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變壓器繞組變形測試系統的應用

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變壓器繞組變形測試系統的應用

發布日期:2016-04-18 00:00 來源:http://www.qyhjad.com 點擊:

        繞組變形是貴州變壓器安全運行的一大隐患。本文介紹了頻率響應分析法測試變壓器繞組變形的原理,總結了頻率響應分析法現場應用中的注意事項,并提供頻率響應法測試繞組變形的應用實例。


  貴州變壓器是電網中的主要核心設備,其安全狀況對整個系統的安全運行具有舉足輕重的地位,而從變壓器事故的情況看,很多都伴随有繞組的變形現象,甚至是由于繞組變形引起的。僅2000年,廣東省内通過繞組變形測試就發現8台運行中的110kV變壓器存在繞組變形,并及時對這些變壓器進行了維修和加固改造,消除了事故隐患,取得了顯着的效益。因此,開展變壓器繞組變形測試對變壓器的安全運行有着重要的意義,也是我們開展變壓器狀态檢修的必備條件。


  1.貴州變壓器繞組變形的原因及危害


  變壓器在運行中不可避免地要遭受各種短路故障電流的沖擊,特别是出口短路和近區短路對變壓器的危害最大,變壓器繞組将承受巨大的、不均勻的軸向和徑向電動應力作用。當繞組内部機械結構存在薄弱環節,必然會産生繞組變形現象。包括軸向、徑向尺寸變化,器身位移,匝間短路及繞組扭曲、鼓包等。變壓器繞組變形後繼續運行可有發生下列情況:


  (1)變壓器立即損壞。我局曾有一台110kv變壓器在遭受近區短路,重合成功後,二十多秒後瓦斯動作,事後檢查繞組變形,返廠重繞;


  (2)由于繞組變形,引起變壓器的絕緣材料損傷或者絕緣距離發生改變,導緻絕緣強度下降,在長期正常電壓或過電壓作用下,最終可能導緻絕緣擊穿,此類情況可以用電氣試驗和油試驗等常規的方法檢出其絕緣缺陷;


  (3)繞組變形後,絕緣狀況沒有損壞,但線圈的機械強度下降,當再次遭受短路故障時,将承受不住巨大的電動力而發生損壞,此類情況由于絕緣沒有損壞,常規電氣試驗及油試反映不出問題,隻能通過繞組變形測試的手段才能得出正确的結論。同時,這種情況也比較常見,因為許多的變壓器并不會隻遭受一次短路就損壞,而運行中的變壓器可能已經遭受多次短路沖擊,機械強度已下降,甚至有輕微變形,但由于常規試驗無法檢出其内部的變形故障,在大修吊檢之前是無法判斷其狀态的,是嚴重的事故隐患。


  因此,積極開展變壓器繞組變形測試工作,及時發現和處理有問題的變壓器,有針對性地進行吊檢,即可節省大量的人力,物力,對防止變壓器事故的發生也有極其重要的作用。


  2.貴州變壓器繞組變形測試方法


  變壓器繞組發生局部的機械變形後,其内部的電感、電容等分布參數必然發生變化,特别是電感值。以往多使用的是集中參數檢測法,如常規的測驗變比,直流電阻等來診斷變壓器繞組是否發生變形,因其靈敏度較低,顯得困難;另一種方法是短路阻抗來判斷,但也是中繞組變形非常嚴重時才能發現。同時這種試驗需要龐大的試驗設備及試驗電源容量,在現場很難滿足開展該項試驗的條件。目前,我局使用TDT-4型繞組變形測試系統采用的是頻率響應分析(FRA)的原理。該方法建立在對變壓器繞組分布參數網絡分析的基礎上,變壓器繞組可以被看作是電阻、電感、電容構成的無源線性雙端口網絡,根據電工學原理,其網絡特性可以用傳遞函數H(jw)或n(f)來概述。如圖1所示。


  根據電工學理論,如果繞組發生機械變,即發生了軸向、徑向尺寸,勢必會改變網絡上的L、K、C等分布參數,随着網絡參數的改變,從而導緻其頻率響應特性。因此我們比較不同時期該變壓器的頻率響應特性是否一緻,就可以判斷變壓器是否發生了變形及變形程度的大小。


  3.TDT型變壓器繞組變形測試系統及其分析方法


  該測試系統是采用頻響法診斷變壓器繞組變形的。其原理顯通過計算機管理和控制,由掃頻電壓發生器依次輸出不同頻率的正強波電壓信号Vs(f)到變壓器骁組的一個端子上,然後通過雙通道檢測單元紀錄繞組兩端上的電壓信号Vi(f)和Vo(f),并作相應的數字化處理,得到其在不同掃描頻率下的幅值和相位,然後根據下式求得被測試繞組的幅頻響應特性或相頻響應特性,再由計算機作輸出處理(如圖2所示)。


  幅頻響應特性:


  H(f)=20lg(Avo(f)/Avi(f))


  相頻響應特性:


  φ(f)=φvo(f)-φVi(f)


  電力變壓器繞組的幅頻響應特性H(f)主要取決于其内部電感、電容等分布參數,通常具有如下特性:(1)當頻率低于10KHz時,其頻率響應特性主要由線圈的電感所決定,諧振點通常較少,對分布電容的變化較不敏感;(2)當電頻率超過1MHz時,繞組的電感又被分布電容所旁路,對電感的變化不敏感;(3)在10KHz-1MHz的範圍内,繞組的分布電感和電容均發揮作用,其頻率響應特性具有較多的諧振點能夠靈敏地反映出繞組電感,電容的變化情況。因此,在該系統中,選用10KHz-1MHz的掃頻測量範圍。


  頻率響應分析法診斷變壓器繞組變形是建立在比較繞組頻率響應特性變化基礎上的,即變壓器遭受突發短路沖擊後測得的各個繞組的頻率響應特性為原始測試結果一緻,則表明該次短路故障沒有導緻繞組變形,反之,可根據其特性變化的情況判斷變形的繞組以及其變形的嚴重程度。(這種判斷的方法,在實際的測試中,我們對兩台遭受出口短路的220kV變壓器進行檢查,得出的頻響特性波形與兩年前所測試出的波形相當一緻,故判斷其繞組未受到該次短路沖擊的破壞)。在實際的工作中,很多時候會碰上沒有原始數據的情況,(即那些已投入運行的變壓器,投運前沒有做該項測試),就采用比較變壓器互相繞組相間特性曲線的差異,對繞組繞組的變形情況作出判斷,對于制造工藝良好的變壓器,其三相繞組的結構基本是一緻的,測得的頻響曲線通常具有一定的可比性,但需注意,這種“可比性”僅僅是相對的,受繞組引線長度,其内部位置等影響,特别是三角型接法的繞組,測得的三相頻率響應特性往往有較大的差異,這時應與該型号同廠家同一時期的其他變壓器作比較。   4.繞組變形測試技術的實際應用


  本局開展繞組變形測試主要分為三類:


  (1)對全新投運的變壓器,主要是檢查運輸途中是否意外的碰撞或沖擊,同時也是作為該變壓器頻率響應特性曲線的原始資料,用作以後測試的重要對比資料;


  (2)對于遭受出口或近區短路的變壓器,根據我省執行的《變壓器狀态檢修手則》的有關規定,必須進行繞組變形測試,判斷其是否變形,作為能否繼續運行的依據之一;


  (3)配合日常的預試工作,對已運行的變壓器作繞組變形檢查,若判斷其繞組沒有發生變形現象,該次測得頻率響應特性曲線也将作為原始資料,是以後作對比的依據。


  在目前,我局共進行了四十多台次的繞組變形測試,積累了一定經驗,在現場的測試中,應特别注意以下兩方面的因素對測試結果的影響:


  (1)變電站高壓電磁場的幹擾。收于該系統的掃頻電壓發生器僅輸出5V左右的正弦波,容易受到高壓電磁場的幹擾,如:本局所屬500kV變壓站#2主變低壓側的35kV電抗器開關爆炸,造成相間短路,主變B相有載開關瓦斯的動作,跳開三側開關。我們在現場作繞組變形測試時,發現其頻率響應特性曲線極不穩定,并且三相頻率響應特性曲線極不一緻,為了防止誤判,我們進行了多台次的測試,發現其特性曲線雖不穩定,但有規律性,并且三相之間的規律是一緻。我們判斷是受到了電磁場的幹擾,(在排除了受幹擾的特性曲線後,三相頻響曲線較為一緻)在結合了其它電氣試驗,油化驗的結果認為該次短路沖擊對主變的繞組沒有造成損害;在測試一台220kV變壓器時,也觀察到在某些頻率段受到幹擾而産生尖峰,甚至在110kV場地也有這種現象,因此在判斷波形是要注意排除:


  (2)要注意繞組的直流電阻或測試線與繞組之間的接觸電阻對測試結果的影響:在以上提及的變壓器繞組分布參數等值網絡圖中,是忽略繞組的電阻的,但實際上,繞組的電阻變化,不但對頻率響應特性曲線的幅值産生影響,而且還會影響諧振峰點出現的頻率,容易産生誤判。我們在對一台220KV變壓器作繞組測試時,造成與原始曲線相差較大,經多次試驗,才發現是測試線與繞組之間的接觸不良。因此,在作判斷時,除了要檢查試驗接線,還要結合變壓器的直流電阻作判斷,看是否由于繞組的内部接觸不良,造成對測試的影響。


  下面介紹一下變壓器繞組變形的測試實例:某站#1主變,型号SFZ7-40000/110由于誤操作,10kV母線相間短路,短路電流約8kA。但由于#2主變開關需處理,無法投運,因此隻能将#1主變迅速恢複運行。事後,取主變本體油樣作檢查,未發現有異常情況。#2主變開關經處理投運後,将#1主變停下,作常規電氣試驗,吸收比、介損值、繞組直流電阻等項目和以往數據比較,均無異常。按以往的做法,已可認為該次短路沖擊對#1主變沒有造成損害,可以繼續投運。但接着進行繞組變形的測試,發現低壓側面繞bc線圈與ab、ca兩相線圈的頻響特性曲線有相當的差異,經多次測試,均為同一結果(由于該台變壓器沒有原始數據,隻能作三相比較)。為了穩妥起見,我們将#2主變停下,作繞組變形測試(該主變為#1主0變同型号,同期出廠,同時投運,但沒有遭受該次短路的沖擊),其特性曲線三相間較為一緻。據此,我們判斷#1主變的低壓繞組線圈發生變形,根據頻率響曲線應判斷為:低壓c相單獨變形或a、b兩相同時變形。決定該主變返廠吊罩檢查。吊芯後,發現低壓繞組a、b相線圈出現鼓包,并伴随有線圈的扭曲現象。通過繞組變形的測試,可以将變壓器隐藏的、但常規預防性試驗很難檢出的繞組變形故障發現,及時進行處理,避免損壞變壓器的事故發生。


  推廣和開展繞組變形測試,可避免不必要的吊芯檢查。如某局一台220KV變壓器11OkV側開關爆炸,相間短路,變壓器遭受出口短路,電氣試驗及油化驗無發現異常情況,由于該廠家多台同型号變壓器曾發生過近區短路後,變壓器繞組變形較嚴重的情況,因此對該變壓器在遭受這次沖擊後繞組的情況比較懷疑,在作了繞組變形測試後,我們發現該台變壓器三側繞組三頻率響應特性曲線一緻性較好,并與該型号的其它變壓器相比較,亦無異常的情況,判斷其變壓器繞組沒有變形。并結合電氣試驗和油化驗的結果,認為該變壓器可以繼續投運。從而避免了盲目的吊芯檢查,節省了大量人力、物力。從以上的事例可見,繞組變形的測試,作為一種必要的監督手段,可以保障變壓器的安全運行。


  5.結束

  貴州變壓器繞組變形測試技術是近年來才逐步推廣的新技術,但從我們目前開展了這項工作的情況來看,該技術可以及時發現那些有問題的變壓器,對防止變壓器事故的發生有重要的作用;可避免不必要的吊檢和大修,節省大量的人力、物力,是我們推變壓器狀态檢修的必要的技術保證。但變壓器繞組變形測試畢竟是一種檢測方法,還有待完善和改進的地方,如目前隻能定性于判斷繞組是否變形,還不能量化地診斷繞組變形的性質及嚴重程度。


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