周帆，陳欣，代正元，張慶，浦通，魯強(qiáng)

（云南電網(wǎng)有限責(zé)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(jià)值最高的設(shè)備。其安全穩(wěn)定的運(yùn)行是保障電網(wǎng)安全的基礎(chǔ)。但隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)短路容量也不斷增大，變壓器受系統(tǒng)內(nèi)的沖擊可能性也隨之增加。當(dāng)變壓器發(fā)生近區(qū)短路時(shí)，變壓器受到突然的沖擊容易發(fā)生繞組變形問(wèn)題。而其繞組變形由輕微發(fā)展到嚴(yán)重需要一段時(shí)間，常規(guī)的試驗(yàn)項(xiàng)目難以發(fā)現(xiàn)初期故障，最終導(dǎo)致故障發(fā)展造成嚴(yán)重?fù)p失。因此，通過(guò)對(duì)變壓器運(yùn)行狀況及繞組變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析，對(duì)變壓器進(jìn)行綜合的判斷分析，判定變壓器內(nèi)部是否出現(xiàn)繞組故障問(wèn)題，為變壓器的運(yùn)維提供指導(dǎo)意見(jiàn)，確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)變壓器繞組發(fā)生變形后，會(huì)使絕緣距離發(fā)生改變，電場(chǎng)分布發(fā)生變化，造成絕緣下降甚至損壞。長(zhǎng)期的累積效應(yīng)將會(huì)造成繞組抗機(jī)械能力下降，再次沖擊造成損壞。而繞組變形測(cè)試，就是應(yīng)對(duì)發(fā)生上述問(wèn)題的主要手段。目前，常規(guī)的繞組變形測(cè)試主要有頻率響應(yīng)法，短路阻抗法及繞組電容量測(cè)試。本文中，筆者前期通過(guò)對(duì)變壓器試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析，對(duì)變壓器運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)判，對(duì)異常狀態(tài)變壓器進(jìn)行停電試驗(yàn)。在頻響法和短路阻抗法的基礎(chǔ)上，增加繞組電容量測(cè)試，并綜合變壓器運(yùn)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(yàn)變壓器情況分析

昆明供電局變電檢修人員在進(jìn)行2022年設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)多臺(tái)變壓器出現(xiàn)繞組絕緣電阻異常下降的情況。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)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(chǎn)品，為同一型號(hào)：SFSZ10-50000/110GYW。遂懷疑存在批次性內(nèi)部故障問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)歷年高壓試驗(yàn)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(wú)明顯變化趨勢(shì)[3-4]。結(jié)合變壓器歷年運(yùn)行狀況，將問(wèn)題鎖定在絕緣油微生物及銅離子污染與繞組變形上。在進(jìn)行了絕緣油進(jìn)一步理化分析后，排除了絕緣油問(wèn)題，遂決定對(duì)該批次變壓器進(jìn)行繞組變形診斷性試驗(yàn)。目前測(cè)試結(jié)果顯示三臺(tái)變壓器（110 kV大板橋1、2號(hào)主變，110 kV小石壩2號(hào)主變）存在繞組嚴(yán)重變形的情況，并對(duì)3臺(tái)變壓器進(jìn)行解體驗(yàn)證了測(cè)試結(jié)果，其絕緣電阻變化情況見(jiàn)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(tái)主變?cè)?009-2010年各發(fā)生過(guò)一次35 kV側(cè)主變近區(qū)短路的情況，由于當(dāng)時(shí)未有明確規(guī)程規(guī)定近區(qū)短路后的試驗(yàn)，遂未進(jìn)行繞組變形測(cè)試。且三臺(tái)主變均處于同一環(huán)網(wǎng)，主要供應(yīng)工廠用電。在2016年起每年均多次過(guò)載，最高達(dá)到過(guò)1.12倍。繞組受到?jīng)_擊后，加上過(guò)載等因素，造成繞組變形的累積效應(yīng)，最終發(fā)生嚴(yán)重繞組變形[5-8]。

2 繞組變形試驗(yàn)分析

2.1 頻響法測(cè)試

頻響法判斷繞組變形是靠相關(guān)系數(shù)進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1所示。對(duì)于運(yùn)行年限較長(zhǎng)的變壓器，由于絕緣老化或受潮等因素，將會(huì)對(duì)頻響測(cè)試方法造成一定的影響[9-11]。由于篇幅限制，本文僅對(duì)110 kV大板橋1號(hào)主變數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析。其余兩臺(tái)變壓器數(shù)據(jù)分析過(guò)程與之類似，在此不做進(jìn)一步分析。

2022年03月10日 對(duì)110 kV大 板 橋1號(hào)主變進(jìn)行頻響法繞組變形試驗(yàn)，當(dāng)天環(huán)境溫度為22℃，油溫為20℃。高壓、中壓、低壓繞組波形見(jiàn)圖1~3。其中相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1~3，根據(jù)國(guó)標(biāo)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(guān)系數(shù)123對(duì)應(yīng)示ABC，R21表示為A、B相之間的相關(guān)系數(shù)。

表2 相關(guān)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(yàn)設(shè)備為紅相電力股份有限公司研制的繞組變形頻響法測(cè)試系統(tǒng)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《變壓器繞組變形測(cè)試導(dǎo)則》中判定標(biāo)準(zhǔn)，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(guān)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(shì)，且中頻段AB之間相關(guān)系數(shù)0.601已接近明顯變形限值。低壓繞組AC相關(guān)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(guān)系數(shù)分析結(jié)果

2.2 短路阻抗法測(cè)試

2022年03月短路阻抗法測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6~8。其中，表中高壓側(cè)選取1、9、17三個(gè)檔位，中壓側(cè)選取3檔進(jìn)行測(cè)量。

表6 高對(duì)中短路阻抗測(cè)試結(jié)果（2022）

表7 高對(duì)低短路阻抗測(cè)試結(jié)果（2022）

表8 高對(duì)中短路阻抗測(cè)試結(jié)果（2007）

表4~5短路阻抗測(cè)試結(jié)果分析，高壓側(cè)對(duì)中壓側(cè)相間不平衡均超過(guò)DL/T1093中規(guī)定——相間電抗值相對(duì)誤差不應(yīng)大于±2%的規(guī)定。與表5~7中2007所測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，高對(duì)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(guān)系數(shù)分析結(jié)果

表5 低壓繞組相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果

2.3 繞組電容量測(cè)試

為進(jìn)一步驗(yàn)證頻響法與短路阻抗法測(cè)試正確性，對(duì)該變壓器進(jìn)行繞組電容量測(cè)試。規(guī)程規(guī)定當(dāng)繞組電容量超過(guò)5%時(shí)需要注意，10%為繞組發(fā)生中度變形可能，15%為嚴(yán)重變形，從表9結(jié)果分析，中壓及低壓繞組超過(guò)15%，懷疑其中、低壓繞組發(fā)生嚴(yán)重變形。

表9 高對(duì)低短路阻抗測(cè)試結(jié)果（2007）

表10 繞組電容量測(cè)試結(jié)果

3 解體分析

3.1 大板橋1號(hào)主變解體情況

鑒于繞組變形數(shù)據(jù)，對(duì)110 kV大板橋1號(hào)主變壓器進(jìn)行解體分析。發(fā)現(xiàn)了高壓繞組無(wú)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(yán)重變形見(jiàn)圖4所示，繞組整體向內(nèi)擠壓，形成了部分向內(nèi)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(dǎo)致輻條崩開(kāi)。A、C相繞組未見(jiàn)明顯變化，與試驗(yàn)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(yán)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(yán)重程度相對(duì)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(nèi)影響到了低壓繞組所致。A、C相繞組未見(jiàn)明顯變化，與試驗(yàn)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(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析可發(fā)現(xiàn)，短路阻抗與繞組電容量測(cè)試數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，能夠清晰的判斷出繞組變形情況。而頻響測(cè)試法橫比誤差較大，受現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(hào)主變解體情況分析

在對(duì)小石壩1號(hào)主變進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)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(duì)其解體后，發(fā)現(xiàn)低壓繞組繞組變形嚴(yán)重。其中低壓繞組B相上部出現(xiàn)較為嚴(yán)重的凸起，與之對(duì)應(yīng)的中壓側(cè)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(hào)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(jié)束語(yǔ)

1）分析這幾臺(tái)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(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)合格，幾乎無(wú)變化。證明了絕緣電阻變化趨勢(shì)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(cè)試原理相同，將變壓器看做RLC等值電路如圖8所示，當(dāng)繞組發(fā)生變形、位移甚至斷股時(shí)，由于繞組間距離發(fā)生變化，絕緣紙或繞組受損將會(huì)造成整個(gè)繞組的絕緣電阻降低。

圖8 變壓器網(wǎng)絡(luò)

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

3）鑒于以上試驗(yàn)及解體分析，有以下情況應(yīng)進(jìn)行繞組變形綜合測(cè)試（多種方法）：一是對(duì)于運(yùn)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(jìn)行重過(guò)載之后。