電容式套管末屏接線法在繞組變形測試中的應用研究

(國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

0 引 言

電力變壓器繞組因為短路故障電流沖擊、安裝過程中的意外沖撞等原因可能會受到機械力或電動力的作用，從而發生軸向或徑向的尺寸變化，通常表現為繞組局部扭曲、鼓包或移位等特征，這就是變壓器的繞組變形[1-6]。

絕緣試驗和油的試驗都難以發現繞組變形，因此繞組變形構成了潛伏性故障，從而產生電力變壓器安全運行的隱患，鑒于變壓器繞組變形的潛伏性和危害性，必須積極開展變壓器繞組變形工作，預防事故的發生，確保變壓器的安全穩定運行和繞組狀態的在控、可控。目前，國網四川省電力公司檢修公司使用的繞組變形測試方法是頻率響應法。常用的變壓器繞組變形頻率響應的接線方法是掃描輸入信號接線夾子接在中性點套管首端即將軍帽上部的金屬部分，響應輸出信號接線夾子接在高、中壓套管首端即將軍帽上部的金屬部分。

下面將介紹頻率響應法的原理，提出用套管末屏接線取掃描輸出信號的新方法替代套管首端接線取掃描輸出信號的舊方法，對新舊兩種方法進行基于二端口網絡的原理比較，并通過試驗驗證用新方法代替舊方法的可行性即兩種方法測試結果具有一致性的對比關系。

1 常用的套管首端接線法原理分析

當掃描輸入信號Vi接線端子接在中性點套管首端即將軍帽上部的金屬部分，響應輸出信號Vo接在高、中壓套管首端即將軍帽上部的金屬部分時，繞組的等效網絡如圖1。

圖1 變壓器繞組的二端口等值網絡圖

在圖1中，Cg為繞組對地電容，Cb為套管對地電容，Ls為線圈每匝電感，Cs為線圈匝間縱向電容，Rs為繞組變形測試儀器掃描信號輸出電阻，R為繞組變形測試儀器的匹配電阻，Vi是掃描輸入信號，Vo是掃描輸出信號。 如果變壓器繞組發生了軸向、徑向尺寸變化等變形現象，勢必會引起圖1中網絡的Ls、Cs、Cg等分布參數的變化，導 致 傳 遞 函 數H(jω)的零點、極點分布發生變化，從而使得頻率響應曲線發生變化。

2 通過套管末屏接線的繞組變形頻率響應測試方法的初步分析

一般而言，掃描輸入信號Vi接線夾子接在中性點套管首端即將軍帽上部的金屬部分，響應輸出信號Vo接線夾子接在高、中壓套管首端即將軍帽上部的金屬部分，與之相應的變壓器繞組的等值網絡圖如圖1。

但如在500 kV變壓器上用以上方法進行繞組變形頻率響應測試，就會牽涉到以下問題：由于變壓器器身和高、中壓套管的高度，必須進行高空作業，使用高架車來將掃描輸入信號Vi接線端子接在高壓套管將軍帽上部的金屬部分，并要有人攀爬中壓套管實現將掃描輸入信號Vi接線端子接在中壓套管將軍帽上部的金屬部分，這樣一來就帶來了高空作業的危險點隱患，并增加了作業時間，降低了作業效率。如果能通過高、中壓套管末屏直接取響應輸出信號Vo，則無疑不再需要高壓套管的高架車高空作業以及對中壓套管的攀爬，這樣就能減少危險點，簡化現場操作過程，節約操作時間，提升工作效率。

變壓器套管是一個無感電容，響應輸出信號Vo如不取自高、中壓套管首端即將軍帽上部的金屬部分而是直接取自高、中壓套管的末屏，這只是相當于改變了高、中壓套管自身的無感電容Cb在變壓器等值網絡中的分布方式，與變壓器繞組并聯變成了與變壓器繞組串聯，而無源線性雙口網絡其它部分不發生任何變化，此時的雙口等值網絡如圖2。

圖2(通過套管末屏接線取掃描輸出信號)中二端口網絡的頻率響應曲線與圖1(通過套管首端接線取掃描輸出信號)中二端口網絡的頻率響應曲線相比到底會發生什么變化，能否通過用套管末屏接線取掃描輸出信號的新方法替代套管首端接線取掃描輸出信號的舊方法，將是下面通過試驗研究的問題。

圖2 通過套管末屏取掃描輸出信號的變壓器繞組的二端口等值網絡圖

3 試驗研究及分析

2013年5月，國網四川省電力公司檢修公司變電運檢中心電氣試驗人員對某500 kV變電站某500 kV主變壓器的中壓側進行了通過套管末屏接線取掃描輸出信號以及通過套管首端接線取掃描輸出信號兩種不同的接線方法進行了頻率響應法繞組變形測試，測試結果如圖3及圖4。

從圖3和圖4可以看出，在1到600 kHz的區段，圖2(通過套管末屏接線取掃描輸出信號)中二端口網絡的頻率響應曲線與圖1(通過套管首端接線取掃描輸出信號)中二端口網絡的頻率響應曲線相比只是沿著縱坐標軸向下平移了一小段距離，但是二者的波形走向趨勢規律是完全一致的，可以建立起對照關系。因此在1到600 kHz的區段，用圖2即高、中壓套管末屏取掃描輸出信號的接線方法，而不是用圖1即通過高、中壓套管首端取掃描輸出信號的接線方法，絲毫不會影響對繞組變形的判斷和靈敏度。而繞組變形頻率響應法的重點分析區段正是1到600 kHz[1]，在這個重點分析區段兩種接線方法各個極值點即波峰、波谷對應頻率和對應幅值具有一致性和對應性的關系，因此用通過套管末屏接線取掃描輸出信號的接線方法替代通過套管首端接線取掃描輸出信號的接線方法具有顯著的現實性、可行性。

圖3 某500 kV主變壓器220 kV中壓側B相套管首端及末屏接線兩種方法測試結果比較(上部曲線為首段接線測試結果，下部曲線為末屏接線測試結果)

4 結 論

基于試驗結果，用套管末屏接線取掃描輸出信號的方法替代套管首端接線取掃描輸出信號的方法具有顯著的現實性、可行性，推廣這種新工藝可以避免高空作業環節，減少危險點，簡化現場操作過程，節約操作時間，提升工作效率。

[1] 羅軍川,張星海.電力變壓器反事故措施解析[M]. 北京：中國電力出版社, 2010.

[2] 張琛. 變壓器繞組變形測試方法及應用[J]. 變壓器, 2007, 44(2):35-37.

[3] 朱維路,賈永江,杜深慧. 電力變壓器繞組短路軸向穩定性分析[J]. 變壓器, 2010, 46(9):17-19.

[4] 尹克寧.變壓器設計原理[M]. 北京：中國電力出版社, 2003.

[5] 天威保變電器股份有限公司.變壓器試驗技術[M]. 北京：機械工業出版社, 2000.

[6] 天威保變電器股份有限公司.電力變壓器手冊[M]. 北京：機械工業出版社, 2003.