電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線的分析

謝 希

（國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司， 重慶 404100）

隨著電力系統(tǒng)和設(shè)備的不斷發(fā)展，各類電氣試驗(yàn)也在不斷的進(jìn)行，電氣試驗(yàn)可以診斷變壓器故障，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患。電力變壓器的核心構(gòu)件是金屬繞組，它同樣也是變壓器變壓的關(guān)鍵，一旦發(fā)生繞組錯(cuò)誤接線，就會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，甚至引發(fā)安全事故。因此，為了保證電氣試驗(yàn)的正常進(jìn)行，獲得理想準(zhǔn)確的試驗(yàn)效果，研究分析電氣試驗(yàn)中電力變壓器的繞組錯(cuò)誤接線是重中之重。電力變壓器繞組的接線環(huán)節(jié)非常重要，需要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行，接線錯(cuò)誤會(huì)造成短路，甚至燒毀繞組，對(duì)電力變壓器造成嚴(yán)重危害，影響電力系統(tǒng)的正常進(jìn)行。該文對(duì)電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線進(jìn)行分析，并提出了較為完善的檢測(cè)方法，為電氣試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供保障。

1 電氣試驗(yàn)

電氣試驗(yàn)主要是對(duì)電力系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備和線路進(jìn)行檢測(cè)，一般可以分為2類：1）破壞性試驗(yàn)。為了更直觀地測(cè)量被試驗(yàn)設(shè)備的極限性能，獲取極限參數(shù)，一般會(huì)進(jìn)行破壞性試驗(yàn)。這類試驗(yàn)會(huì)損壞電氣設(shè)備的性能和質(zhì)量，對(duì)工作人員的專業(yè)素養(yǎng)要求更高，試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)也更大，常見的有直流耐壓試驗(yàn)和交流耐壓試驗(yàn)。破壞性試驗(yàn)對(duì)電力變壓器的性能要求較高，在高負(fù)荷狀態(tài)下，如果出現(xiàn)繞組接線錯(cuò)誤，就會(huì)造成短路，引發(fā)設(shè)備故障。因此，在進(jìn)行此類試驗(yàn)時(shí)，工作人員一定要做好安全防護(hù)工作，保護(hù)自己的人身安全。2）非破壞性試驗(yàn)。這類試驗(yàn)通常在低電壓條件下進(jìn)行，不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備性能產(chǎn)生過多損壞，危險(xiǎn)性相對(duì)較低，常見的有開關(guān)的動(dòng)作特性試驗(yàn)和泄漏電流試驗(yàn)等。在這類試驗(yàn)過程中，如果發(fā)生繞組接線錯(cuò)誤，會(huì)影響到試驗(yàn)的精確度[1]。

2 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線的危害

在電氣試驗(yàn)過程中，電力變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。電力變壓器運(yùn)行時(shí)難免承受短路沖擊，雖然內(nèi)部自帶的斷路器可以采取應(yīng)急機(jī)制，迅速切除短路故障，但是由于內(nèi)外部因素等很多原因會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)裝置不動(dòng)作，使系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生異常，造成短路，燒毀繞組。

如果電力變壓器的繞組出現(xiàn)故障，會(huì)直接影響電氣設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性，甚至?xí)霈F(xiàn)安全問題，威脅到試驗(yàn)人員的人身安全，造成試驗(yàn)失敗。一般來(lái)說，變壓器繞組接線錯(cuò)誤的影響較多。在電氣試驗(yàn)中，電力變壓器繞組接線問題是電力行業(yè)相關(guān)人員考慮的重點(diǎn)，如何避免繞組錯(cuò)誤接線是目前亟待思考和解決的問題。

3 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線的原理

電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線通常是由于受到了機(jī)械力和電動(dòng)力作用，導(dǎo)致電力變壓器的繞組尺寸和形狀發(fā)生了不可逆的變化，主要表現(xiàn)為：1）軸向與徑向尺寸發(fā)生了變化。2）電力變壓器本身發(fā)生了位移。3）電力變壓器繞組扭曲、鼓包、匝相間的電流短路等[2]。

電氣試驗(yàn)的方法較多，下面以頻率響應(yīng)法為例，對(duì)電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線進(jìn)行分析，試驗(yàn)接線圖如圖1所示。

圖1 電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線的試驗(yàn)原理圖

按照?qǐng)D1的電路圖進(jìn)行電氣試驗(yàn)，在電力變壓器繞組的一端施加掃頻信號(hào)，輸出不同頻率的電壓，并通過記錄裝置同時(shí)對(duì)不同掃描頻率下繞組兩端的對(duì)地電壓信號(hào)Ui（n）U0（n）進(jìn)行檢測(cè)和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，得到變壓器的傳遞函數(shù)，單位為dB。

傳遞函數(shù)為H（N）=20 lg[U0（n）/Ui（n）]

在該電氣試驗(yàn)中，主要技術(shù)支持是掃頻測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)可以測(cè)量電力變壓器繞組頻率的響應(yīng)情況，并將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行橫向或縱向比較，從而作為比對(duì)繞組結(jié)構(gòu)特性和實(shí)際性能的重要依據(jù)。如果電力變壓器出現(xiàn)繞組接線錯(cuò)誤的情況，將會(huì)影響后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。如圖1所示的錯(cuò)誤接線方式，所測(cè)量的諧振峰頻率和電感值將顯著增大，試驗(yàn)結(jié)果的精確性大大降低，試驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，無(wú)法作為數(shù)據(jù)依據(jù)用于后續(xù)工作。

4 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線的測(cè)驗(yàn)實(shí)例

4.1 以電氣試驗(yàn)中的工頻耐壓試驗(yàn)為例

4.1.1 電氣試驗(yàn)的正確接線方式

DL/T 596—2015，電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中明確指出，進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)必須采用不大于66 kV的全絕緣電力變壓器。正確的接線方式是：被試?yán)@組短接后再加高壓，非被試?yán)@組短接接地。這樣可以確認(rèn)主絕緣情況，然后考核變壓器的絕緣水平。

4.1.2 電氣試驗(yàn)的錯(cuò)誤接線方式

工頻耐壓試驗(yàn)中的繞組錯(cuò)誤接線有2種情況。

第一種是被試?yán)@組和非被試?yán)@組均不短接。這種情況下電流同時(shí)穿過被試?yán)@組和非被試?yán)@組，但是被試?yán)@組各個(gè)部分通過的電流并不相同，越偏離A端，電流強(qiáng)度越小，不同的電流強(qiáng)度在線匝間形成了電位差，產(chǎn)生了電容升現(xiàn)象，也就是說X端的電壓遠(yuǎn)高于A端的電壓，被試?yán)@組存在很大電抗，很可能會(huì)損壞末端X端的絕緣。這種接線方式屬于錯(cuò)誤接線，具有危險(xiǎn)性，操作不當(dāng)會(huì)引發(fā)安全事故，在電氣試驗(yàn)中一定要避免。

第二種是非被試?yán)@組短接而且不接地。這種接線情況如圖2所示。

圖2 非被試?yán)@組短接而且不接地

圖2中，C2為非被試?yán)@組對(duì)地電容，C12為繞組間電容，R為電阻，U2為交流電壓，X和A分別表示被試?yán)@組的兩端，T1、T2為變壓器。

這種接線方式會(huì)導(dǎo)致電流通往A端和X端的方向是相反的，此時(shí)整個(gè)電路回路的電抗不大，單從這方面看基本符合試驗(yàn)要求。但非被試?yán)@組未接地，在這種狀態(tài)下，當(dāng)?shù)蛪豪@組放置在高壓繞組的電場(chǎng)中時(shí)，低壓繞組會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生電壓，如公式（1）所示。

式中：U2為低壓繞組會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生電壓；C2為非被試?yán)@組對(duì)地電容；C12為繞組間電容。

由這個(gè)公式可以看出，C2的數(shù)值變小時(shí)，U2的數(shù)值就會(huì)增大，低壓繞組對(duì)地電壓就會(huì)變強(qiáng)，這種情況下很容易導(dǎo)致絕緣體損壞。這種接線方法是不安全的，在試驗(yàn)中要避免這種不規(guī)范的接線方式。

4.2 測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)

4.2.1 測(cè)量介質(zhì)損耗正確的接線方式

測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)是電氣試驗(yàn)重要的一部分，我國(guó)發(fā)布的《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中已經(jīng)規(guī)定了正確的接線方式：電力變壓器繞組必須短接，同時(shí)加接高壓，還要接地，避免產(chǎn)生繞組電感，保證試驗(yàn)的測(cè)量精確度。

4.2.2 測(cè)量介質(zhì)損耗錯(cuò)誤的接線方式

電氣試驗(yàn)中變壓器繞組錯(cuò)誤接線是比較容易犯的一個(gè)錯(cuò)誤，最常見的錯(cuò)誤接線就是繞組不短接。繞組不短接會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的介質(zhì)損耗數(shù)值和實(shí)際損耗數(shù)值有一定差異；繞組短接后，測(cè)量介質(zhì)損耗的數(shù)值與實(shí)際數(shù)值的差異并不大。由此可見，介質(zhì)損耗因數(shù)的大小和繞組是否短接有一定關(guān)系，變壓器繞組錯(cuò)誤接線會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)度。

5 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線的檢測(cè)方法

在電氣試驗(yàn)中，電力變壓器繞組的軸向或徑向尺寸發(fā)生了改變，會(huì)導(dǎo)致電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線的情況出現(xiàn)，電力變壓器內(nèi)部的各項(xiàng)參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。這種狀況下，像判斷是否出現(xiàn)繞組錯(cuò)誤接線，僅通過測(cè)量電阻和電容等常規(guī)的檢測(cè)方法是很難判斷的。目前比較成熟的檢測(cè)方法是電力變壓器吊罩檢查，這種方法可以用來(lái)診斷驗(yàn)證，但這種檢測(cè)方法較為煩瑣，檢測(cè)成本較高，還會(huì)對(duì)電力變壓器本身造成損壞，雖然檢測(cè)的準(zhǔn)確率高，但仍不適合作為常用的檢測(cè)方法。接下來(lái)詳細(xì)介紹了3種電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線的檢測(cè)方法，分別為單相電源法、三相四線法和低壓電抗法，這3種方法成本較低，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快[3]。

5.1 單相電源法

電力變壓器單相電源法可以用于檢測(cè)繞組是否存在錯(cuò)誤接線，該方法一般有2種接線方式。第一種是以短接的方式連接繞組的端子，然后對(duì)本側(cè)的繞組端子進(jìn)行短接，分別為B-C，C-A，A-B，短接完成后，將對(duì)應(yīng)的單相電源分別壓在A-B，B-C，C-A的端子處，建立封閉的電路系統(tǒng)，由電源提供電能，分別測(cè)量每個(gè)繞組的參數(shù)，依據(jù)參數(shù)的變化判斷電力變壓器繞組是否存在接線錯(cuò)誤；若參數(shù)變化劇烈，則該變壓器存在繞組錯(cuò)誤接線；第二種是將對(duì)側(cè)繞組的端子進(jìn)行短接，分別為a-O，b-O，c-O，短接完成后將單相電源施加在B-C，C-A，A-B的端子處，并分別測(cè)量繞組的復(fù)合參數(shù)，根據(jù)參數(shù)的變化情況來(lái)判斷繞組接線是否正確，如果參數(shù)變化劇烈，則該變壓器存在繞組錯(cuò)誤接線。

5.2 三相四線法

三相四線法與單相電源法的主要區(qū)別是該方法將所有的繞組端子進(jìn)行短接，以此作為基礎(chǔ)連接三相電源，集中對(duì)所有繞組的復(fù)合參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比參數(shù)的變化情況，以此為依據(jù)判斷繞組接線是否發(fā)生錯(cuò)誤。相比單相電源法，三相四線法的工作效率明顯更高。

6 電氣試驗(yàn)中電力變壓器繞組錯(cuò)誤接線的檢測(cè)方法驗(yàn)證

在某次電氣試驗(yàn)中，電力變壓器電壓為220 kV，該次試驗(yàn)成立專門的試驗(yàn)組，試驗(yàn)組成員共5人，其中1人為總負(fù)責(zé)，2人為測(cè)量人員，2名為試驗(yàn)技術(shù)人員。為減小試驗(yàn)誤差，保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，該次電氣試驗(yàn)累計(jì)進(jìn)行3次試驗(yàn)來(lái)檢查變壓器繞組是否存在錯(cuò)誤接線。三次試驗(yàn)所采用的方法分別為單相電源法、三相四線法和低壓電抗法，試驗(yàn)過程中做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作保障組員安全，并做好數(shù)據(jù)的記錄工作。

在三次變壓器的繞組是否存在錯(cuò)誤接線的診斷試驗(yàn)中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：1）采用單相電源法進(jìn)行診斷，可以明顯發(fā)現(xiàn)所有測(cè)量值的波動(dòng)變化都超出了正常水平，數(shù)據(jù)差值在8%～12%，測(cè)量值的波動(dòng)數(shù)值大于5%的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由此可得出結(jié)論，電力變壓器出現(xiàn)了繞組接線錯(cuò)誤。2）采用三相四線法進(jìn)行診斷，測(cè)量值出現(xiàn)劇烈變動(dòng)，差值區(qū)間在4.5%～15.2%，平均差值高于5.8%的標(biāo)準(zhǔn)范圍，由此可以判斷出該電力變壓器出現(xiàn)了繞組接線錯(cuò)誤。3）采用低壓電抗法進(jìn)行診斷，橫比時(shí)，3個(gè)單相值的差值為4.5%～8.1%，平均差值為6.3%；縱比時(shí)，原始數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)的差值區(qū)間為5.4%～7.5%，平均差值為6.4%。橫比和縱比的差值均大于標(biāo)準(zhǔn)范圍，由此可判斷出該電力變壓器出現(xiàn)了繞組接線錯(cuò)誤。

綜合以上3種診斷方法的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析后，可以確定該電力變壓器確實(shí)存在繞組接線錯(cuò)誤。

7 提升電氣試驗(yàn)安全性的有效措施

7.1 做好電氣試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

保障電氣試驗(yàn)安全性的前提是提升試驗(yàn)人員的安全意識(shí)，對(duì)參加試驗(yàn)的人員進(jìn)行培訓(xùn)，在正式試驗(yàn)前開展模擬試驗(yàn)，保證試驗(yàn)人員操作規(guī)范化，嚴(yán)格按照操作流程操作。另外，要注意做好防護(hù)措施，穿戴好絕緣手套、絕緣靴等。

7.2 增強(qiáng)試驗(yàn)人員的專業(yè)素養(yǎng)和安全意識(shí)

研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)電氣試驗(yàn)事故都是由于試驗(yàn)人員操作不當(dāng)造成的。因此要提高電氣試驗(yàn)的安全性，首先要加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)人員的培訓(xùn)，確保參與試驗(yàn)的人員具備良好的專業(yè)素養(yǎng)，保證持證上崗，充分了解試驗(yàn)設(shè)備和儀器的性能及要求，熟練掌握操作技術(shù)。

7.3 試驗(yàn)過程中的安全注意事項(xiàng)

在進(jìn)行電氣試驗(yàn)時(shí)，要嚴(yán)格按照規(guī)章制度操作，尤其注意以下2點(diǎn)：①高壓試驗(yàn)時(shí)，電氣設(shè)備的外殼必須保證接地。②電氣設(shè)備在進(jìn)行試驗(yàn)前，應(yīng)先測(cè)定絕緣電阻，帶電部分不與人體接觸，試驗(yàn)結(jié)束后必須充分放電。③試驗(yàn)過程中執(zhí)行加壓操作前要認(rèn)真檢查儀器狀態(tài)，確認(rèn)無(wú)誤后才可以操作。

7.4 做好試驗(yàn)危險(xiǎn)點(diǎn)的分析和控制

電氣試驗(yàn)具有危險(xiǎn)性，存在不安全因素，除了要規(guī)范操作，還要做好試驗(yàn)危險(xiǎn)點(diǎn)的分析和控制，主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：1）掌握好試驗(yàn)的安全距離，做危險(xiǎn)系數(shù)高的操作時(shí)，盡量與試驗(yàn)點(diǎn)保持一定距離，避免安全事故的發(fā)生。2）在進(jìn)行電氣設(shè)備的絕緣和耐壓等高負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)人員要按照規(guī)定做好絕緣措施，保證電流泄流順暢，有序進(jìn)行地線和引線的接線工作，避免發(fā)生觸電事故。

8 結(jié)語(yǔ)

電力變壓器繞組的接線關(guān)系到電氣試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和精度，繞組接線錯(cuò)誤會(huì)對(duì)電力變壓器造成損壞，影響到試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在電氣試驗(yàn)開始前，試驗(yàn)人員要做好準(zhǔn)備工作，并制定相對(duì)安全的試驗(yàn)方案，嚴(yán)格規(guī)范操作，采用2種及以上的方法對(duì)電力變壓器的繞組進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)繞組接線錯(cuò)誤及時(shí)維修更換設(shè)施，有效控制試驗(yàn)危險(xiǎn)點(diǎn)，從而保障試驗(yàn)的正常進(jìn)行。