電容量法判斷變壓器繞組變形的探索

1、電容量法判斷變壓器繞組變形的探索摘 要 變壓器的介損電容測量是交接和預(yù)防性試驗(yàn)都需要進(jìn)行的試驗(yàn)，相對于頻率響應(yīng)法和低電壓短路阻抗法，監(jiān)測變壓器電容量的變化能夠更加連續(xù)的了解變壓器內(nèi)部情況。但是介損試驗(yàn)在現(xiàn)場的實(shí)際工作中受到各種因素的干擾，因此改進(jìn)變壓器介損試驗(yàn)方法，排除干擾因素，介損試驗(yàn)的電容量變化可以作為對變壓器繞組變形的判斷的一個可靠依據(jù)。 關(guān)鍵詞 變壓器繞組變形 頻率響應(yīng)法 低電壓短路阻抗法 電容量一、引 言 電力變壓器在運(yùn)行過程中不可避免地要遭受各種故障短路電流的沖擊一旦短路故障發(fā)生在變壓器出口附近，變壓器繞組將承受巨大的、不均勻的軸向和徑向電動應(yīng)力作用如果繞組內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)存在薄弱環(huán)節(jié)

2、，會產(chǎn)生繞組扭曲、鼓包或移位等變形現(xiàn)象是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大隱患。近年來，隨著電力系統(tǒng)容量的增長短路容量也在增大出口短路后造成繞組損壞的事故也呈上升趨勢。因此積極開展變壓器繞組變形診斷工作及時發(fā)現(xiàn)那些有問題的變壓器并有計(jì)劃地進(jìn)行吊罩驗(yàn)證和檢修對防止變壓器事故的發(fā)生有極其重要的作用。變壓器出口短路后通常的檢查試驗(yàn)項(xiàng)目有：油中溶解氣體色譜分析、絕緣電阻、直流電阻、介質(zhì)損耗、頻響法和低電壓短路阻抗法測量繞組變形試驗(yàn)等。對變壓器繞組變形程度的判斷頻響法和低電壓短路阻抗法試驗(yàn)以其靈敏度高、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可。而在實(shí)際工作中，我們發(fā)現(xiàn)通過觀察變壓器的電容量的變化也可以作為判斷繞組變形的一

3、個重要的依據(jù)。 二、變壓器繞組變形的判斷數(shù)值電容量 變壓器繞組的電容可在測量繞組介質(zhì)損耗時同時測得變壓器繞組的介質(zhì)損耗測試是預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程的常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目對于該試驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)僅對介質(zhì)損耗值作了要求對被試品電容值差異范圍沒有規(guī)定。變壓器每個繞組可以看成由電阻、電容、電感等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，而繞組的等值電容量直接反映出各繞組間、繞組對鐵芯、繞組對箱體及地的相對位置和繞組的自身結(jié)構(gòu)等。變壓器產(chǎn)品出廠后，其各繞組的電容量基本上是一定的，只要變壓器沒有經(jīng)受短路沖擊，即使在有溫度、濕度影響的情況下，其電容量變化應(yīng)很小。當(dāng)變壓器遭受短路沖擊后，若各繞組無變形或變形輕微，其電容量變化也較??；若某側(cè)繞組變形嚴(yán)重，則其

4、電容量變化相應(yīng)也較大。因此可以通過電容量的變化來判斷變壓器的內(nèi)部變形的情況和對變壓器內(nèi)部絕緣的狀況有一個初步的判斷。一般被測電容值與歷史數(shù)據(jù)相比差別大于6時繞組可能已中度偏輕變形，大于15時變壓器內(nèi)部可能存在嚴(yán)重變形（1）。三、案例分析 無論電抗法還是頻響法，或者是電容量變化的方法，最基本的分析方法都是通過縱比和橫比對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 縱比就是與上一次測試的結(jié)果比，與最原始的資料（最好是出廠交接驗(yàn)收數(shù)據(jù)）比，與事件（如短路、運(yùn)輸、內(nèi)部緊固等）發(fā)生前的測試結(jié)果比。 橫比，就是同一臺（或同一組）變壓器三個單相的測試結(jié)果之間互相比。 顯然，縱比要直觀些，影響其可比性的因素比橫比少。因此，建立測試結(jié)

5、果檔案庫是非常必要的，且越早越好。 實(shí)例1:隆安變1號變壓器，型號: SFSL1-15000/110額定電壓1102*2.5%/352.5%/10.5kV;額定容量15000/15000/7500kVA。2006年06月06日9點(diǎn)15分在正常運(yùn)行中B、C相差動保護(hù)，重瓦斯保護(hù)動作變壓器退出運(yùn)行?，F(xiàn)場測試結(jié)果如下 : 1、用低電壓短路阻抗法進(jìn)行繞組測試（現(xiàn)場試驗(yàn)電源是235V），實(shí)測出高對低Uk值為15.696%，與鉻牌值Uke=16.5%相比誤差為-5.131%;進(jìn)一步實(shí)測出A、B、C相短路電抗值分別為15.16、16.03、16.15，三個單相互比A相與B、C相偏差為6.39%;三相阻抗電壓

6、值及單相短路電抗值的變化量均已超出5%; 2、采用頻響法測量繞組的變形情況，測量結(jié)果如下：a頻率在1100 kHz時，三相的曲線重合較好，所以判斷不存在匝問短路等較嚴(yán)重的變形。b中頻段（100600 kHz）時，A相曲線與其他兩相略有平移說明存在相對整體的移位變形現(xiàn)象。在一個峰值處出現(xiàn)較大變化，可能繞組下部出現(xiàn)幅向局部變形；但波峰和渡谷位置沒有大的變化。表明局部鼓包、曲扭等變形程度較小。A、B兩相的相關(guān)系數(shù)為O89，C相與A相、B相的相關(guān)系數(shù)分別為O62和O58，相關(guān)系數(shù)越高表明曲線重合度越一致，但是從從圖上看到350550 kHz的頻率響應(yīng)段，A相的曲線明顯和其他兩項(xiàng)曲線趨勢不一致，其他的相

7、關(guān)系數(shù)雖然小，但是曲線的方向趨勢大致還是一致的，繞組可能存在變形。因而初步判定繞組存在中度變形，部分變形占主要部分。由于缺少與出廠原始曲線的縱向?qū)Ρ取Ｒ虼藷o法確認(rèn)變形發(fā)生的相位位置。圖1 2006年6月18日隆安變電站1變壓器高壓側(cè)測量曲線3、作為判斷的依據(jù)我們進(jìn)行調(diào)出了2005年11月16日對變壓器進(jìn)行例行的預(yù)防性試驗(yàn)的變壓器介損及電容量的試驗(yàn)結(jié)果，如下所示： 介損及電容量測量(試驗(yàn)時間2005年11月16日)：溫度 22.6 濕度 66 % 加壓 10 kV 接法 反 使用儀器 AI6000D介損儀 儀器編號 30608D 測量項(xiàng)目高中、低及地中高、低及地低高、中及地tg(%)0.5500

8、.6030.540Cx (pF)86641280011640在工作現(xiàn)場，我們再次進(jìn)行了變壓器繞組電容量的測量工作，試驗(yàn)結(jié)果如下： 介損及電容量測量：(試驗(yàn)時間2006年06月08日)溫度 25 濕度 80 % 加壓 10 kV 接法 反 使用儀器 AI6000D介損儀 儀器編號 30608D 測量項(xiàng)目高中、低及地中高、低及地低高、中及地tg(%)0.7530.7170.632Cx (pF)79311291011650由電容量的變化可發(fā)現(xiàn)變化最大的是高壓側(cè)，電容量是由事故前的8664 pF變成了7931pF，Cx %的為8.5%，當(dāng)時還是采用傳統(tǒng)的反接法進(jìn)行的介損試驗(yàn)，所謂的高中、低及地的介損試

9、驗(yàn)中所得的電容量混合高中、高低、高地的電容量并聯(lián)而得的最終結(jié)果，由于變量太多，所測量得出的數(shù)據(jù)僅僅夠列一個三次方程，無法解算出整個三繞組變壓器內(nèi)部的所有繞組之間，繞組對地的電容量。盡管如此，整體的高壓電容量還是發(fā)生了明顯的變化油色譜分析時發(fā)現(xiàn)了14.8L/L C2H2，結(jié)合繞組電容量的測量結(jié)果分析，因此，初步判斷其高壓壓繞組發(fā)生變形的可能性較大。經(jīng)吊芯檢查，發(fā)現(xiàn)110kV側(cè)A相繞組嚴(yán)重變形，匝間鼓包，鐵芯發(fā)生移動。 五、變壓器介損電容量試驗(yàn)方法的改進(jìn)傳統(tǒng)的變壓器電容量測量是采用介損試驗(yàn)反接法進(jìn)行測量，這種試驗(yàn)方法在對變壓器的繞組變形的情況進(jìn)行分析判斷的時候存在很大的缺陷，主要是反接法受到的各種

10、外界干擾因素多，試驗(yàn)接地不良，套管或瓷瓶表面臟污等情況都有可能會對試驗(yàn)結(jié)果，特別是電容量的試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到試驗(yàn)結(jié)果的判斷，另外，反接法測量變壓器的電容量的勞動強(qiáng)度很大，原因是為了保證試驗(yàn)的精度需要將變壓器的三側(cè)接線全部拆除才能進(jìn)行測量，否則，連接入測量回路的變壓器進(jìn)線刀閘的支持瓷瓶，等其他的一次設(shè)備都會對試驗(yàn)的結(jié)果造成影響。近期來廣西電網(wǎng)公司開始推廣正接法測量變壓器的介損及電容量的測量方法，該方法不受被試品對地寄生電容的影響，測量精度較高。通過前后年的兩次預(yù)防性試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較，以便更好的發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的早期的絕緣缺陷和隱患。另外可以通過變壓器內(nèi)部的電容量等效原理圖如下：以三

11、繞組變壓器為例新的測量方法的試驗(yàn)接線項(xiàng)目施加電壓線Cx測量線高壓繞組對中、低壓繞組及鐵芯、鐵軛的電容量C1高壓繞組中、低壓繞組及鐵芯、鐵軛中壓繞組對高、低壓繞組及鐵芯、鐵軛的電容量C2中壓繞組高、低壓繞組及鐵芯、鐵軛低壓繞組對高、中壓繞組及鐵芯、鐵軛的電容量C3中壓繞組高、低壓繞組及鐵芯、鐵軛高、中壓繞組對低壓繞組及鐵芯、鐵軛的電容量C4高、中壓繞組低壓繞組及鐵芯、鐵軛高、低壓繞組對中壓繞組及鐵芯、鐵軛的電容量C5高、中壓繞組低壓繞組及鐵芯、鐵軛中、低壓繞組對高壓繞組及鐵芯、鐵軛的電容量C6中、低壓繞組高壓繞組及鐵芯、鐵軛高、中、低壓繞組對鐵芯、鐵軛的電容量C7高、中、低壓繞組鐵芯、鐵軛該正接

12、法完全排除了變壓器繞組對地的電容量的影響，可以求解出變壓器的繞組之間和變壓器繞組對鐵芯的電容量，通過比較簡單的繞組的電容量情況對變壓器內(nèi)部的情況進(jìn)行一個分析。項(xiàng)目表達(dá)式變壓器高壓繞組中壓繞組之間的電容量Chm變壓器高壓繞組低壓繞組之間的電容量Chl變壓器中壓繞組低壓繞組之間的電容量Cml變壓器高壓繞組鐵芯、鐵軛之間的電容量Cht變壓器中壓繞組鐵芯、鐵軛之間的電容量Cmt變壓器低壓繞組鐵芯、鐵軛之間的電容量CltC1=Chm+Chl+ChtC2=Chm+Cml+CmtC3=Chl+Cml+CltC4=Chl+Cml+Cht+CmtC5=Chm+Cml+Cht+CltC6=Chm+Chl+Cmt+

13、CltC7=Cht+Cmt+Clt通過換算Cht=（C7+C1-C6）/2Cmt=（C7+C2-C5）/2Clt=（C7+C3-C4）/2Chl=（Cmt- Cht- Clt-C2+C1+C3）/2Chm=（Clt- Cht- Cmt-C3+C1+C2）/2Cml=（Cht- Cmt- Clt-C1+C2+C3）/2根據(jù)這些計(jì)算公式可以求解出單個繞組之間和繞組與鐵芯鐵軛之間的電容量，通過這些電容量的變化情況可以具體判斷出是哪一側(cè)的繞組出現(xiàn)了位置上的變化。在現(xiàn)場的計(jì)算比較困難，可以通過直接與上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)或和交接試驗(yàn)比較電容量變化的辦法，在試驗(yàn)現(xiàn)場迅速做出一個基本的判斷，如數(shù)據(jù)相差不大，就可以認(rèn)為

14、變壓器繞組正常，如果電容量出現(xiàn)了明顯的變化，就需要進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的換算，以便進(jìn)行進(jìn)一步的判斷。六、總結(jié)1、檢測后，縱比、橫比是最主要的分析方法，尤其是縱比。通過電容量的變化對于變壓器的繞組變形和內(nèi)部絕緣進(jìn)行判斷并不需要每一次預(yù)試都進(jìn)行換算到單獨(dú)的繞組之間和繞組鐵芯、鐵軛之間的電容量，只需要對兩次試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較，通過電容量的變化就可以在試驗(yàn)現(xiàn)場對變壓器的情況進(jìn)行一個基本的判斷，因此建立并健全準(zhǔn)確的變壓器穩(wěn)定狀態(tài)參數(shù)的檔案資料是非常必要的。2、介損試驗(yàn)是變壓器預(yù)防性試驗(yàn)中必做的試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)相對簡單，試驗(yàn)頻率相對于頻響法和低電壓短路阻抗法要高，得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)連續(xù)性好，電容量的變化可以通過比對大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，能夠有效監(jiān)控變壓器內(nèi)部出現(xiàn)許多變化情況，這是一種比較簡便易行的判斷變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的試驗(yàn)方法。3、介損試驗(yàn)采用正接法測量電容量是一種能夠有效排除試驗(yàn)的干擾，對變壓器的繞組變形情況，