電力變壓器繞組變形故障分析及其預(yù)防措施

楊兵

摘要：電力變壓器繞組變形是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大隱患。近幾年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)容量的增長(zhǎng)，短路容量也在增大，出口短路、近區(qū)短路后造成繞組損壞事故的數(shù)量也呈上升趨勢(shì)。本文通過(guò)近幾次例行試驗(yàn)、診斷試驗(yàn)來(lái)縱向、橫向比較，分析計(jì)算，再結(jié)合繞組的結(jié)構(gòu)特征，診斷出繞組變形的具體原因，并總結(jié)出預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：電力變壓器;出口短路;近區(qū)短路;例行試驗(yàn);診斷試驗(yàn)

故障案例：

一、故障變壓器試驗(yàn)情況

1、變壓器運(yùn)行情況

本文分析的主變?cè)?010年9月進(jìn)行了大修后試驗(yàn)，2015年6月進(jìn)行了一次例行試驗(yàn)，2015年試驗(yàn)數(shù)據(jù)與2010年相比，未見(jiàn)異常。但2020年10月測(cè)試出現(xiàn)了較大的異常情況?，F(xiàn)將該主變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析如下，以2015年數(shù)據(jù)作為初值參考。本文主要對(duì)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分析，包括變壓器連同套管的電容量和短路阻抗，而其它試驗(yàn)項(xiàng)目如：直流電阻、吸收比、絕緣油試驗(yàn)等均無(wú)明顯異常和變化。

2、繞阻連同套管一起的電容量測(cè)試

2.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)：2020.10.31試驗(yàn)測(cè)得電容量與2015年值偏差高壓對(duì)低壓及地為-0.26%，低壓對(duì)高壓及地為7.72%，高壓、低壓對(duì)地為9.05%。

2.2計(jì)算分析

變壓器整體的電容量等效電路如圖所示：

變壓器電容等效電路圖

如圖所示，設(shè)高壓繞組對(duì)地電容量為C1，低壓繞組對(duì)地電容量為C2，高壓繞組對(duì)低壓繞組電容量為C12，在采用反接線(xiàn)進(jìn)行整體電容量測(cè)試時(shí)，高壓繞組對(duì)低壓繞組及地的電容量A=C1+C12，低壓繞組對(duì)高壓繞組及地的電容量B=C12+C2，高壓繞組、低壓繞組整體對(duì)地的電容量C=C1+C2，則可推導(dǎo)出如下公式：C1=（A+C-B）/2C2=（B+C-A）/2C12=（A+B-C）/2

根據(jù)以上公式計(jì)算出2020.10.31測(cè)得的各部分的等效電容量與2015年值偏差為：高壓繞組對(duì)地為-0.34%，低壓繞組對(duì)地為12.20%，高壓繞組對(duì)低壓繞組為-0.20%。

由計(jì)算得出的分解等效電容試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化可知，高壓繞組對(duì)地電容量C1，高壓繞組對(duì)低壓繞組電容量C12并無(wú)明顯變化，而低壓繞組對(duì)地電容量C2變化12.20%，由此可初步判斷為低壓繞組變形出現(xiàn)異常。

3、短路阻抗試驗(yàn)

通過(guò)變壓器短路阻抗測(cè)試，利用阻抗電壓的變化，可以發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行中變壓器出口側(cè)發(fā)生短路，變壓器內(nèi)部幾何尺寸的改變。根據(jù)《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程Q/GDW1168—2013》規(guī)定：容量100MVA及以下且電壓等級(jí)220kV以下的變壓器三相之間的最大相對(duì)互差不應(yīng)大于2.5%，初值差不超過(guò)±2%，而本臺(tái)變壓器在極限正分接（5.85%）、額定分接（5.37%）、極限負(fù)分接（5.04%）檔位時(shí)的最大三相互差均大于該規(guī)程要求，從而再次說(shuō)明該變壓器低壓繞組存在變形的情況。

二、故障原因分析

通過(guò)返廠(chǎng)吊罩解體檢查，出現(xiàn)低壓繞組變形，大概有以下原因：

（1）變壓器低壓側(cè)出口短路，大電流沖擊下導(dǎo)致低壓繞組出現(xiàn)變形。

定義：變壓器本體到各側(cè)饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)范圍內(nèi)的短路為出口短路。

從調(diào)度及運(yùn)維人員處獲悉，該變壓器在2015年例行試驗(yàn)后變壓器出口沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)短路沖擊情況，所以低壓側(cè)出口短路沖擊導(dǎo)致變壓器繞組變形可以排除。

（2）變壓器遭受了近區(qū)短路沖擊，沖擊下導(dǎo)致低壓繞組出現(xiàn)變形。

定義：將低壓側(cè)電纜3公里，架空線(xiàn)路1公里內(nèi)界定為“近區(qū)”短路。

近區(qū)內(nèi)，在短路電流的強(qiáng)力沖擊下，產(chǎn)生的軸向拉伸力已經(jīng)超過(guò)了繞組壓緊的機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致短路時(shí)繞組壓緊結(jié)構(gòu)有所松動(dòng)，三相繞組的層壓木板出現(xiàn)裂紋，由機(jī)械應(yīng)力的拉扯導(dǎo)致繞組變形。

（3）沖擊性負(fù)荷的長(zhǎng)期累積效應(yīng)，導(dǎo)致變壓器繞組變形。

如果10kV線(xiàn)路上有沖擊性負(fù)荷（如頻繁啟動(dòng)的大型機(jī)械設(shè)備，其啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流非常大，同時(shí)又非常頻繁的啟停）或者10kV出線(xiàn)上出現(xiàn)故障，出線(xiàn)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)了重合閘裝置，重合閘成功，在出線(xiàn)故障未消除的情況下又再次對(duì)10kV系統(tǒng)造成沖擊。以上兩種情況可能多發(fā)，這樣長(zhǎng)期遭受沖擊性負(fù)荷的影響，由于累積效應(yīng)，有可能導(dǎo)致變壓器繞組變形。

綜上所述，可得出變壓器繞組抗短路能力比較強(qiáng)，如果沒(méi)有較大或者長(zhǎng)時(shí)間累積效應(yīng)的沖擊電流，正常運(yùn)行時(shí)變壓器繞組不可能出現(xiàn)變形的情況。但是根據(jù)運(yùn)行記錄，變壓器出現(xiàn)出口短路的情況已經(jīng)排除。所以最終判定該變壓器出現(xiàn)繞組變形的原因可能為：①近區(qū)短路;②沖擊性負(fù)荷的長(zhǎng)期累積效應(yīng)。

三、預(yù)防措施

（1）對(duì)抗短路能力薄弱的變壓器進(jìn)行改造，加強(qiáng)抗短路能力，確保變壓器安全良好穩(wěn)定運(yùn)行;

（2）加強(qiáng)對(duì)用戶(hù)設(shè)備的審查，以及對(duì)部分重負(fù)荷專(zhuān)線(xiàn)用戶(hù)的監(jiān)督管理，盡量減少因用戶(hù)故障而導(dǎo)致變壓器受損。具體可采用對(duì)近區(qū)架空線(xiàn)或電纜線(xiàn)路退出重合閘，或者適當(dāng)延長(zhǎng)合閘間隔時(shí)間，以減少在故障未消除的情況下短時(shí)間內(nèi)再次合閘而帶來(lái)的危害;

（3）在選擇主變時(shí)要考慮主變所帶負(fù)荷情況，選擇抗短路能力強(qiáng)的變壓器;

（4）將變壓器繞組變形和短路阻抗測(cè)試列入到例行試驗(yàn)項(xiàng)目中來(lái)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的變壓器，并有計(jì)劃地進(jìn)行吊罩驗(yàn)證和檢修。

四、結(jié)語(yǔ)

為了電力變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)在例行試驗(yàn)中加入短路阻抗或者繞組變形試驗(yàn)，再結(jié)合套管連同繞組的電容量的變化來(lái)診斷，這將是判斷變壓器繞組是否有變形的有效手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》，Q/GDW1168—2013.

[2]陳天翔，王寅仲，海世杰，《電氣試驗(yàn)第二版》，中國(guó)電力出版社.