淺析短路阻抗法在變壓器繞組變形試驗中的應(yīng)用

(江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223212)

變壓器在使用過程中，有很多原因會引起變壓器繞組變形，變壓器的繞組一旦發(fā)生變形就會誘發(fā)多種變壓器的故障。假如變壓器繞組發(fā)生嚴(yán)重變形而沒有被診斷出來仍然繼續(xù)運(yùn)行，極有可能引發(fā)事故，輕的會導(dǎo)致停電，重的可能會燒毀變壓器。而變壓器作為水電系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，運(yùn)行質(zhì)量關(guān)乎水利工程運(yùn)行的穩(wěn)定和安全[1]。因此，如何完善變壓器試驗項目值得深入探究。

1 變壓器繞組變形的定義

繞組變形是指電力變壓器繞組在電動力或機(jī)械力作用下發(fā)生的，軸向或徑向尺寸有所變化，一般情況下具體表現(xiàn)形式為：繞組發(fā)生鼓包、位置發(fā)生轉(zhuǎn)移或局部扭曲等，其中最常見也是最典型的形式就是伴隨著絕緣破壞而出現(xiàn)的繞組匝間短路、主絕緣放電或完全擊穿[2]。

變壓器在運(yùn)輸過程中遭受沖撞或遭受短路電流沖擊的時候，都有可能發(fā)生繞組變形，直接影響變壓器的正常運(yùn)行，甚至整個電網(wǎng)的安全運(yùn)行[3-4]。

2 變壓器繞組變形形成的原因

2.1 變壓器繞組在運(yùn)行過程中受到來自短路故障電流的沖擊

在運(yùn)行過程中受到各種短路故障電流的沖擊是不可避免的。尤其是在近距離短路和出口故障時，繞組會受到來自短路電流帶來的非常大的沖擊力，從而使得繞組溫度升高，且變壓器有關(guān)導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度削弱，最終變壓器繞組在電動力的運(yùn)作下會產(chǎn)生變形甚至完全報廢。一般而言，變壓器受到的電動力有兩種，一種是徑向(橫向)力，一種是軸向(縱向)力。

2.1.1 徑向(橫向)力

電流的方向和線圈的相互位置決定徑向力的作用，在雙線圈變壓器上，徑向力的作用主要是起到壓縮內(nèi)部線圈、拉伸外部線圈的作用。那么如何增強(qiáng)整個線圈相對徑向力的剛度呢？普遍的做法是：把撐條用絕緣筒支撐，然后繞上線圈，此時線圈要受到撐條所導(dǎo)致的彎曲力作用和壓縮力作用。因此，假如彎曲力與壓縮力的合力超過了線圈剛度的最大屈服點，就會造成線圈變形或者永久損壞，表現(xiàn)方式主要有：梅花狀或鼓包狀繞變形等。

2.1.2 軸向(縱向)力

變壓器受軸向力的作用主要會使線匝和線段發(fā)生縱向彎曲，并且會使線段與線段之間的墊塊產(chǎn)生壓縮，部分甚至?xí)鬏數(shù)借F軛，而脫離芯柱。一般來講，處于線圈兩端位置的線段很容易發(fā)生最大的彎曲力，而處于線圈高度中心的墊塊上很容易產(chǎn)生最大的壓縮力。在磁勢分布不均勻時或者線圈的高度不一樣時，較之徑向力而言，軸向力更容易發(fā)生變壓器事故。

由此可見，一旦變壓器在運(yùn)行過程中受到諸如突發(fā)性的短路故障等而帶來的電流沖擊時，每一個線圈都會產(chǎn)生強(qiáng)大的徑向力和軸向力的合力。

2.2 變壓器繞組本身承受力有限

由于變壓器繞組自身的承受能力有限，不能很好地承受變壓器出現(xiàn)短路帶來的短路電流沖擊力，導(dǎo)致繞組發(fā)生變形。近幾年的我國110kV的電力變壓器事故統(tǒng)計的分析表明，變壓器安全運(yùn)行的最大的隱患在于變壓器繞組變形，但是繞組變形在一定程度上是不可避免的，因此對于變壓器繞組的檢驗工作就顯得尤為重要。

2.3 保護(hù)系統(tǒng)存在一定的死區(qū)或者運(yùn)作失靈

造成變壓器繞組變形故障的另一個原因就是保護(hù)系統(tǒng)存在一定的死區(qū)或動作失靈，因為死區(qū)或動作失靈會使得變壓器承受穩(wěn)定短路電流作用的時間變長，最終導(dǎo)致繞組發(fā)生變形。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，在受到外部的短路障礙時，因為沒有及時跳閘而導(dǎo)致變壓器損壞的大概占短路障礙的30%。

2.4 變壓器繞組受外力的撞擊導(dǎo)致變形

變壓器在運(yùn)輸、安裝過程中，避免不了受到外力的影響而產(chǎn)生變形，例如，在安裝過程中受到機(jī)械或者其他物體的猛烈撞擊導(dǎo)致變形。

3 短路阻抗測試原理

變壓器短路阻抗是當(dāng)負(fù)載阻抗為零時，變壓器內(nèi)部的等效阻抗、短路阻抗的電抗分量，即短路電抗，就是繞組的漏電抗，漏電抗是由繞組的幾何尺寸所決定的，對于一臺變壓器，當(dāng)繞組變形、幾何尺寸變化時，其短路阻抗值會發(fā)生變化，如果變壓器在運(yùn)行中受到短路電流的沖擊，為了檢查其繞組是否變形，可以比較短路前后的短路阻抗值，如果變化較大，則可認(rèn)為繞組有明顯變形。

一般在運(yùn)行現(xiàn)場對變壓器進(jìn)行低電壓短路阻抗試驗，可采用三相等效測試法或單相試驗法。三相變壓器的三相短路阻抗的平均值采用三相等效測試法直接計算，得出的平均值與銘牌或短路故障前所測值進(jìn)行比較，就能夠在無需掉罩情況下判斷嚴(yán)重故障短路電流造成的繞組有無明顯變形，若發(fā)現(xiàn)需要進(jìn)一步檢查每相的短路阻抗，則可采用單相測試法進(jìn)行相間比較。

4 阻抗法測試變壓器繞組變形試驗實例

淮陰站變電所110kV2號主變型號為SS11-20000/110，額定電壓(110±4×2.5%)/10.5/6.3kV。對此變壓器進(jìn)行短路阻抗試驗，高對低時，高壓側(cè)加壓，中壓側(cè)接地，低壓側(cè)懸空，測量結(jié)果見表1。從表1數(shù)據(jù)可以看出，銘牌高對低阻抗電壓為17.77%，三相阻抗百分比為17.76%，而阻抗電壓百分比和短路阻抗百分比數(shù)值上是相同的，這樣就知道阻抗差百分?jǐn)?shù)為-0.545%。試驗測得的短路阻抗與變壓器銘牌給出的數(shù)據(jù)基本接近，因此，可判斷出該臺變壓器的繞組是正常的，未發(fā)生變形。

表1 短路阻抗法測量數(shù)據(jù)

5 結(jié) 語

變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，吊芯周期一般為5～10年，短路阻抗法用來測試?yán)@組是否變形十分準(zhǔn)確，且可以和預(yù)防性試驗同期進(jìn)行，可及早對繞組是否變形作出準(zhǔn)確判斷，對水電系統(tǒng)安全運(yùn)行意義重大。