頻率響應(yīng)法變壓器繞組變形試驗(yàn)

張 旭

中國化學(xué)工程第三建設(shè)有限公司 安徽合肥 230601

變壓器運(yùn)輸過程中若受到碰撞沖擊，繞組可能會發(fā)生軸向、徑向尺寸變化、位移、扭曲、鼓包等變形，最后導(dǎo)致變壓器繞組的運(yùn)行參數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而影響并改變變壓器原有的頻域特征，即頻率響應(yīng)發(fā)生幅度變化和諧振頻點(diǎn)偏移等，對變壓器系統(tǒng)的運(yùn)行造成傷害。

以山東某項(xiàng)目變電所內(nèi)的兩臺35kV 油浸式變壓器（1# 主變，2# 主變）為例，其運(yùn)輸過程中有可能因碰撞或其他外界物理沖擊等，導(dǎo)致繞組發(fā)生變形。為此，開展變壓器繞組變形試驗(yàn)。試驗(yàn)用到的試驗(yàn)儀器主要是HYRZ- 902G 變壓器繞組變形測試儀。

1 試驗(yàn)方法

變壓器繞組變形試驗(yàn)一般有兩種方法：低電壓短路阻抗法與頻率響應(yīng)法。低電壓短路阻抗法測繞組變形對影響電感的變形較為靈敏，如輻向變形、匝間開路或短路等，操作簡單，具有良好的測試精度。頻率響應(yīng)法檢測變壓器繞組變形對繞組電容和電感的變形都比較靈敏，尤其是對輻向變形；而且檢測的結(jié)果很直觀，便于觀察抗干擾細(xì)節(jié)，能很好地反應(yīng)變壓器繞組變形的累積效應(yīng)。

本試驗(yàn)利用頻率響應(yīng)法檢測變壓器繞組變形，即根據(jù)測得的變壓器各繞組頻率響應(yīng)特性的一致性，結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行情況及其他試驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)行全面、歷史、綜合的分析比較，以判斷變壓器繞組變形程度。

頻率響應(yīng)法是利用電壓頻率調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對變壓器每一繞組的單端施加一系列特定頻率的信號，依次測量其響應(yīng)端電壓和激勵電壓，以獲取頻幅響應(yīng)曲線。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）在做變壓器繞組變形試驗(yàn)前，需要把進(jìn)線電纜與出線母線分別斷開，以減小雜散電容的影響，待試驗(yàn)結(jié)束后再進(jìn)行恢復(fù)。因?yàn)殡s散電容會影響頻率曲線高頻部分的一致性。

（2）檢查變壓器接地狀況是否合格，試驗(yàn)儀器金屬外殼是否可靠接地，防止試驗(yàn)人員觸電。

（3）直流電阻試驗(yàn)完成后，不能直接進(jìn)行變壓器繞組變形試驗(yàn)，測試前必須保證接線端做充分放電，否則將會影響檢測數(shù)據(jù)的重復(fù)性，甚至損壞檢測儀器。

（4）測試鉗應(yīng)與接線套管連接緊固，放線時不要造成測試線彎曲，否則會導(dǎo)致三相頻幅響應(yīng)曲線軌跡有較大差異，影響試驗(yàn)結(jié)果。

3 試驗(yàn)步驟

（1）本次試驗(yàn)每臺變壓器需要分別做3 次不同分接開關(guān)位置的試驗(yàn)。HYRZ- 902G 變壓器繞組變形測試儀在與變壓器繞組進(jìn)行連接前需要先手動調(diào)整變壓器分接開關(guān)的位置，分接開關(guān)分別選取至1 檔高壓側(cè)、1 檔低壓側(cè)和7 檔高壓側(cè)，以便獲取不同的測量結(jié)果。

（2）通過3 根測試儀的專用測試線將被試驗(yàn)變壓器的被試?yán)@組引出端與測試儀的3 個端口分別進(jìn)行有效連接：激勵輸出口接黃色測試線；參考輸入口接綠色測試線；響應(yīng)輸入口接紅色測試線。試驗(yàn)儀器要進(jìn)行可靠接地，并放置在通風(fēng)干燥處避免潮濕。

（3）測試儀參數(shù)設(shè)置界面打開后，根據(jù)現(xiàn)場變壓器銘牌上的內(nèi)容正確輸入相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。繞組接線方式的選擇：本次試驗(yàn)的兩臺35kV 油浸式變壓器均選取的是三角形接線方式，因此繞組的接線方式選取三角形接法。繞組的接線方式不同，測試線的連接方式就不同。例如，對于三角形接線的變壓器繞組依次測AB、AC、BC 的頻率響應(yīng)特性，對于星形接線的變壓器繞組依次測OA、OB、OC 的頻率響應(yīng)特性。高低壓側(cè)的選擇：高壓側(cè)/ 低壓側(cè)根據(jù)實(shí)際測量的位置需求選取高低壓。名稱輸入是為了方便對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸檔整理，一般的命名方法為變壓器號+ 檔位+ 高低壓側(cè)。掃描方式一般選取線性10Hz～1MHz（線性掃描的掃描間隔固定為0.5kHz，分段掃描在不同的斷掃描間隔不同，線性掃描的掃描范圍更加寬廣，可以得到2000 個掃描點(diǎn)的數(shù)據(jù)，確保試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確）。

（4）在相關(guān)數(shù)據(jù)輸入完畢后，點(diǎn)擊確認(rèn)變壓器繞組測試儀將會自主開始測量，測量結(jié)束后可以得到頻幅響應(yīng)曲線（圖1），對響應(yīng)曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析將得到表1 的測試結(jié)果分析表。最終的變壓器繞組變形試驗(yàn)報(bào)告中附上圖1 的三相頻率響應(yīng)曲線圖即可。從圖1 可以看出，最終得到了三條不同顏色的曲線，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別代表頻率和分貝值，紅色曲線對應(yīng)AB 的頻率響應(yīng)特性，藍(lán)色曲線對應(yīng)AC 的頻率響應(yīng)特性，綠色曲線對應(yīng)BC 的頻率響應(yīng)特性。三條曲線軌跡顯示基本重合，變化相差不大。由表1 可以看到，相關(guān)系數(shù)（R）的數(shù)值分別同時滿足低頻段、中頻段、高頻段的取值范圍。最終三條曲線呈現(xiàn)的繞組變形程度的分析結(jié)果均顯示為正常繞組。因此得到最終結(jié)論，變壓器繞組未發(fā)生明顯變形，檢測合格。

表1 頻幅響應(yīng)測試結(jié)果分析

圖1 頻幅響應(yīng)曲線

（5）對變壓器繞組變形試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并填寫相關(guān)試驗(yàn)表格，打印后交監(jiān)理、業(yè)主進(jìn)行審批。審批通過后的變壓器繞組變形試驗(yàn)記錄將作為送電的必備審批資料正式使用。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

變壓器繞組變形試驗(yàn)測試的結(jié)果一般分為以下四種情況：

（1）正常繞組，低頻段相關(guān)系數(shù)（RLF）≥2.0、中頻段相關(guān)系數(shù)（RMF）≥1.0、高頻段相關(guān)系數(shù)（RHF）≥0.6。三個取值需同時滿足；

（2）輕度變形，1.0≤RLF＜2.0 或0.6≤RMF＜1.0，滿足其中一個條件即可；

（3）明顯變形，0.6≤RLF＜1.0 或RMF＜0.6，滿足其中一個條件即可；

（4）嚴(yán)重變形，滿足RLF＜0.6。

繞組變形程度的具體判斷依據(jù)參考繞組變形程度系數(shù)分析標(biāo)準(zhǔn)表（表2）。繞組變形判據(jù)中、低頻局部（10k～500kHz）的頻響曲線中，諧振點(diǎn)變化可以靈敏地反饋出變壓器繞組斷股、鼓包、扭曲、餅間錯位等變形情況；高頻局部（500kHz）以上）能反饋出變壓器繞組的位移情況。變形程度正常指變壓器處于原始狀態(tài)或不存在明顯變形，可以正常地繼續(xù)運(yùn)行繞組，不需要整修。一般變形包括重度變形與輕度變形，指變壓器存在明顯變形，需要加強(qiáng)監(jiān)督，應(yīng)在適當(dāng)?shù)那闆r下安排檢修；若發(fā)生再次短路或其他沖擊將有很大可能對變壓器造成損壞，需要整修或更換繞組。嚴(yán)重變形指變壓器繞組因產(chǎn)生變形而不能繼續(xù)正常運(yùn)行，必須馬上將變壓器停止運(yùn)行并檢修，以免對整個變壓器系統(tǒng)造成損傷。

表2 繞組變形程度系數(shù)分析標(biāo)準(zhǔn)表

5 測試線常見的四種接線方式

圖2 顯示的是變壓器繞組變形試驗(yàn)儀器專用測試線常見的四種接線方式，不同接法的變壓器有不同的接線方式，測試時根據(jù)變壓器銘牌的標(biāo)注判斷是哪種接線方式，合理的進(jìn)行選擇。

圖2 測試線常見的四種接線方式

（1）將帶有紅色標(biāo)記的儀器專用電纜線連接至紅色測試鉗，再連接到變壓器的測量端；

（2）將不帶紅色標(biāo)記的兩根儀器專用電纜線（本次儀器顏色標(biāo)記為黃、綠）連接至黃色測試鉗，再連接到變壓器的信號輸入端；

（3）將黑色測試鉗的兩根地線分別連接紅、黃色測試鉗的接地端，再將黑色測試鉗連接至變壓器的接地柱；

（4）將有紅色標(biāo)記的儀器專用電纜線連接至儀器響應(yīng)輸入端，另外兩根儀器專用線（黃色標(biāo)記與綠色標(biāo)記）接至儀器激勵輸出端與儀器參考輸入端。

6 結(jié)語

變壓器繞組變形試驗(yàn)屬于電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)，不屬于電氣設(shè)備交接試驗(yàn)（執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《GB50150- 2016 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》）范圍，如施工合同沒有特殊說明，應(yīng)向業(yè)主索要簽證費(fèi)用。本次試驗(yàn)是應(yīng)業(yè)主要求為了保證35kV 油浸式變壓器的安全投用，防止變壓器繞組在運(yùn)輸中因外界因素造成形變，影響變壓器的正式運(yùn)行，造成不可逆的損失與危害。通過本次試驗(yàn)，使我們掌握電力變壓器繞組變形試驗(yàn)的方法和變壓器繞組測試儀器操作程序，為今后的工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。