控制网

1  引言

    大型电力变压器是电力系统的枢纽设备，其安全运行直接关系到电力系统的安全与稳定。近年来，发生的多起电网设备重大事故，均对电力变压器造成短路冲击。严重的短路冲击会造成变压器内部线圈扭曲、绝缘层破坏、匝间短路等多种故障，威胁变压器安全运行。如何通过现有的试验手段对受冲击后的变压器内部绝缘状态、线圈绕组受损情况进行检测，对于正确的指引变压器的检修，有效地减少设备停电时间具有极其重要的现实意义。同时，对于检修后的变压器的检测，可以对变压器是否适合重新投入运行、投入后是否存在事故隐患作出判断。
    本文主要介绍受冲击后电力变压器的检测试验方法，并对各种检测试验方法的优缺点开展了讨论。

2  变压器短路冲击后的试验检测方法

2.1  测量变压比和直流电阻
    在发生几万安培的恶劣短路冲击时，变压比测试是一项简便实用的方法。测量直流电阻可以检查变压器绕组层、匝间有无短路现象，测量变压比可以检查绕组匝数是否正确，检查绕组有无层、匝间金属性短路。测量变压比和直流电流电阻是传统的常规测量方法，对变压器绕组的短路、断股的现象反映明显，技术及现场试验手段均比较成熟，易于试验人员现场操作和掌握。但是它对于判断线圈的绝缘层是否存在贯穿性损坏的缺陷反映不明显。
2.2  频率响应法
    近年来，广东电网广州供电分公司（以下简称供电分公司）积极开展使用"频率响应技术"测量变压器绕组的频率图谱，及"频率响应技术"的研究和应用的工作。完成了过百台110kV及以上电压等级变压器的"频率图谱"普查工作。这些原始图谱和数据能为检测故障后的变压器提供有效的诊断依据。通过对变压器频率特性曲线横向和纵向比较，反映变压器绕组的整体和局部变形情况。
    频率响应法测量频谱特性曲线通过横向和纵向比较判断，是一种灵敏度高的方法。根据频谱特性曲线间的相关系数（即相似程度）可给出绕组变形判断，特别在10～250kHz频段的曲线最能灵敏的反映绕组的变形，而且重复性好。不足之处是，到目前为止，频响法还没有便于现场应用的量化标准。这无形中对现场测试人员有较高要求。
2.3  空载电流法
    测量额定电压下的空载电流和空载损失，可以检查绕组是否存在匝间短路、检查铁芯叠片间、穿心螺杆和压板的绝缘情况。短路发生时，强大的电动力和机械振动力造成变压器铁芯紧固状况发生变化。在变压器电气参数上反映为空载电流和空载损耗增大。因此通过对比短路冲击前后空载电流和空载损失地变化，可对铁芯的状况作出判断。
    但这方法的缺点是：试验时需要加入额定电压，对现场操作要求较高。笔者正在研究和探索低电压下测量空载电流和空载损失的方法和可行性。
2.4  测量局部放电
    变压器绝缘结构比较复杂，内部电场分部不均。如果设计不当，可能造成变压器内部局部区域场强过高；制造工艺和材料上存在的缺陷会使绝缘中含有气泡；运行中和受到短路电动力冲击及机械振动造成局部开裂出现气泡。这些因数导致绝缘在外施电压下发生局部放电。通过检测分析局部放电的信号，可了解变压器内部绝缘状况。
    但此法在试验过程中对局放量的测量和干扰的抑制等方面技术要求较高，需要在测试设备，测试现场环境及操作人员等方面均要求有较高的技术水平。
2.5  低电压实测电抗法
    虽然使用"低电压实测电抗技术"现场应用的时间不长，但从多次事故分析检测中证明了该项技术具备实用性和有效性。其优点是有明确的量化判据，有行业标准参考。线圈绕组的扭曲、拉伸、压缩的现象都表现在绕组层、匝间的相对位置变化。实测变压器的短路电抗是对变压器绕组相对位置的测量。所以通过测量结果与出厂时实测的阻抗值（铭牌值）比较，可以反映绕组变形的程度。

3  实际试验检测方法的选择

    如何在大型电力变压器受到短路冲击后，及时检测判断变压器内部的状况，特别是绝缘状况，是现场试验人员需要解决的首要问题。快速、准确的检测出变压器的绝缘状况，为分析判断该设备能否及时投入运行，或为现场检修提供正确指引都十分必要。特别是在目前供电形势紧张，电力需求缺口较大的情况下，能及时判明故障后设备情况，作出正确判断，尽快恢复电网正常运行方式，提高供电可靠性具有十分重要的意义。
    通过大量的现场实践，可发现测量变压比和直流电阻法、频率响应法、低电压实测电抗法、空载电流法和测量局部放电，都能从各自的不同侧面反映故障后电力变压器内部绝缘状态，存在不同的试验方法具有不同的针对性的特点。因此在实际的工作中，要利用各自优点，根据故障类型的不同，受冲击程度的不同，有选择性地同时采用多种方法检测，进行综合比较，互相验证和补充，较全面的了解变压器内部绝缘状况，提高检测和诊断的准确性。

4  现场试验实例

4.1  案例一
    2002年7月供电分公司某220kV站#1主变压器在运行中，由于线路受外力破坏，产生短路冲击，造成变压器内部绕组绝缘损坏、匝间短路。采用测量变压比和直流电阻的方法，发现故障相的直流电阻相间差别明显增大，故障相的变压比偏差较大。试验结论反映变压器本体存在层、匝间金属性短路的现象。经返厂吊检证实检测结论。
4.2  案例二
    一台110kV变压器运行中发生了近端出口三相短路的事故，对其进行绕组变形测试。结果反映低压绕组B相在频谱特性曲线中频段（100～200kHz段）与A、C相出现较大的区别，此段三相的相关系数L（BRTC型设备）达到0.86。谐振峰发生明显变化，依此可初步断定绕组发生扭曲和鼓包的变形现象，如图1所示。

图1  低压三相绕组测试

4.3  案例三
    2002年6月供电分公司某110kV站#2主变压器发生短路事故，测量短路阻抗发现：
    (1)  高压侧9档的实测阻抗电压与铭牌值偏差为7.263%；
    (2)  三个单相阻抗实测值之间的最大偏差为2.205%；
    (3)  高压侧1档三个单相阻抗实测值之间的最大偏差为1.904%。
    由实测数据反映（参考国标GB1094.5-2000《电力变压器?承受短路的能力》）：
    (1)  三相互比达到2%，是变压器承受短路电流冲击前后的电抗值变化上限；
    (2)  变压器阻抗电压值与铭牌值偏差为7.263%，已远远超过2%的界限。
    通过比较上述测量数据，反映该变压器绕组三相均发生严重变形的现象，如图2所示。

图2  低压绕组变形情况

5  结论

    (1)  频率响应法测量频谱特性曲线通过横向和纵向比较判断，是一种灵敏度高的方法，而且重复性好，但没有现场应用的量化标准。
    (2)  低电压阻抗法测量阻抗电压与出厂时的阻抗电压相比较，能有效地判断变压器变形情况；也可以测量单相阻抗值进行比较，判断单相变形情况。它的显著优点是判据明确量化，各种标准齐备，应用成熟，且易于现场试验人员掌握。如果前后的短路电抗值变化很小，如±0.2%，只相当于仪表误差范围，则认为绕组没有变形；如果变化很大，甚至超出有关规定标准，如超出±2%，则可认为绕组有显著变形。
    (3)  空载电流测试是判断变压器铁芯在遭受近区短路冲击后是否位移的有效方法。
    (4)  变压比及直流电阻测量是常规简便、易行的方法，对变压器绕组显著变形、匝间短路、绕组断股等情况不失为一种的判断手段，能与其它方法互相验证。