)情況下，對同一試品而言，tan 隨溫度的升高而增高。因此在測量同一設(shè)備的tan 值時(shí)，要同步測量此時(shí)的溫度值，將tan 值換算到同一溫度下進(jìn)行對比，消除溫度不同對測量結(jié)果的影響。

2）電壓

絕緣性能良好的設(shè)備，在一定試驗(yàn)電壓范圍內(nèi)，tan 一般不會有明顯的變化，但是被試品存在絕緣缺陷時(shí)，tan 隨電壓的變化會較明顯。因此在測量過程中，若發(fā)現(xiàn)隨著試驗(yàn)電壓的升高，tan 發(fā)生較大變化時(shí)，要分析發(fā)生此情況的原因，判斷設(shè)備是否出現(xiàn)缺陷或損壞。

3）局部缺陷

局部缺陷對整體tan 測量結(jié)果有影響，這種影響既與局部缺陷占整體的體積大小有關(guān)，又與局部缺陷本身的絕緣狀況有關(guān)。若局部缺陷的涉及的范圍很小或在非重點(diǎn)部位，而被試設(shè)備體積又比較大，試驗(yàn)時(shí)其對tan 值的影響可能不會太明顯。因此試驗(yàn)過程中，若能將大體積設(shè)備進(jìn)行分段測試，最好采用分段測試的方法，可盡量精確地查找出設(shè)備存在的缺陷，提升試驗(yàn)準(zhǔn)確性。

4）表面

當(dāng)空氣相對濕度較大或表面臟污時(shí)，瓷表面泄漏電流的影響使測試結(jié)果可信度低，易發(fā)生誤判斷。測量設(shè)備介損時(shí)一般選擇天氣晴朗時(shí)進(jìn)行，若被試品外部存在臟污，應(yīng)提前將臟污擦拭干凈，并保持被試品的干燥。介損試驗(yàn)不允許在雨天進(jìn)行的原因，一是介損測試儀需要接電源使用，下雨可能會造成設(shè)備漏電，使操作人員面臨觸電危險(xiǎn)；二是介損測試儀屬于較精密儀器，雨水可能會滲透進(jìn)儀器內(nèi)部，造成儀器的損壞；三是下雨會使得被試品外部潮濕，更多的電流從設(shè)備表面流過，將會使值產(chǎn)生很大的誤差。

3 變壓器繞組介損與電容量試驗(yàn)方式與判斷標(biāo)準(zhǔn)

介損值與電容量值是判斷設(shè)備性能好壞的兩項(xiàng)重要指標(biāo)，當(dāng)變壓器A 修后或必要時(shí)，需要測量介損與電容量值來判斷其性能好壞，目前的測試儀器一次試驗(yàn)可同時(shí)測量出介損值與電容量值大小，測量變壓器介損及電容量時(shí)一般是繞組連同套管一起測量。進(jìn)行變壓器繞組連同套管的介損及電容量試驗(yàn)時(shí)，被測量繞組應(yīng)分別進(jìn)行短路，非被測量繞組也應(yīng)短路接地或屏蔽，避免因繞組本身的電感使得其他繞組首尾兩端存在較大的電位差，從而使試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。因?yàn)楸粶y繞組可以看成是由繞組的電感和對地分布電容組成的鏈形回路，所以無論是測量大容量還是小容量的設(shè)備，為減小誤差，都應(yīng)進(jìn)行短路。

同一變壓器各繞組介損值的理論要求值相同，測量溫度以頂層油溫為準(zhǔn)，各次測量時(shí)的溫度應(yīng)盡量相近。且要盡量在油溫低于50℃時(shí)測量，不同溫度下介損值換算方式采用其中tan2、tan1分別為溫度在t2、t1時(shí)的介損值。若繞組電壓為10kV 及以上時(shí)，試驗(yàn)電壓選擇10kV；若繞組電壓小于10kV，則試驗(yàn)電壓選擇繞組額定電壓，從而避免因試驗(yàn)電壓過高造成設(shè)備的損壞。本次試驗(yàn)選擇110kV 變壓器，故試驗(yàn)電壓均選擇10kV。

規(guī)程要求：當(dāng)變壓器電壓等級為35kV 及以上且容量在10000kVA 及以上時(shí)，應(yīng)測量tan 值與電容量，20℃時(shí)的tan（%）值不應(yīng)大于表1中的數(shù)值，且測得tan 值與出廠試驗(yàn)值或歷年的數(shù)值比較不應(yīng)有顯著變化（增量一般不大于30%）。測出電容量值與歷史值相比應(yīng)沒有較大變化，偏差一般應(yīng)不大于±3%，且換算出的電容量要大于0。

表1 不同電壓等級下的介損值

4 變壓器繞組試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次試驗(yàn)選擇額定電壓110kV、容量25000kVA 的油浸式變壓器，試驗(yàn)時(shí)的溫度為8℃。為方便試驗(yàn)人員接線，避免進(jìn)行拆除更多接線，試驗(yàn)接線選擇反接法，加壓電壓均選擇10kV，測量次數(shù)為7次，分別為高壓側(cè)對中、低壓側(cè)及地，中壓側(cè)對高、低壓側(cè)及地，低壓側(cè)對高、中壓側(cè)及地，高、中壓側(cè)對低壓側(cè)及地，高、低壓側(cè)對中壓側(cè)及地，中、低壓側(cè)對高壓側(cè)及地，高、中、低壓側(cè)對地。

本次變壓器繞組介損及電容量測試數(shù)據(jù)如表2 所示。

5 數(shù)據(jù)分析

5.1 介損值數(shù)據(jù)分析

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將試驗(yàn)溫度8℃測得的介損值換算到20℃時(shí)：

根據(jù)規(guī)程要求，110kV 變壓器20℃時(shí)的繞組tan（%）值不應(yīng)大于0.8，本次試驗(yàn)7 次測得的介損值換算到20℃的值最大為0.422，均小于0.8，故測得介損值合格。

5.2 電容值數(shù)據(jù)分析

除了分析介損值，還需要分析電容值大小，測得電容值與歷史值相比誤差分別為-0.37%、-0.88%、-0.29%、-0.48%、-0.36%、-0.23%、-0.38%，偏差都小于±3%，符合要求。

再計(jì)算每兩相間的電容值，設(shè)高壓側(cè)對中壓側(cè)的電容為C1，高壓側(cè)對低壓側(cè)的電容為C2，高壓側(cè)對地的電容為C3，中壓側(cè)對低壓側(cè)的電容為C4，中壓側(cè)對地的電容為C5，低壓側(cè)對地的電容為C6。則：

通過解7 個(gè)等式，可得出：C1≈11950，C2≈125，C3≈3465，C4≈11420，C5≈1630，C6≈12285。數(shù)據(jù)在誤差允許范圍內(nèi)，且數(shù)值均大于0，滿足要求。

6 測試結(jié)果分析

因換算到20℃時(shí)的介損值均小于0.8，滿足規(guī)程要求，而測得的電容量也滿足要求，故可根據(jù)此次試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷此變壓器繞組的介損與電容量合格。若試驗(yàn)數(shù)據(jù)不合格，則需要分析不合格的原因，查找是否是因測試儀器存在問題或試驗(yàn)人員在試驗(yàn)過程中操作失誤而引起，亦或是被試品內(nèi)部確實(shí)存在缺陷導(dǎo)致。可通過更換介損測試儀重新進(jìn)行測試，若測得數(shù)據(jù)合格，則原因可能是介損測試儀被損壞。若更換介損測試儀后，試驗(yàn)人員接線以及操作都沒有問題，則可考慮是被試品自身存在缺陷，這時(shí)需要再進(jìn)行更深層次原因的查找，可將被試品進(jìn)行分解，針對每個(gè)部分的分解品單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)，查找出具體存在缺陷部分，將存在缺陷的部分進(jìn)行更換，避免了將整體直接替換，節(jié)省費(fèi)用。

若仍然無法查找出原因，需要進(jìn)一步采用其他方式進(jìn)行檢查，如絕緣電阻試驗(yàn)、油中溶解氣體色譜分析、繞組變形試驗(yàn)與耐壓試驗(yàn)等等。若要準(zhǔn)確了解設(shè)備性能的好壞，需采用多種不同的試驗(yàn)方式多維度綜合分析研判。