主变绕组变形异常的分析与判断

雷志勇， 史海青， 任 刚， 高世德， 霍亚俊

国网山西省电力公司 晋中供电公司 山西晋中 030600

1 变形异常情况

变压器是电力系统中最关键的设备之一，变压器发生故障往往可能造成电网的大面积停电，因此变压器的故障预防工作至关重要[1-5]。预防变压器突发故障是运检工作的难点，国网晋中供电公司通过对一台110kV主变绕组变形进行测试[6-7]，成功消除了一起变压器重大隐患。

2016年3月17日，国网晋中供电公司对110kV 某变电站2号主变进行C类检修，在进行频率响应法绕组变形测试时发现，该变压器绕组变形存在异常。2号主变的型号为SSZ11-50000/110，属三相三绕组有载调压变压器，铭牌参数为(110±8×1.25%)kV/36.75kV/10.5kV，2008年7月投运。

2 频率响应法绕组变形测试

频率响应法绕组变形测试[8]灵敏度高、仪器操作简单，但这一方法没有明确的判据，无法定量判断，只有通过频率响应曲线的纵横向比较才能进行合理判断。

该主变频率响应法测试数据如图1～图3所示。

图1 2016年例行试验高压绕组三相频率响应曲线

图2 2016年例行试验中压绕组三相频率响应曲线

图3 2016年例行试验低压绕组三相频率响应曲线

将图1～图3进行横向比较，可以看出，高压绕组三相频率响应曲线的重合度较好，而中、低压绕组频率响应曲线在中频段(100～600) kHz之间重合度较差，因此初步判定高压绕组未发生变形，中、低压绕组或已变形。

对中、低压绕组的频率响应曲线进行纵向比较，比较曲线选用2008年交接试验所测得的数据。图4至图6为中压绕组比较图，图7至图9为低压绕组比较图。

图4 2016年与2008年中压A相测试数据比较图

将2016年数据与2008年交接试验数据进行纵向对比，可以看出，中压绕组A相在中频段存在较大差异，B相在(100～500) kHz之间波峰和波谷发生了明显位移，C相图谱重合度较好，仅450kHz附近有少量不重合；低压绕组AB相图谱重合度较好，仅 200kHz 附近有少量不重合，BC相在(200～300) kHz之间波谷幅值发生了明显变化，CA相在(100～300) kHz 之间波谷发生了明显位移。

图5 2016年与2008年中压B相测试数据比较图

图6 2016年与2008年中压C相测试数据比较图

图7 2016年与2008年低压AB相测试数据比较图

图8 2016年与2008年低压BC相测试数据比较图

通过上述对比可得出初步结论： 高压绕组未发生变形，中压绕组A、B相和低压绕组A相发生了变形。

3 短路阻抗法绕组变形测试

变压器绕组发生局部机械变形后，其内部的电感、电容等分布参数必然会发生变化。短路阻抗法通过测量绕组的短路阻抗等集中电气参数，来判断变压器绕组是否发生变形[9-10]。变压器绕组三相间的短路阻抗值差异一般均应小于2%。

该变压器短路阻抗数据见表1。

图9 2016年与2008年低压CA相测试数据比较图

最高分接高压侧对中压侧高压侧对低压侧额定分接高压侧对中压侧高压侧对低压侧中压侧对低压侧铭牌值11%19．42%铭牌值10．38%18．71%6．37%实测值11．28%19．1%实测值10．79%18．43%5．96%互差2．548%—1．65%互差3．96%-1．49%-6．44%

由表1可见，无论分接开关位于最高分接还是额定分接，高压侧对中压侧短路阻抗百分数测试值纵比互差均偏大，且额定分接时中压侧对低压侧短路阻抗百分数纵比互差也较大，而高压侧对低压侧数据在合格范围内，因此分析为中压绕组发生了变形。

4 电容分解法绕组变形测试

变压器绕组的电容可在测量绕组介质损耗时同时测得，变压器绕组的介质损耗测试是DL/T《393—2010输变电设备状态检修试验规程》的例行项目。对于该试验项目，规程标准仅对介质损耗值作了要求，对被试品电容值差异范围没有规定。显而易见的是，当变压器发生局部机械变形时，变压器绕组间的相对位置会发生变化，变形严重时会导致被试品电容值发生明显变化。

根据三绕组变压器绕组电容等值图(图10)，可以得到以下方程组：

(1)

图10 三绕组变压器绕组电容等值图

该变压器电容数据见表2。

表2 变压器电容数据

由表2可见，中压绕组对高低压绕组及地的电容量与出厂值相比变化达到了21.13%，低压绕组对高中压绕组及地的电容量与出厂值相比变化达到了23%，判定测试值有异常。为确定异常部位，进行如下理论分析。

将表2中的绕组测试电容值代入式(1)，可解得各绕组间的电容量C1、C2、C3、C4和C5。解得的数据与出厂值见表3。

表3 绕组间电容值数据

分析表3可知，变化较大的是C2(中低压绕组间电容)及C3(中高压绕组间电容)，前者为正偏差，后者为负偏差。分析判断为中压绕组向低压绕组方向发生了变形。

5 综合分析及异常判定

查阅运行资料，发现该主变中压侧2015年发生了3次近区短路故障，可以肯定系统短路对主变中压绕组形成了冲击。

对该变压器进行绕组直流电阻值、绝缘电阻值、绕组介质损耗等测试，测试数据均正常。

色谱试验数据(表4)显示主变无异常，可以判定主变绕组绝缘性能正常。

表4 主变色谱试验数据 L/L

综合以上分析，判定该变压器中压绕组A、B相向低压绕组方向发生了变形，且故障类型为绕组扭曲或鼓包等局部变形。绕组变形后使绕组的匝间绝缘降低，并使机械强度下降,再次遭受过电压或系统短路故障冲击时极有可能发生主变故障，影响系统的安全运行。

6 吊心检查及变形定位

基于上述判定，对该主变返厂进行吊心检查。吊心检查发现高压绕组无明显变形(图11)；中压绕组严重变形，A、B相绕组局部扭曲、鼓包变形(图12)；A相低压绕组由于中压绕组严重变形导致无法分离，B、C相低压绕组未发现明显变形(图13)。这一检查结果印证了判定结论的正确性。

图11 高压绕组示意图

图12 中压绕组示意图

图13 低压绕组示意图

7 防范主变故障的措施

通过对主变的变形测试及早发现了主变存在的安全隐患，防止了主变故障的发生，为防范主变故障提供了借鉴思路与措施。

(1) 绕组变形测试能够在色谱异常之前发现主变的安全隐患，但绕组变形测试需要在主变停电后进行，因此今后可以在有停电条件的情况下及时组织开展绕组变形测试。

(2) 在绕组变形诊断过程中，结合频率响应法、短路阻抗法、电容分解法等对变压器的绕组变形进行分析和判断，此外还可以结合绕组的直流电阻值测试、空载损耗试验、局部放电试验等更有效准确地对变压器进行综合判断。

(3) 绕组变形诊断中，纵横对比是重要的分析方法，应注重变压器绕组变形测试数据的积累，在变压器投入运行前或有条件停电的情况下，定期组织开展绕组变形测试，及时掌握变压器绕组的运行情况。

8 结束语

近年来，随着电网规模的不断扩大，变压器需承受的系统短路冲击强度不断增大，过电压冲击频次也不断增加，这些都可能导致主变绕组发生轴向或径向尺寸变化。这些变形会使绕组的绝缘被破坏或机械强度下降，再次遭受过电压或短路电流冲击时主变或将损坏，影响系统的安全运行，因此及早掌握变压器绕组的变形情况并加以防范对电力系统安全稳定运行具有重要的意义。

[1] 输变电设备状态检修试验规程： Q/GDW 1168—2013[S].

[2] 输变电设备状态检修试验规程： DL/T 393—2010[S].

[3] 国家电网公司.国家电网公司十八项重大反事故措施(修订版)[Z].2011.

[4] 施祖铭，何延庆.输配电设备发展现状和发展趋势简要分析(上)[J].上海电气技术，2008，1(1)： 49-55.

[5] 张伟航.220kV主变压器运行中出现的问题及对策[J].上海电气技术，2011，4(2)： 52-55.

[6] 电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则： DL/T 1093—2008[S].

[7] 电力变压器绕组变形的频率响应分析法: DL/T 911—2004[S].

[8] 赵家峤，王道明.频率响应法对变压器绕组变形的测试与分析[J].科技信息，2011(27)： 748-749,804.

[9] 高朝霞，马涛，王永儿，等.短路阻抗法结合频响法诊断变压器绕组变形的分析与应用[J].电力设备, 2006,7(12)： 32-34.

[10] 罗铮.两项检查变压器绕组变形的试验[J].高压电器,2005，41(5)： 392-393.