應用頻響法診斷變壓器繞組變形的應用研究

摘要文章用大量的工程實例說明了應用頻率響應分析法診斷變壓器因短路故障而引起的繞組變形的可行性和優越性，并給出了判斷繞組是否變形的計算公式與經驗數據。
　　關鍵詞變壓器繞組變形短路故障頻響分析
　　 1引言
　　目前，應用頻率響應分析技術對遭受短路沖擊、突發事故和碰撞的變壓器進行繞組變形試驗已得到廣泛應用，并取得了良好效果。主要體現在以下三方面，通過對遭受過短路沖擊的變壓器進行變形試驗普查，查出了一部分繞組已發生變形的變壓器。并及時進行了停電整修或更換繞組，防止了可能的突發性損壞事故；對發生出口短路的變壓器立即進行變形試驗，未發生繞組變形的及時投運，由于這種方法不用放油吊罩檢查，因而可節省大量人力、物力，縮短停電時間。對于發生了繞組變形的變壓器，由于能及時發現而避免了再次投運可能帶來的損壞事故；通過變形試驗，能明確變壓器哪側哪相出了問題，這就減少了檢修的盲目性。
　　通過對470臺110kV及以上變壓器進行變形試驗發現，其中有28臺發生了繞組變形(占6%)。經吊檢或解體得到證實的有23臺，其余5臺待查。在變形的23臺變壓器中，有14臺發生了嚴重變形并更換了繞組(占3%)。前蘇聯在1984～1987年間，對75臺遭受短路沖擊的大型變壓器(主要是330kV等級)進行調查發現，22臺發生了變形(占29.3%)，其中16臺進行了更換［1］。
　　盡管目前變形試驗的重要性已得到普遍承認，電力部預試規程和反事故措施中也明文規定變壓器出口短路后需進行變形試驗，但如何應用頻響法診斷變壓器繞組變形，目前尚無統一的方法和標準。為使這一方法標準化和規范化，筆者進行了多年的分析研究，形成了一套變壓器繞組變形判定標準。這套標準經過對全國470臺110kV及以上變壓器，尤其是28臺繞組發生變形變壓器的考核，證明這套判定標準是簡單可靠的，完全可以滿足變壓器運行、檢修的需要。
　　 2變壓器繞組變形的定義
　　變壓器遭受短路沖擊時，繞組受到輻向力、軸向力和周向力(或扭矩的作用)，因而變壓器繞組會發生相應的變形，即輻向位移、軸向位移和扭曲(或繞組轉動)，以及包括斷股、匝間短路、引線位移和靜電板引線斷開等的特殊變形。從表面上看，特殊變形的變壓器繞組其尺寸未發生變化，但變壓器等效電路中單位長度的分布電感和電容卻發生了改變，因而繞組的頻響特性發生了變化，故把這類變形稱之為特殊變形。實際運行當中的繞組變形有時是幾種變形同時發生的。
　　實際應用中，除需要確定變壓器是否發生了繞組變形，更需要確定繞組的變形程度，以便決定變壓器是否繼續投運。為此規定了3種狀態：正常(或無明顯變形)、中度變形和嚴重變形。具體定義如下：
　　(1)正常(或無明顯變形)指變壓器繞組與出廠時狀態基本一致，或存在不明顯的繞組變形但仍可以繼續運行，無需檢修。
　　(2)中度變形指變壓器繞組發生了明顯變形，在其它試驗合格情況下，變壓器可以臨時帶病運行，但需要加強監督，應在適當時機安排檢修。若再次遭受短路沖擊或承受過電壓，則有可能造成變壓器損壞。
　　(3)嚴重變形指變壓器發生了嚴重的繞組變形。在這種情況下，即使其它試驗均合格，也不能再繼續運行，否則隨時可能發生損壞事故。
　　 3變壓器繞組變形的判定標準
　　當頻率超過1kHz時，變壓器的等效電路是一個無源線性、單端輸入單端輸出的電感和電容網絡。這種網絡是可以用頻率特性來描述，而且一個網絡對應著唯一的一條頻響曲線。當變壓器繞組發生變形時網絡參數如電感和電容發生變化，該網絡的頻響特性也隨之變化。變壓器繞組變形試驗，實際上就是比較變壓器事故前后繞組頻響特性曲線的變化。
　　本文采用差值計算公式來描述頻響曲線的變化。這種計算方法的優點是能夠反映變壓器繞組的各種變形，既靈敏又全面，不會遺漏特殊變形類型。其計算公式為
　　
　　式中E₁₂為兩條頻響曲線之間的差值；n為采樣點總數；V_1n為第一條頻響曲線第n點處的幅值；V_2n為第二條頻響曲線第n點處的幅值。
　　計算時頻率的選取范圍是很重要的，經多年研究和實踐認為選取10～700kHz較為合適。繞組變形判定的經驗數據為1.6MVA以上變壓器三相繞組間的E₁₂及各繞組與原始數據相比差值均不應大于3.5dB。
　　變壓器繞組變形診斷：
　　(1)首先判定有無變形如果三相繞組相間差值E₁₂大于3.5dB時，應引起注意，但該值(稱為注意值)不是唯一判據，還得進一步比較。如果與原始數據(出廠試驗、交接試驗或事故前數據)比較無明顯變化，則仍可判定該變壓器為正常。
　　當相間差值大于3.5dB，且與原始數據相比有明顯變大時，則可判定變壓器發生了繞組變形；當相間差值雖小于3.5dB，但與原始頻響特性曲線相比差值大于3.5dB時，則仍應判定該變壓器發生了繞組變形。如果沒有原始數據時，則可與同廠同期同型變壓器的頻響特性曲線進行比較，并以此作為參考。
　　(2)變形程度診斷
　　當確定變壓器發生繞組變形后，需進一步確定變形程度，以便決定是否繼續運行。繞組變形程度判定的推薦值列于表1。
　　表1繞組變形程度判定推薦值
　　　 繞組狀態 正常 中度變形 嚴重變形 差值/dB ＜3.5 3.5～7.0 7.0
　　4變壓器繞組變形診斷實例
　　4.1嚴重變形實例
　　例1.北京老君堂2號變(型號SFPS7-120000/220)在運行中低壓遭受出口短路。事故發生后進行的常規電氣試驗、局放試驗和油色譜分析均合格，按照以往的標準，該變壓器沒問題，可以繼續投入運行。但同時進行繞組變形試驗后發現：高壓繞組三相間最大差值為1.9dB，中壓繞組相間差值最大為2.9dB，均小于注意值3.5dB；低壓繞組相間差值最大達9.2dB，超過了注意值。查該變壓器交接試驗時3側差值均小于3.5dB。通過比較認為，該變壓器低壓繞組相間差值事故前后發生了明顯變化，相間差值9.2dB大于嚴重變形判據7.0dB，因此，判定該變壓器低壓側繞組發生了嚴重變形。交接試驗和事故后所測頻響曲線如圖1所示。