一起變壓器低壓繞組介損及電容量異常分析

趙 胤，李華丹，董典帥

(無錫供電公司，江蘇無錫 214072)

變壓器電容量與介質(zhì)損耗正切角tgδ的測試值可以靈敏地發(fā)現(xiàn)油浸式電力變壓器整體是否受潮、油或紙絕緣是否劣化，并可以作為判別變壓器繞組是否變形的輔助手段。查找變壓器電容量與介質(zhì)損耗正切角數(shù)據(jù)超標原因，需要依據(jù)變壓器自身結(jié)構(gòu)、試驗歷史數(shù)據(jù)、變壓器等值電路參數(shù)、變壓器油色譜等進行綜合判斷。依據(jù)變壓器絕緣等效電容圖進行理論計算，可以較準確的查明缺陷的大致部位，為排除隱患提供理論依據(jù)。本文針對某110 kV 主變低壓繞組電容量與tgδ 超標，依據(jù)該變壓器絕緣等效電容圖進行理論計算、并結(jié)合現(xiàn)場試驗，成功查明數(shù)據(jù)超標原因為變壓器鐵心接地不良。

1 主變試驗過程及試驗數(shù)據(jù)

2013年10 月，對某變電所110 kV 主變進行例行性試驗。型號SFSZ8-50000/110，額定電壓110±3×2.5%/38.5±5%/10.5 kV，額定電流264.2/749.8/2749 A，連接組別YN，yn0，d11。試驗時環(huán)境溫度23℃，環(huán)境濕度70%，主變上層油溫35℃，有載調(diào)壓開關(guān)在第一檔位，中壓無載調(diào)壓開關(guān)在第三檔位，拆除主變各側(cè)連接導(dǎo)線后，按照頻響法測繞組變形、直流電阻、低電壓短路阻抗、絕緣電阻、介損及電容量測試的項目順序進行試驗，異常數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 某110 kV 主變介損及電容量試驗異常數(shù)據(jù)

表1 中，ΔC%為2013年10 月與1993年9 月電容量相比的偏差百分數(shù)。低—高中繞組及地電容量為17 160 pF 與原始數(shù)據(jù)偏差為-5.77%，低—高中繞組及地介質(zhì)損耗為5.04%，根據(jù)江蘇省電力公司《輸變電設(shè)備交接與狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》等標準的要求，低—高中地繞組介損和電容量數(shù)據(jù)不合格（規(guī)程值電容量與初始值偏差警示值為±5%，介損警示值為0.8%）。

2 試驗現(xiàn)場故障查找過程

現(xiàn)場更換試驗電橋，重新測量，“低—高中繞組及地”介損和電容量測試值無明顯變化，由此可排除儀器影響因素。由于該主變“低—高中繞組及地”電容量與原始數(shù)據(jù)對比減小明顯，因此可知測試回路中有額外的電容串入。本試驗“高—中低地”、“中—高低地”的試驗數(shù)據(jù)正常，因此重點懷疑低壓與鐵心間的絕緣存在問題。

變壓器中影響低壓線圈介損及電容量的部位和部件，主要是低壓線圈與中壓線圈及鐵心間的絕緣結(jié)構(gòu)，由此在現(xiàn)場增加了“鐵心—地”、“低壓—中壓繞組”、“低壓繞組—鐵心”的電容量與介質(zhì)損耗測量，其測試結(jié)果如表2 所示。

表2 鐵心相關(guān)部位介損及電容量測試數(shù)據(jù)

由表2 可見“低壓繞組—中壓繞組”數(shù)據(jù)正常；“鐵心—地”介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)偏大；“低壓繞組—鐵心”介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)異常，這2個數(shù)據(jù)均與鐵心有關(guān)。所以重點對鐵心回路進行排查，并最終發(fā)現(xiàn)了數(shù)據(jù)異常原因。試驗人員分別使用萬用表、2500 V 兆歐表對接地引下線與變壓器外殼間進行測量，發(fā)現(xiàn)萬用表測試數(shù)據(jù)為600 kΩ，而用2500 V 兆歐表測量其對外殼的絕緣電阻是0.3 MΩ，由于變壓器外殼接地良好，由此可知變壓器鐵心接地引下線接地不良。通過現(xiàn)場開挖，發(fā)現(xiàn)該變壓器接地引下線埋在鵝卵石下的部分已經(jīng)銹斷。

將該變壓器鐵心正確接地后，重新進行變壓器常規(guī)試驗，其全部試驗數(shù)據(jù)合格，其中整體電容量與介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 鐵心正確接地后的整體電容量與介質(zhì)損耗測試數(shù)據(jù)

表3 中ΔC%為2013年10 月與1993年9 月電容量相比的偏差百分數(shù)。對比表1 和表3 可知，“低—高中繞組及地”的數(shù)據(jù)合格，“高—中低繞組及地”的數(shù)據(jù)無顯著變化，“中—高低繞組及地”只有電容量小了40 pF，即說明在本例中，在進行介損及電容量試驗時鐵心是否接地對低壓線圈的影響是巨大的，而對高中壓線圈影響微小。

3 應(yīng)用等效圖分析數(shù)據(jù)異常原因

根據(jù)該主變結(jié)構(gòu)，進行絕緣試驗時主變各主要部件間絕緣的等效電容圖如圖1 所示[1]。

圖1 某110 kV 變壓器主絕緣等效電容圖（忽略電阻）

圖1 中，CHE為高壓繞組對箱體電容；CHT為高壓繞組對鐵心電容；CHM為高壓繞組對低壓繞電容；CHD為高壓繞組對鐵軛及夾件或接地地屏D 電容；中、低壓繞組相關(guān)部位電容量命名原則與此一致；CTE為鐵心對箱體電容；CTD為鐵心對鐵軛等接地部件電容；K為鐵心接地引下線示意虛擬開關(guān)（K“合位”則鐵心接地良好，K“分位”則鐵心接地不良）。

圖1 中地屏D 是某些變壓器為了屏蔽鐵心的棱角，在其外用金屬帶將其包裹，以達到均勻電場的目的，該金屬帶應(yīng)與鐵心或夾件連接接地[2]。本文中該110 kV 變壓器雖然沒有地屏，只有鐵心引出接地，說明夾件與鐵軛都是在變壓器內(nèi)接地，因此三側(cè)線圈和鐵心對接地部件間均存在電容回路。當(dāng)鐵心接地時（開關(guān)K 合位），CTD被短接；當(dāng)鐵心失去接地時（開關(guān)K 分開），鐵心處于懸浮電位，同時CTD有可能參與到測試回路中。根據(jù)圖1 將表1、表2、表3的有關(guān)數(shù)據(jù)進行整理，如表4 所示。

表4 電容及介損試驗實際測試回路表

表4 中序號1，3，5為鐵心未接地時（即開關(guān)K 斷開）的測試數(shù)據(jù)，序號2，4，6為鐵心接地時（即開關(guān)K合上）的測試數(shù)據(jù)。在K 分、合2 種情況下,由表4 中序號7的數(shù)據(jù)可知鐵心對地電容量有24 720 pF。將序號1 和序號2 對應(yīng)的電容量及等效電容組合分別相減，可得CHT-[CHT串（CTD+CTE）]=0，即鐵心對地電容量，（CTD+CTE）和CHT串聯(lián)后的電容量與CHT本身的電容量接近，所以CHT的電容值很小，可推算出甚至接近于0；同理CMT的電容量也很??；所以CHT，CMT對各自線圈的總電容量測試值影響較小可忽略。依據(jù)介質(zhì)串、并聯(lián)介損公式,由表4 序號5至8 聯(lián)列介損和電容量關(guān)系方程組，可解得：

上述數(shù)據(jù)與序號9 一起構(gòu)成矛盾的結(jié)果，經(jīng)過分析可由以下幾個因素導(dǎo)致：

（1）鐵心接地狀況對三側(cè)線圈電容的影響不同。其中CHT，CMT很小而CLT較大，這是因為鐵心由低壓線圈包圍，鐵心與低壓線圈之間距離較近，其電容量較大；當(dāng)鐵心不接地時該支路串入鐵心對地的電容，致使總電容減?。欢咧袎壕€圈在低壓線圈外側(cè)，輻向與鐵心沒有直接的電容聯(lián)系，因此其與鐵心之間的聯(lián)系主要在端部，等效極板面積較小，且距離較遠，其電容量較小，鐵心與地之間電容對該支路的影響可以忽略。

（2）鐵心接地狀況對介損測量的影響。鐵心接地不良時，鐵心會產(chǎn)生懸浮放電帶來測量的不確定性；鐵心硅鋼片間的絕緣漆附加電阻,使測試電流經(jīng)過鐵心后含有大量阻性分量，導(dǎo)致介損增大[3]；當(dāng)鐵心不接地時，接地部件的存在對低壓線圈和鐵心間測量回路帶來的復(fù)雜影響，即采用集中參數(shù)是無法準確模擬分布參數(shù)形成的網(wǎng)絡(luò)，例如T 型網(wǎng)絡(luò)可能會對正接線測量造成負介損的結(jié)果所以在不同的接線方式下測得的介損分散性很大。同樣由于低壓線圈與鐵心聯(lián)系較緊密，故其所受影響較大。在不同的接線方式下這幾個因素的影響是不一樣的。例如在測量低壓線圈對鐵心的介損時，分布網(wǎng)絡(luò)和鐵心損耗會起作用。因此在鐵心不接地的情況下，測得的這些數(shù)據(jù)是無效的。

（3）當(dāng)鐵心接地后（開關(guān)K 合上），鐵心與地屏等電位，則它們間的分布影響及懸浮放電就不存在了，此時的數(shù)據(jù)才能反映絕緣的實際情況。

從以上幾個試驗項目可見當(dāng)鐵心不接地時，鐵心與接地部件間電容及鐵心懸浮放電將會影響到部分試驗項目的準確性。

4 鐵心接地狀況對試驗數(shù)據(jù)的影響

為保證試驗結(jié)果的正確性，在變壓器鐵心接地良好后，對先前完成的頻響、直流電阻、低電壓短路阻抗和絕緣電阻試驗按照順序重做一遍，發(fā)現(xiàn)頻響和絕緣電阻與先前的結(jié)果有差異，而直流電阻和低電壓短路阻抗由于與主絕緣電容量關(guān)系不大，因此沒有變化。

4.1 頻率響應(yīng)曲線測試

鐵心接地前后的頻率響應(yīng)圖如圖2—10 所示。

圖2 鐵心未接地時高壓三相頻率響應(yīng)圖

圖3 鐵心接地時高壓三相頻率響應(yīng)圖

根據(jù)頻響理論，在低頻段主要反映感抗，在高頻段主要反映容抗，而在中頻段反映2 者的綜合作用，從3張對比圖可清晰的在200 kHz 以后當(dāng)容抗作用逐漸增大時，鐵心接地前后的頻響曲線開始發(fā)生較大的分歧，即說明鐵心接地是否可靠將通過電容效應(yīng)的形式反映在頻響曲線上。鐵心接地狀況對頻率響應(yīng)曲線的影響明顯，通過本文的對比，可以給出如下啟示：若同一臺主變?nèi)囝l響曲線一致，而同歷史數(shù)據(jù)相比有較大差別（排除試驗儀器的影響），則可查找鐵心的接地狀況。

圖4 高壓A 相在鐵心未接地及接地2 種情況下頻率響應(yīng)對比圖

圖5 鐵心未接地時中壓三相頻率響應(yīng)圖

圖6 鐵心接地時中壓三相頻率響應(yīng)圖

圖7 中壓A 相在鐵心未接地及接地2 種情況下頻率響應(yīng)圖對比圖

圖8 鐵心未接地時低壓三相頻率響應(yīng)圖

圖9 鐵心接地時低壓三相頻率響應(yīng)圖

圖10 低壓ab 相在鐵心未接地及接地2 種情況下頻率響應(yīng)對比圖

4.2 絕緣電阻

與介損及電容量試驗類似，鐵心接地情況主要是對“低—高中地”的絕緣電阻測試數(shù)據(jù)有影響，其原因為鐵心不接地時低壓線圈與鐵心間的電容又串聯(lián)了鐵心對地的電容，使該支路的絕緣電阻增大，又由于鐵心對接地部件支路較多，某些支路電容較小，導(dǎo)致吸收比減小[4]。如表5 所示。

5 結(jié)束語

從以上4個試驗項目可見與電容量關(guān)系密切的所受影響較大，與電容量關(guān)系不大的則幾乎不受影響。因此當(dāng)鐵心不接地時，鐵心與接地部件間電容及鐵心懸浮放電將會影響到部分試驗項目的準確性。變壓器電容量與介質(zhì)損耗超標原因較為復(fù)雜，需要綜合分析判斷才能找出故障原因。通過變壓器絕緣等效電容圖模擬，并經(jīng)過電容量與介質(zhì)損耗理論計算，結(jié)合現(xiàn)場測試，查明某110 kV 變壓器“低—高中繞組及地”電容量與介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)超標原因為變壓器鐵心接地不良。

表5 絕緣電阻數(shù)據(jù)對比

（1）變壓器等效電路理論計算法并結(jié)合現(xiàn)場測試，可以較準確地查找各種變壓器電容量、介質(zhì)損耗超標原因、缺陷部位，為電氣試驗提供理論依據(jù)；

（2）測量了該變壓器鐵心接地良好與接地不良條件下頻率響應(yīng)曲線，曲線差異明顯，該試驗結(jié)果對判別變壓器電容、介質(zhì)損耗超標有一定的啟發(fā)意義；

（3）鐵心接地不良影響電容量與介質(zhì)損耗測 試、頻率響應(yīng)測試、絕緣電阻，但對短路阻抗、直流電阻幾乎無影響。

[1]丁 偉，丁天祺.變壓器繞組電容量異常變化實例分析[J].變壓器，2012，49(2)：71-74.

[2]楊 星，朱建新.變壓器的等電位屏結(jié)構(gòu)工藝特點及其故障特征分析[J].變壓器，2007，44(1)：63-67.

[3]趙 堅.變壓器繞組介損及電容異常分析[J].變壓器，2010，33(1)：14-17.

[4]洪貞賢.變壓器鐵心接地斷線時絕緣水平的測量誤差[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2006(2)：38-39.