變壓器繞組變形測(cè)試的分析判斷

2021年6月16日 16:33
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一、測(cè)試結(jié)果分析及測(cè)試報(bào)告編寫


（一）測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》（DL/T 911—2004）、《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》（Q/GDW 1168-2013）、《10kV-500kV輸變電設(shè)備交接試驗(yàn)規(guī)程》（Q/GDW 11447-2015）及《國家電網(wǎng)公司變電檢測(cè)通用管理規(guī)定》（國網(wǎng)運(yùn)檢/3 829-2017）的規(guī)定，可以用以下方式進(jìn)行分析判斷變壓器繞組變形。利用待試設(shè)備的歷史測(cè)試數(shù)據(jù)，或者同型號(hào)、同批次的另一臺(tái)待試設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)，來進(jìn)行橫向、縱向比較分析，然后作出較為可靠的診斷結(jié)論。

1)用頻率響應(yīng)法分析判斷待試設(shè)備繞組變形，主要是對(duì)繞組幅頻響應(yīng)特性進(jìn)行縱向或橫向比較，并綜合考慮待試設(shè)備遭受短路沖擊的情況、待試設(shè)備結(jié)構(gòu)、電氣試驗(yàn)及油中溶解氣體分析等因素。根據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小，可較直觀地反映出待試設(shè)備繞組幅頻響應(yīng)特性的變化，通常可作為待試設(shè)備繞組變形的輔助手段。用相關(guān)系數(shù)輔助判斷待試設(shè)備繞組變形的方法見附錄B。

2)待試設(shè)備繞組幅頻響應(yīng)特性曲線中波峰或波谷分布位置及數(shù)量的變化，是分析待試設(shè)備繞組變形的重要依據(jù)。待試設(shè)備繞組變形典型幅頻特性曲線參見附錄C。

3) 當(dāng)頻響特性曲線低頻段(1kHz～100kHz)的波峰或波谷發(fā)生明顯變化，繞組電感可能改變，可能存在匝間或餅間短路的情況。對(duì)絕大多數(shù)待試設(shè)備來說，其三相繞組低頻段的響應(yīng)特性曲線應(yīng)非常相似，如果存在差異應(yīng)及時(shí)查明原因。

4)當(dāng)頻響特性曲線中頻段（100kHz～600kHz）的波峰或波谷發(fā)生明顯變化，繞組可能發(fā)生扭曲和鼓包等局部變形現(xiàn)象。

5)當(dāng)頻響特性曲線高頻段（>600kHz）的波峰或波谷發(fā)生明顯變化，繞組的對(duì)地電容可能改變?？赡艽嬖诰€圈整體移位或引線位移等情況。
 
典型正常的變壓器繞組幅頻響應(yīng)特性曲線如圖Z13G6002Ⅲ-1所示，通常包含多個(gè)明顯的波峰和波谷，幅頻響應(yīng)特性曲線中的波峰或波谷分布位置及分布數(shù)量的變化，是分析變壓器繞組變形的重要依據(jù)。
 
變壓器繞組變形測(cè)試的分析判斷的圖1
   圖Z13G6002Ⅲ-1  正常的變壓器繞組幅頻響應(yīng)特性曲線圖

根據(jù)圖Z13G6002Ⅲ-1中的幅頻響應(yīng)特性曲線可分為低頻段（1～100kHz）、中頻段（100～600kHz）、高頻段（600～1000kHz）三段幅頻響應(yīng)特性曲線。其中：

（1）幅頻響應(yīng)特性曲線低頻段（1～100kHz）的波峰或波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組的電感改變，可能存在匝間或餅間短路的情況。頻率較低時(shí)，繞組的對(duì)地電容及餅間電容所形成的容抗較大，而感抗較小，如果繞組的電感發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致其頻響特性曲線低頻部分的波峰或波谷位置發(fā)生明顯移動(dòng)。對(duì)于絕大多數(shù)變壓器，其三相繞組低頻段的響應(yīng)特性曲線應(yīng)非常相似，如果存在差異則應(yīng)及時(shí)查明原因。

（2）幅頻響應(yīng)特性曲線中頻段（100～600kHz）的波峰或波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組發(fā)生扭曲和鼓包等局部變形現(xiàn)象。在該頻率范圍內(nèi)的幅頻響應(yīng)特性曲線具有較多的波峰和波谷，能夠靈敏地反映出繞組分布  電感、電容的變化。

（3）幅頻響應(yīng)特性曲線高頻段（＞600kHz）的波峰或波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組的對(duì)地電容改變，可能存在線圈整體移位或引線位移等情況。頻率較高時(shí)，繞組的感抗較大，容抗較小，由于繞組的餅間電容遠(yuǎn)大于對(duì)地電容，波峰和波谷分布位置主要以對(duì)地電容的影響為主。

根據(jù)測(cè)得的幅頻響應(yīng)特性曲線，可以采用以下方式進(jìn)行分析判斷。

（1）用頻率響應(yīng)分析法：主要是對(duì)繞組的幅頻響應(yīng)特性進(jìn)行縱向或橫向比較，并綜合考慮變壓器遭受短路沖擊的情況、變壓器結(jié)構(gòu)、電氣試驗(yàn)及油中溶解氣體分析等因素。根據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小，較直觀地反映出變壓器繞組幅頻響應(yīng)特性的變化，通常可作為判斷變壓器繞組變形的輔助手段。用相關(guān)系數(shù)R輔助判斷變壓器繞組變形的方法見表Z13G6002Ⅲ-1。

          表Z13G6002Ⅲ-1 相關(guān)系數(shù)R與變壓器繞組變形程度的關(guān)系
繞組變形程度
相  關(guān)  系  數(shù)R
繞組變形程度
相  關(guān)  系  數(shù)R
嚴(yán)重變形
RLF＜0.6
輕度變形
2.0＞RLF≥1.0或0.6≤RMF＜1.0
明顯變形
1.0＞RLF≥0.6或RMF＜0.6
正常繞組
RLF≥2.0和RMF≥1.0和RHF≥0.6

注：RLF為曲線在低頻段（1kHz～100kHz）內(nèi)的相關(guān)系數(shù)；RMF為曲線在中頻段（100kHz～600kHz）內(nèi)的相關(guān)系數(shù)；RHF為曲線在高頻段（600kHz～1000kHz）內(nèi)的相關(guān)系數(shù)。

（2）縱向比較法：是指對(duì)同一臺(tái)變壓器、同一繞組、同一分接開關(guān)位置、不同時(shí)期的幅頻響應(yīng)特性進(jìn)行比較，根據(jù)幅頻響應(yīng)特性的變化判斷變壓器的繞組變形。該方法具有較高的檢測(cè)靈敏度和判斷準(zhǔn)確性，但需要預(yù)先獲得變壓器原始的幅頻響應(yīng)特性，并應(yīng)排除因檢測(cè)條件及檢測(cè)方式變化所造成的影響。

（3）橫向比較法：是指對(duì)變壓器同一電壓等級(jí)的三相繞組幅頻響應(yīng)特性進(jìn)行比較，必要時(shí)借鑒同一制造廠在同一時(shí)期制造的同型號(hào)變壓器的幅頻響應(yīng)特性，來判斷變壓器繞組是否變形。該方法不需要變壓器原始的幅頻響應(yīng)特性，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較為方便，但應(yīng)排除變壓器的三相繞組發(fā)生相似程度的變形或者正常變壓器三相繞組的幅頻響應(yīng)特性本身存在差異的可能性。

繞組變形測(cè)試最終數(shù)據(jù)為同相繞組兩次測(cè)試曲線的相關(guān)系數(shù)值，按《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》（DL/T 911—2004）之規(guī)定可得出是否變形和變形嚴(yán)重程度的判斷。但在實(shí)際工作中，還應(yīng)結(jié)合短路阻抗、直流電阻、變比等試驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，也可以通過介損試驗(yàn)，測(cè)量變壓器各側(cè)繞組對(duì)地的電容量來判斷分析，其測(cè)量部位見表Z13G6002Ⅲ-2。

         表Z13G6002Ⅲ-2  電力變壓器介損試驗(yàn)測(cè)量部位
序號(hào)
雙  繞  組
三  繞  組
被  測(cè)  繞  組
接  地  部  位
被  測(cè)  繞  組
接  地  部  位
1
低壓
高壓、鐵芯、外殼
低壓
高壓、中壓、鐵芯、外殼
2
—
—
中壓
高壓、低壓、鐵芯、外殼
3
高壓
低壓、鐵芯、外殼
高壓
中壓、低壓、鐵芯、外殼
4
—
—
高壓、中壓
低壓、鐵芯、外殼
5
高壓、低壓
鐵芯、外殼
高壓、低壓
中壓、鐵芯、外殼
6
—
—
中壓、低壓
高壓、鐵芯、外殼
7
—
—
高壓、中壓、低壓
鐵芯、外殼
 
通過以上測(cè)量變壓器各部位的電容量，建立方程求出變壓器各側(cè)繞組對(duì)地的電容量，與初始值比較，有無明顯變化，并根據(jù)繞組變形測(cè)試結(jié)果，結(jié)合其他試驗(yàn)來判斷變壓器內(nèi)部有無變形。

繞組變形測(cè)試結(jié)果不能作為判斷變壓器是否受損唯一依據(jù)。變壓器繞組變形測(cè)試結(jié)果判斷的關(guān)鍵是擁有繞組結(jié)構(gòu)正常時(shí)的頻響曲線或相同結(jié)構(gòu)變壓器的頻響曲線，三相頻響曲線間相互比較是一種權(quán)宜之計(jì)，它具有一定的局限性。因此，在變壓器新投前必須測(cè)量繞組變形，為以后該變壓器故障分析時(shí)提高可靠的依據(jù)。

（二）測(cè)試報(bào)告編寫
檢測(cè)工作中，應(yīng)保存繞組頻率響應(yīng)檢測(cè)原始數(shù)據(jù)，存放方式如下：
1) 建立一級(jí)文件夾，文件夾名稱：變電站名＋檢測(cè)日期（如：花莊變電站20150101）；
2) 建立二級(jí)文件夾，文件夾名稱：調(diào)度號(hào)（如：#1主變、#2主變）。；
3) 文件名：按照被試設(shè)備類型，分別保存所測(cè)試的圖譜，如220kV花莊站#1主變高壓側(cè)OA/OB/OC相，中壓側(cè)OmAm/OmBm/OmCm相等。
4)  當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)，應(yīng)盡量在減少外界干擾的情況下，重復(fù)該相測(cè)試至少2次，且曲線無變化。存儲(chǔ)不少于2組圖譜，便于信號(hào)診斷分析。
 
繞組變形測(cè)試報(bào)告試驗(yàn)記錄應(yīng)填寫信息，包括基本信息（變電站、委托單位、試驗(yàn)單位、運(yùn)行編號(hào)、試驗(yàn)性質(zhì)、試驗(yàn)日期、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)地點(diǎn)、報(bào)告日期、編寫人員、審核人員、批準(zhǔn)人員、試驗(yàn)天氣、環(huán)境溫度、環(huán)境相對(duì)濕度）；設(shè)備銘牌（生產(chǎn)廠家、出廠日期、出廠編號(hào)、設(shè)備型號(hào)、額定電壓、額定容 量等）； 試驗(yàn)數(shù)據(jù)（繞組測(cè)試圖譜及相關(guān)系數(shù)、試驗(yàn)儀器、項(xiàng)目結(jié)論等）。

二、案例


某110kV變電站一臺(tái)變壓器型號(hào)為SFSZ9-4000/110，額定電壓為110±8×1.25%/35±2×2.5%/10.5kV，阻抗電壓為Uk12=10.03%、Uk23=6.51%、Uk13=17.72%。變壓器在運(yùn)行時(shí)（高壓在5檔，中壓在4檔），由于該地區(qū)普降雷暴雨，使變壓器35kV側(cè)保護(hù)動(dòng)作，變壓器輕、重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。對(duì)該變壓器35kV側(cè)3檔、4檔進(jìn)行繞組變形測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如下：
35kV側(cè)3檔幅頻響應(yīng)特性曲線如圖Z13G6002Ⅲ-2所示。35kV側(cè)4檔幅頻響應(yīng)特性曲線如圖Z13G6002Ⅲ-3所示。
 
變壓器繞組變形測(cè)試的分析判斷的圖2
圖Z13G6002Ⅲ-2  35kV側(cè)3檔幅頻響應(yīng)特性曲線圖
 
變壓器繞組變形測(cè)試的分析判斷的圖3
圖Z13G6002Ⅲ-3  35kV側(cè)4擋幅頻響應(yīng)特性曲線圖

由于新安裝測(cè)得幅頻響應(yīng)特性曲線使用的儀器與本次測(cè)量使用儀器的匹配阻抗不同，因此兩次的圖譜不能比較判斷，以本次的圖譜用頻率響應(yīng)分析法，通過對(duì)圖Z13G6002Ⅲ-2和圖Z13G6002Ⅲ-3進(jìn)行分析。

在圖Z13G6002Ⅲ-2中，其相關(guān)系數(shù)R均符合表Z13G6002Ⅲ-1中所列規(guī)定。

在圖Z13G6002Ⅲ-3中，其低頻段（1kHz～100kHz）的U相與V、W相波峰或波谷位置發(fā)生明顯變化，相關(guān)系數(shù)RLF＜0.6。中頻段（100kHz～600kHz）的波峰或波谷位置發(fā)生較為明顯變化，相關(guān)系數(shù)2.0＞RLF≈1.0。

因此該變壓器在35kV側(cè)U相發(fā)生嚴(yán)重變形，為了進(jìn)一步診斷確定故障，對(duì)其進(jìn)行下列試驗(yàn)。

1. 單相空載試驗(yàn)（見表Z13G6002Ⅲ-3）

表Z13G6002Ⅲ-3 單相空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)表
加    壓
短    路
電壓（kV）
電流（mA）
損耗（W）
UmVm
UmNm
10
160
1380
VmWm
WmNm
10
165
1390
WmUm
VmNm
10
235
2000
 
空載損耗PUmVm與PVmWm比較相差＜3%；空載電流IUmVm≈IVmWm＞1.3IWmUm。

2. 單相短路試驗(yàn)（見表Z13G6002Ⅲ-4）

表Z13G6002Ⅲ-4 單相短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)表
加    壓
短路UmVmWmNm
分接開關(guān)位置
3檔
4檔
電壓（V）
電流（A）
電壓（V）
電流（A）
UN
240
8.0
240
2.8
VN
240
8.0
240
7.5
WN
240
8.0
240
7.5
 
經(jīng)計(jì)算在35kV側(cè)3擋（額定擋）短路時(shí)，阻抗電壓Uk12=9.92%，與銘牌值（10.03%）相比＜±10%。而在35kV側(cè)4擋短路時(shí)，阻抗電壓Uk12=16.5%，與銘牌值（10.03%）相比＞±10%。

3. 測(cè)量35kV側(cè)直流電阻
在三擋（額定擋）測(cè)量UmNm、VmNm、WmNm直流電阻，其誤差＜2%。在四檔測(cè)量UmNm、VmNm、WmNm直流電阻，其誤差＞2%，其中UmNm直流電阻高達(dá)數(shù)百歐。

4. 測(cè)量35kV側(cè)繞組絕緣電阻
使用2500V/5000MW絕緣電阻表分別測(cè)量35kV分接開關(guān)，在3檔（額定檔）、4檔的絕緣電阻，R60/R15=5300/4000。

通過以上試驗(yàn)空載損耗PUmVm與PVmWm比較相差＜3%，空載電流IUmVm≈IVmWm＞1.3IWmUm。在35kV側(cè)4檔短路時(shí)，阻抗電壓Uk12=16.5%，與銘牌值（10.03%）相比＞±10%。在4檔測(cè)量UmNm、VmNm、WmNm直流電阻，其誤差＞2%。結(jié)合所測(cè)得的幅頻響應(yīng)特性曲線，判斷該變壓器在35kV側(cè)U相的調(diào)壓繞組及分接開關(guān)發(fā)生故障。繞組未發(fā)生匝間短路。經(jīng)吊罩檢查35kV側(cè)U相的分接開關(guān)（4檔）與調(diào)壓繞組之間連線基本脫落。

來源：高壓電氣試驗(yàn)部落

變壓器繞組變形測(cè)試的分析判斷的圖4


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