孫彥龍

【摘要】變壓器繞組變形試驗(yàn)已在全國普遍開展，并成功地查出了多臺(tái)變壓器的繞組變形，在各方面發(fā)揮了重要作用。本文主要闡述了變壓器繞組變形的定義、判定標(biāo)準(zhǔn)及診斷實(shí)例。

【關(guān)鍵詞】變壓器繞組變形；判定標(biāo)準(zhǔn)；實(shí)例

1. 引言

（1）目前，應(yīng)用頻率響應(yīng)分析技術(shù)對(duì)遭受短路沖擊、突發(fā)事故和碰撞的變壓器進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)已得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果。主要體現(xiàn)在以下三方面，通過對(duì)遭受過短路沖擊的變壓器進(jìn)行變形試驗(yàn)普查，查出了一部分繞組已發(fā)生變形的變壓器。并及時(shí)進(jìn)行了停電整修或更換繞組，防止了可能的突發(fā)性損壞事故；對(duì)發(fā)生出口短路的變壓器立即進(jìn)行變形試驗(yàn)，未發(fā)生繞組變形的及時(shí)投運(yùn)，由于這種方法不用放油吊罩檢查，因而可節(jié)省大量人力、物力，縮短停電時(shí)間。對(duì)于發(fā)生了繞組變形的變壓器，由于能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而避免了再次投運(yùn)可能帶來的損壞事故；通過變形試驗(yàn)，能明確變壓器哪側(cè)哪相出了問題，這就減少了檢修的盲目性。

（2）通過對(duì)470臺(tái)110KV及以上變壓器進(jìn)行變形試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其中有28臺(tái)發(fā)生了繞組變形（占6%）。經(jīng)吊檢或解體得到證實(shí)的有23臺(tái)，其余5臺(tái)待查。在變形的23臺(tái)變壓器中，有14臺(tái)發(fā)生了嚴(yán)重變形并更換了繞組（占3%）。前蘇聯(lián)在1984～1987年間，對(duì)75臺(tái)遭受短路沖擊的大型變壓器（主要是330KV等級(jí)）進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，22臺(tái)發(fā)生了變形（占29.3%），其中16臺(tái)進(jìn)行了更換。

（3）盡管目前變形試驗(yàn)的重要性已得到普遍承認(rèn)，電力部預(yù)試規(guī)程和反事故措施中也明文規(guī)定變壓器出口短路后需進(jìn)行變形試驗(yàn)，但如何應(yīng)用頻響法診斷變壓器繞組變形，目前尚無統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)。為使這一方法標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，筆者進(jìn)行了多年的分析研究，形成了一套變壓器繞組變形判定標(biāo)準(zhǔn)。這套標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過對(duì)全國470臺(tái)110KV及以上變壓器，尤其是28臺(tái)繞組發(fā)生變形變壓器的考核，證明這套判定標(biāo)準(zhǔn)是簡(jiǎn)單可靠的，完全可以滿足變壓器運(yùn)行、檢修的需要。

2. 變壓器繞組變形的定義

2.1變壓器遭受短路沖擊時(shí)，繞組受到輻向力、軸向力和周向力（或扭矩的作用），因而變壓器繞組會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變形，即輻向位移、軸向位移和扭曲（或繞組轉(zhuǎn)動(dòng)），以及包括斷股、匝間短路、引線位移和靜電板引線斷開等的特殊變形。從表面上看，特殊變形的變壓器繞組其尺寸未發(fā)生變化，但變壓器等效電路中單位長(zhǎng)度的分布電感和電容卻發(fā)生了改變，因而繞組的頻響特性發(fā)生了變化，故把這類變形稱之為特殊變形。實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中的繞組變形有時(shí)是幾種變形同時(shí)發(fā)生的。

2.2實(shí)際應(yīng)用中，除需要確定變壓器是否發(fā)生了繞組變形，更需要確定繞組的變形程度，以便決定變壓器是否繼續(xù)投運(yùn)。為此規(guī)定了3種狀態(tài)：正常（或無明顯變形）、中度變形和嚴(yán)重變形。具體定義如下：

（1） 正常（或無明顯變形） 。

指變壓器繞組與出廠時(shí)狀態(tài)基本一致，或存在不明顯的繞組變形但仍可以繼續(xù)運(yùn)行，無需檢修。

（2） 中度變形。

指變壓器繞組發(fā)生了明顯變形，在其它試驗(yàn)合格情況下，變壓器可以臨時(shí)帶病運(yùn)行，但需要加強(qiáng)監(jiān)督，應(yīng)在適當(dāng)時(shí)機(jī)安排檢修。若再次遭受短路沖擊或承受過電壓，則有可能造成變壓器損壞。

（3） 嚴(yán)重變形。

指變壓器發(fā)生了嚴(yán)重的繞組變形。在這種情況下，即使其它試驗(yàn)均合格，也不能再繼續(xù)運(yùn)行，否則隨時(shí)可能發(fā)生損壞事故。

3. 變壓器繞組變形的判定標(biāo)準(zhǔn)

3.1當(dāng)頻率超過1KHz時(shí)，變壓器的等效電路是一個(gè)無源線性、單端輸入單端輸出的電感和電容網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)是可以用頻率特性來描述，而且一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)著唯一的一條頻響曲線。當(dāng)變壓器繞組發(fā)生變形時(shí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如電感和電容發(fā)生變化，該網(wǎng)絡(luò)的頻響特性也隨之變化。變壓器繞組變形試驗(yàn)，實(shí)際上就是比較變壓器事故前后繞組頻響特性曲線的變化。

3.2本文采用差值計(jì)算公式來描述頻響曲線的變化。這種計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠反映變壓器繞組的各種變形，既靈敏又全面，不會(huì)遺漏特殊變形類型。其計(jì)算公式為

式中E12為兩條頻響曲線之間的差值；n為采樣點(diǎn)總數(shù)；V1n為第一條頻響曲線第n點(diǎn)處的幅值；V2n為第二條頻響曲線第n點(diǎn)處的幅值。

計(jì)算時(shí)頻率的選取范圍是很重要的，經(jīng)多年研究和實(shí)踐認(rèn)為選取10～700KHz較為合適。繞組變形判定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為1.6MVA以上變壓器三相繞組間的E12及各繞組與原始數(shù)據(jù)相比差值均不應(yīng)大于3.5dB。

3.3變壓器繞組變形診斷：

（1） 首先判定有無變形。

如果三相繞組相間差值E12大于3.5dB時(shí)，應(yīng)引起注意，但該值（稱為注意值）不是唯一判據(jù)，還得進(jìn)一步比較。如果與原始數(shù)據(jù)（出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)或事故前數(shù)據(jù)）比較無明顯變化，則仍可判定該變壓器為正常。

當(dāng)相間差值大于3.5dB，且與原始數(shù)據(jù)相比有明顯變大時(shí)，則可判定變壓器發(fā)生了繞組變形；當(dāng)相間差值雖小于3.5dB，但與原始頻響特性曲線相比差值大于3.5dB時(shí)，則仍應(yīng)判定該變壓器發(fā)生了繞組變形。如果沒有原始數(shù)據(jù)時(shí)，則可與同廠同期同型變壓器的頻響特性曲線進(jìn)行比較，并以此作為參考。

（2） 變形程度診斷。

當(dāng)確定變壓器發(fā)生繞組變形后，需進(jìn)一步確定變形程度，以便決定是否繼續(xù)運(yùn)行。繞組變形程度判定的推薦值列于表1。

4. 變壓器繞組變形診斷實(shí)例

4.1嚴(yán)重變形實(shí)例。

（1）例1.北京老君堂2號(hào)變（型號(hào)SFPS7-120000/220）在運(yùn)行中低壓遭受出口短路。事故發(fā)生后進(jìn)行的常規(guī)電氣試驗(yàn)、局放試驗(yàn)和油色譜分析均合格，按照以往的標(biāo)準(zhǔn)，該變壓器沒問題，可以繼續(xù)投入運(yùn)行。但同時(shí)進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：高壓繞組三相間最大差值為1.9dB，中壓繞組相間差值最大為2.9dB，均小于注意值3.5dB；低壓繞組相間差值最大達(dá)9.2dB，超過了注意值。查該變壓器交接試驗(yàn)時(shí)3側(cè)差值均小于3.5dB。通過比較認(rèn)為，該變壓器低壓繞組相間差值事故前后發(fā)生了明顯變化，相間差值9.2dB大于嚴(yán)重變形判據(jù)7.0dB，因此，判定該變壓器低壓側(cè)繞組發(fā)生了嚴(yán)重變形。交接試驗(yàn)和事故后所測(cè)頻響曲線如圖1所示。

圖1老君堂2號(hào)變事故前后低壓繞組頻響曲線

（2）根據(jù)變形試驗(yàn)結(jié)果，該變壓器及時(shí)退出了運(yùn)行，并送變壓器廠進(jìn)行解體后發(fā)現(xiàn)，高壓、中壓繞組正常，而低壓繞組出現(xiàn)多處軸向長(zhǎng)條狀鼓包。由于無法修復(fù)，最后更換了3個(gè)低壓繞組。

（3）例2.秦皇島小營(yíng)站4號(hào)變（型號(hào)：SFPSZ7-150000/220）低壓側(cè)發(fā)生出口短路，當(dāng)時(shí)重瓦斯動(dòng)作。事故后油中乙炔達(dá)56×10-6，低壓直流電阻互差達(dá)10%。可以斷定變壓器內(nèi)部發(fā)生了電弧性放電故障。為確保該變壓器在30天內(nèi)修復(fù)，避免重大設(shè)備損壞事故的發(fā)生，需確定損壞的繞組，以便廠家提前趕制繞組。如果等到把變壓器送廠家解體后再確定，工期至少推遲5天，30天修復(fù)好的計(jì)劃就很難保證。為此，事故當(dāng)天就進(jìn)行了繞組變形試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為：高壓繞組相間最大差值為0.7dB，與事故前頻響特性比較，差值無明顯變化，說明高壓繞組未發(fā)生明顯變形；低壓繞組相間差值最大為13.8dB，且與事故前相間最大差值2.3dB相比發(fā)生了明顯變化。因此，判定低壓繞組發(fā)生了嚴(yán)重變形。事故前后低壓三相繞組頻響特性差值均大于3.5dB，說明低壓三相繞組均發(fā)生了變形；中壓繞組相間最大值為4.5，略大于注意值3.5dB，考慮到當(dāng)?shù)蛪豪@組發(fā)生嚴(yán)重變形后，中壓對(duì)低壓的絕緣距離會(huì)發(fā)生變化，引起中壓三相繞組對(duì)地電容發(fā)生變化，三相繞組頻響特性一致性也變差。因而判定中壓繞組未發(fā)生明顯變形，無需更換。

（4）根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)論，廠家提前繞制了3個(gè)低壓繞組。最終按期完成了變壓器修復(fù)任務(wù)。變壓器的返廠解體也證實(shí)上述試驗(yàn)結(jié)論完全正確，即高、中壓6個(gè)繞組未發(fā)生變形，可以繼續(xù)使用；低壓三相繞組發(fā)生了嚴(yán)重變形，不能再使用，變形特征主要是鼓包、匝間放電和斷股等。事故前后頻響特性曲線如圖2所示。

圖2小營(yíng)4號(hào)變事故前后低壓繞組頻響曲線

（5）用此方法還對(duì)黑龍江省富拉爾基電廠6號(hào)主變（220KV/240MVA）和北京石景山熱電廠1號(hào)廠高變（SFFL-31500/15）進(jìn)行了繞組變形試驗(yàn)，為檢修提供了重要依據(jù)。其頻響特性曲線如圖3、圖4所示。

圖3富拉爾基電廠兩臺(tái)變壓器低壓繞組頻響曲線

圖4石景山熱電廠兩臺(tái)廠高變Ⅰ分支頻響曲線

圖5下花園電廠1號(hào)變中壓繞組頻響曲線

4.2中度變形實(shí)例。

（1）例1.下花園電廠1號(hào)主變電壓等級(jí)為220KV、容量為150000KVA，中壓側(cè)遭受出口短路1年后，于1992年進(jìn)行了繞組變形試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果為：高壓繞組相間最大差值為0.8dB，低壓繞組相間最大差值為1.2dB，均小于注意值3.5dB，說明高、低壓繞組無明顯變形；中壓繞組相間最大差值為5.3dB，大于注意值3.5dB。該變壓器沒有事故前頻響曲線，但查得該制造廠同期、同型號(hào)產(chǎn)品三相繞組頻響特性一致性較好，因而可判定該變壓器中壓繞組發(fā)生了變形。由于其相間最大差值小于7.0dB，故屬于中度變形。

（2）根據(jù)變形試驗(yàn)結(jié)果以及該變壓器中壓出口短路時(shí)間較長(zhǎng)的實(shí)際情況，對(duì)該變壓器進(jìn)行了吊檢。發(fā)現(xiàn)中壓A、C相靠近高壓側(cè)的壓板上升了25～30mm，B相有輕微的上升?，F(xiàn)場(chǎng)整修后投入運(yùn)行，安全運(yùn)行至今。下花園電廠1號(hào)變頻響特性曲線見圖5。

圖6山西太原城西站兩臺(tái)變壓器低壓繞組頻響曲線

圖7重慶雙山站2號(hào)變中壓繞組頻響曲線

（3）例2.山西太原城西站1號(hào)變（型號(hào)：SF2-31500/110）低壓曾遭受出口短路沖擊。變形試驗(yàn)表明該變壓器高、低壓繞組相間差值均小于注意值3.5dB，繞組未發(fā)生明顯變形。該站2號(hào)變與1號(hào)變?yōu)橥吞?hào)、同一廠家的同期產(chǎn)品，未受出口短路沖擊，但近區(qū)短路多次。為此，對(duì)2號(hào)變進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：2號(hào)變高壓繞組相間最大差值為2.1dB，低壓繞組相間差值最大為5.1dB， 大于注意值3.5dB， 且與1號(hào)變相比差值發(fā)生了明顯變化， 因此， 判定2號(hào)變低壓繞組發(fā)生了變形，差值小于7.0dB屬中度變形。

（4）經(jīng)吊檢發(fā)現(xiàn)上夾件有變形現(xiàn)象，高壓繞組部分墊塊脫落。進(jìn)一步解體發(fā)現(xiàn)，低壓繞組發(fā)生了波浪狀扭曲變形，無法修復(fù)，更換了繞組。其頻響曲線見圖6。

（5）例3.重慶雙山站2號(hào)主變（型號(hào)：SFPSZ4-120000/220）中壓側(cè)曾遭受過出口短路沖擊。繞組變形試驗(yàn)結(jié)果為：高壓繞組相間最大差值為1.2dB，低壓相間最大差值為0.4dB，均小于注意值3.5dB；中壓繞組相間最大差值為5.4dB，大于注意值3.5dB，因同類型產(chǎn)品相間差值一般小于2.0dB，兩者比較相間差值發(fā)生了明顯變化，因此，判定中壓繞組發(fā)生了中度變形。吊檢發(fā)現(xiàn)：中壓A、C兩相基本正常，B相繞組軸向位移30～40mm。其頻響曲線見圖7。

5. 結(jié)論

（1） 變壓器繞組變形試驗(yàn)已在全國普遍開展，并成功地查出了多臺(tái)變壓器的繞組變形，在變壓器運(yùn)行檢修方面發(fā)揮了重要作用。

（2） 多年的應(yīng)用實(shí)踐證明，本文提出的變壓器繞組變形判定標(biāo)準(zhǔn)和變形嚴(yán)重程度劃分標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)單、可靠、實(shí)用，還可以判定變形繞組的所在側(cè)和所在相。

（3） 盡管絕大多數(shù)1.6MVA以上變壓器的三相繞組頻響特性一致性較好，不用跟歷史數(shù)據(jù)相比較。但為了防止誤判斷，必須進(jìn)行縱向比較。

（4） 新變壓器三相繞組的頻響特性一致性不好，說明工藝水平較差。比如同心度差、各繞組高度不一致等，必將會(huì)降低變壓器的抗短路能力。

（5） 變壓器某一側(cè)繞組發(fā)生變形時(shí)，會(huì)影響鄰近繞組三相的一致性。因此，在做出繞組變形判定時(shí)，應(yīng)考慮這一因素。

（6） 實(shí)踐證明，變壓器繞組變形多發(fā)生在低壓側(cè)和中壓側(cè)，高壓繞組發(fā)生變形的情況比較少見。