電氣試驗中電力變壓器繞組錯誤接線的分析

謝 希

（國網重慶市電力公司檢修分公司， 重慶 404100）

隨著電力系統和設備的不斷發展，各類電氣試驗也在不斷的進行，電氣試驗可以診斷變壓器故障，及時發現設備安全隱患。電力變壓器的核心構件是金屬繞組，它同樣也是變壓器變壓的關鍵，一旦發生繞組錯誤接線，就會導致試驗失敗，甚至引發安全事故。因此，為了保證電氣試驗的正常進行，獲得理想準確的試驗效果，研究分析電氣試驗中電力變壓器的繞組錯誤接線是重中之重。電力變壓器繞組的接線環節非常重要，需要嚴格按照規定進行，接線錯誤會造成短路，甚至燒毀繞組，對電力變壓器造成嚴重危害，影響電力系統的正常進行。該文對電力變壓器繞組錯誤接線進行分析，并提出了較為完善的檢測方法，為電氣試驗的順利進行提供保障。

1 電氣試驗

電氣試驗主要是對電力系統中的各個設備和線路進行檢測，一般可以分為2類：1）破壞性試驗。為了更直觀地測量被試驗設備的極限性能，獲取極限參數，一般會進行破壞性試驗。這類試驗會損壞電氣設備的性能和質量，對工作人員的專業素養要求更高，試驗的風險也更大，常見的有直流耐壓試驗和交流耐壓試驗。破壞性試驗對電力變壓器的性能要求較高，在高負荷狀態下，如果出現繞組接線錯誤，就會造成短路，引發設備故障。因此，在進行此類試驗時，工作人員一定要做好安全防護工作，保護自己的人身安全。2）非破壞性試驗。這類試驗通常在低電壓條件下進行，不會對電氣設備性能產生過多損壞，危險性相對較低，常見的有開關的動作特性試驗和泄漏電流試驗等。在這類試驗過程中，如果發生繞組接線錯誤，會影響到試驗的精確度[1]。

2 電氣試驗中電力變壓器繞組錯誤接線的危害

在電氣試驗過程中，電力變壓器的穩定運行尤為重要。電力變壓器運行時難免承受短路沖擊，雖然內部自帶的斷路器可以采取應急機制，迅速切除短路故障，但是由于內外部因素等很多原因會導致自動裝置不動作，使系統無法正常運行，甚至導致設備發生異常，造成短路，燒毀繞組。

如果電力變壓器的繞組出現故障，會直接影響電氣設備試驗結果的精準性，甚至會出現安全問題，威脅到試驗人員的人身安全，造成試驗失敗。一般來說，變壓器繞組接線錯誤的影響較多。在電氣試驗中，電力變壓器繞組接線問題是電力行業相關人員考慮的重點，如何避免繞組錯誤接線是目前亟待思考和解決的問題。

3 電氣試驗中電力變壓器繞組錯誤接線的原理

電力變壓器繞組錯誤接線通常是由于受到了機械力和電動力作用，導致電力變壓器的繞組尺寸和形狀發生了不可逆的變化，主要表現為：1）軸向與徑向尺寸發生了變化。2）電力變壓器本身發生了位移。3）電力變壓器繞組扭曲、鼓包、匝相間的電流短路等[2]。

電氣試驗的方法較多，下面以頻率響應法為例，對電力變壓器繞組錯誤接線進行分析，試驗接線圖如圖1所示。

圖1 電力變壓器繞組錯誤接線的試驗原理圖

按照圖1的電路圖進行電氣試驗，在電力變壓器繞組的一端施加掃頻信號，輸出不同頻率的電壓，并通過記錄裝置同時對不同掃描頻率下繞組兩端的對地電壓信號Ui（n）U0（n）進行檢測和記錄相關數據，并處理檢測數據，得到變壓器的傳遞函數，單位為dB。

傳遞函數為H（N）=20 lg[U0（n）/Ui（n）]

在該電氣試驗中，主要技術支持是掃頻測量技術，該技術可以測量電力變壓器繞組頻率的響應情況，并將測量結果進行橫向或縱向比較，從而作為比對繞組結構特性和實際性能的重要依據。如果電力變壓器出現繞組接線錯誤的情況，將會影響后續的數據分析。如圖1所示的錯誤接線方式，所測量的諧振峰頻率和電感值將顯著增大，試驗結果的精確性大大降低，試驗數據不夠準確，無法作為數據依據用于后續工作。

4 電氣試驗中電力變壓器繞組錯誤接線的測驗實例

4.1 以電氣試驗中的工頻耐壓試驗為例

4.1.1 電氣試驗的正確接線方式

DL/T 596—2015，電力設備預防性試驗規程中明確指出，進行工頻耐壓試驗必須采用不大于66 kV的全絕緣電力變壓器。正確的接線方式是：被試繞組短接后再加高壓，非被試繞組短接接地。這樣可以確認主絕緣情況，然后考核變壓器的絕緣水平。

4.1.2 電氣試驗的錯誤接線方式

工頻耐壓試驗中的繞組錯誤接線有2種情況。

第一種是被試繞組和非被試繞組均不短接。這種情況下電流同時穿過被試繞組和非被試繞組，但是被試繞組各個部分通過的電流并不相同，越偏離A端，電流強度越小，不同的電流強度在線匝間形成了電位差，產生了電容升現象，也就是說X端的電壓遠高于A端的電壓，被試繞組存在很大電抗，很可能會損壞末端X端的絕緣。這種接線方式屬于錯誤接線，具有危險性，操作不當會引發安全事故，在電氣試驗中一定要避免。

第二種是非被試繞組短接而且不接地。這種接線情況如圖2所示。

圖2 非被試繞組短接而且不接地

圖2中，C2為非被試繞組對地電容，C12為繞組間電容，R為電阻，U2為交流電壓，X和A分別表示被試繞組的兩端，T1、T2為變壓器。

這種接線方式會導致電流通往A端和X端的方向是相反的，此時整個電路回路的電抗不大，單從這方面看基本符合試驗要求。但非被試繞組未接地，在這種狀態下，當低壓繞組放置在高壓繞組的電場中時，低壓繞組會對地面產生電壓，如公式（1）所示。

式中：U2為低壓繞組會對地面產生電壓；C2為非被試繞組對地電容；C12為繞組間電容。

由這個公式可以看出，C2的數值變小時，U2的數值就會增大，低壓繞組對地電壓就會變強，這種情況下很容易導致絕緣體損壞。這種接線方法是不安全的，在試驗中要避免這種不規范的接線方式。

4.2 測量介質損耗因數

4.2.1 測量介質損耗正確的接線方式

測量介質損耗因數是電氣試驗重要的一部分，我國發布的《電力設備預防性試驗規程》中已經規定了正確的接線方式：電力變壓器繞組必須短接，同時加接高壓，還要接地，避免產生繞組電感，保證試驗的測量精確度。

4.2.2 測量介質損耗錯誤的接線方式

電氣試驗中變壓器繞組錯誤接線是比較容易犯的一個錯誤，最常見的錯誤接線就是繞組不短接。繞組不短接會導致測量的介質損耗數值和實際損耗數值有一定差異；繞組短接后，測量介質損耗的數值與實際數值的差異并不大。由此可見，介質損耗因數的大小和繞組是否短接有一定關系，變壓器繞組錯誤接線會影響試驗結果的精準度。

5 電氣試驗中電力變壓器繞組錯誤接線的檢測方法

在電氣試驗中，電力變壓器繞組的軸向或徑向尺寸發生了改變，會導致電力變壓器繞組錯誤接線的情況出現，電力變壓器內部的各項參數也會發生變化。這種狀況下，像判斷是否出現繞組錯誤接線，僅通過測量電阻和電容等常規的檢測方法是很難判斷的。目前比較成熟的檢測方法是電力變壓器吊罩檢查，這種方法可以用來診斷驗證，但這種檢測方法較為煩瑣，檢測成本較高，還會對電力變壓器本身造成損壞，雖然檢測的準確率高，但仍不適合作為常用的檢測方法。接下來詳細介紹了3種電力變壓器繞組錯誤接線的檢測方法，分別為單相電源法、三相四線法和低壓電抗法，這3種方法成本較低，操作簡單，檢測速度快[3]。

5.1 單相電源法

電力變壓器單相電源法可以用于檢測繞組是否存在錯誤接線，該方法一般有2種接線方式。第一種是以短接的方式連接繞組的端子，然后對本側的繞組端子進行短接，分別為B-C，C-A，A-B，短接完成后，將對應的單相電源分別壓在A-B，B-C，C-A的端子處，建立封閉的電路系統，由電源提供電能，分別測量每個繞組的參數，依據參數的變化判斷電力變壓器繞組是否存在接線錯誤；若參數變化劇烈，則該變壓器存在繞組錯誤接線；第二種是將對側繞組的端子進行短接，分別為a-O，b-O，c-O，短接完成后將單相電源施加在B-C，C-A，A-B的端子處，并分別測量繞組的復合參數，根據參數的變化情況來判斷繞組接線是否正確，如果參數變化劇烈，則該變壓器存在繞組錯誤接線。

5.2 三相四線法

三相四線法與單相電源法的主要區別是該方法將所有的繞組端子進行短接，以此作為基礎連接三相電源，集中對所有繞組的復合參數進行測量，對比參數的變化情況，以此為依據判斷繞組接線是否發生錯誤。相比單相電源法，三相四線法的工作效率明顯更高。

6 電氣試驗中電力變壓器繞組錯誤接線的檢測方法驗證

在某次電氣試驗中，電力變壓器電壓為220 kV，該次試驗成立專門的試驗組，試驗組成員共5人，其中1人為總負責，2人為測量人員，2名為試驗技術人員。為減小試驗誤差，保證試驗結果的準確性，該次電氣試驗累計進行3次試驗來檢查變壓器繞組是否存在錯誤接線。三次試驗所采用的方法分別為單相電源法、三相四線法和低壓電抗法，試驗過程中做好各項準備工作保障組員安全，并做好數據的記錄工作。

在三次變壓器的繞組是否存在錯誤接線的診斷試驗中，試驗數據如下：1）采用單相電源法進行診斷，可以明顯發現所有測量值的波動變化都超出了正常水平，數據差值在8%～12%，測量值的波動數值大于5%的相關標準，由此可得出結論，電力變壓器出現了繞組接線錯誤。2）采用三相四線法進行診斷，測量值出現劇烈變動，差值區間在4.5%～15.2%，平均差值高于5.8%的標準范圍，由此可以判斷出該電力變壓器出現了繞組接線錯誤。3）采用低壓電抗法進行診斷，橫比時，3個單相值的差值為4.5%～8.1%，平均差值為6.3%；縱比時，原始數據和測量數據的差值區間為5.4%～7.5%，平均差值為6.4%。橫比和縱比的差值均大于標準范圍，由此可判斷出該電力變壓器出現了繞組接線錯誤。

綜合以上3種診斷方法的試驗結果，對數據進行比對分析后，可以確定該電力變壓器確實存在繞組接線錯誤。

7 提升電氣試驗安全性的有效措施

7.1 做好電氣試驗前的準備工作

保障電氣試驗安全性的前提是提升試驗人員的安全意識，對參加試驗的人員進行培訓，在正式試驗前開展模擬試驗，保證試驗人員操作規范化，嚴格按照操作流程操作。另外，要注意做好防護措施，穿戴好絕緣手套、絕緣靴等。

7.2 增強試驗人員的專業素養和安全意識

研究發現，大多數電氣試驗事故都是由于試驗人員操作不當造成的。因此要提高電氣試驗的安全性，首先要加強對試驗人員的培訓，確保參與試驗的人員具備良好的專業素養，保證持證上崗，充分了解試驗設備和儀器的性能及要求，熟練掌握操作技術。

7.3 試驗過程中的安全注意事項

在進行電氣試驗時，要嚴格按照規章制度操作，尤其注意以下2點：①高壓試驗時，電氣設備的外殼必須保證接地。②電氣設備在進行試驗前，應先測定絕緣電阻，帶電部分不與人體接觸，試驗結束后必須充分放電。③試驗過程中執行加壓操作前要認真檢查儀器狀態，確認無誤后才可以操作。

7.4 做好試驗危險點的分析和控制

電氣試驗具有危險性，存在不安全因素，除了要規范操作，還要做好試驗危險點的分析和控制，主要體現在以下2個方面：1）掌握好試驗的安全距離，做危險系數高的操作時，盡量與試驗點保持一定距離，避免安全事故的發生。2）在進行電氣設備的絕緣和耐壓等高負荷試驗時，試驗人員要按照規定做好絕緣措施，保證電流泄流順暢，有序進行地線和引線的接線工作，避免發生觸電事故。

8 結語

電力變壓器繞組的接線關系到電氣試驗的準確性和精度，繞組接線錯誤會對電力變壓器造成損壞，影響到試驗數據和試驗結果的準確性。因此，在電氣試驗開始前，試驗人員要做好準備工作，并制定相對安全的試驗方案，嚴格規范操作，采用2種及以上的方法對電力變壓器的繞組進行檢查，及時發現繞組接線錯誤及時維修更換設施，有效控制試驗危險點，從而保障試驗的正常進行。