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变压器绕组变形试验案例


220kV 电力变压器突发短路故障后的试验及数据分析案例

◆变压器动稳定事故危害: 因变压器动稳定损坏因积累效应, 多 是在临界情况因电网扰动突然损坏, 危害有两点: ①在变压器损坏的 同时,②造成供电区域大面积的突然停电,给工业生产和人民生活, 尤其是工业生产造成极大损失 ◆意义: 电力变压器是供电网运行设备中最重要的一次设备, 是 关系着电网安全供电的首

要因素。 由于变压器故障造成的直接的和间 接的经济损失都很大, 因此采取有效的措施, 有效遏制变压器损坏事 故,是保证电网安全供电的首要任务。 除采取有效措施, 提高配电网的安全稳定运行外, 应用有效的试 验及分析手段,及早发现变压器动稳定方面(绕组变形)的故障,做 到在变压器事故发生前,有计划的调配负荷,安排维修,减少也是减 少经济损失和社会影响的措施之一。 ◆动稳定事故主要原因: 低压侧发生近区短路故障而造成线圈失 圆变形, 变形有轴向变形和幅向变形, 轴向变形主要使线圈压紧的方 向松散; 幅向变形主要使线圈出现鼓包和凹进变形。 变压器低压侧发 生近区短路故障,对变压器形成三种损害:①电动力使线圈变形,使 绝缘距离改变造成绝缘放电形成事故。 ②电动力使引线、 线圈等绝缘 支撑损坏, 造成绝缘距离改变造成绝缘放电形成事故。 ③短路时的振 动、高热使线圈匝间绝缘损坏,造成线圈匝间放电。这些损害都是严 重的损害。

变压器突发短路故障后的试验及数据分析案例 1 故障经过

鹿泉 2#变压器,电压等级:220kV,容量:180MVA,低压侧电压 等级:38.5kV。2003 年 2 月投运。

2005 年 8 月 3 日, 鹿泉站 35kV 的 2#母线油浸电压互感器发生爆 炸,造成母线三相短路,但此次故障没有引起变压器的停电,事故后 油色谱分析内部无放电缺陷。 2005 年 12 月 2 日, 鹿泉 2 段 387 分路发生出口电缆头爆炸引起 三相短路, 对于变压器而言也属于近区短路, 短路故障后油色谱发现 油中出现乙炔,但较小,其他组分变化不大;进行了直流电阻和常规 绝缘试验,试验未见异常。变压器运行后进行的色谱监视,数据呈下 降趋势。 但乙炔的出现说明出口短路已造成变压器内部放电。 两次短 路冲击对变压器造成较大影响。 鉴于上述情况, 2006 年 8 月 31 日, 在对鹿泉 220kV 站 2#主变进 行预防性试验时, 特别注意了介损试验时的电容量变化, 试验中发现 低压侧对其他两相及地的电容量比 2004 年 4 月时的试验数据增大了 8.4%,中压侧对其他两相及地电容量减小 2.2%,反复验证复试, 试验结果相同。其他试验未见异常。 根据情况,进行了绕组变形测试(频率响应法) ,初步判断变压 器绕组存在变形。 随后公司组织了制造厂家等单位共同进行了判断绕组变形的各 部电容量、低电压阻抗等系统测试与对比、分析,确认变压器低压绕 组存在一定程度的变形。 2 试验数据分析

(1)绕组变形频响曲线分析 绕组变形分析采用的标准为 DL/T 911-2004《电力变压器绕组 变形的频率响应分析法》 。 以测试曲线比较,在 1-25kHz 段重合较好,所以判断不存在匝 间短路等较严重的变形。在中频段,C 相曲线与其他两相相比略有平 移,说明存在整体变形现象,或是 C 相相对于 A、B 相,或是 A、B 相相对于 C 相; 只一个峰值处出现较大变化, 可能绕组下部出现幅向

局部变形;在 130kHz 附近出现的波峰消失,表明有局部变形,但波 峰波谷位置没有大的变化,局部鼓包、曲扭等类型变形较小;中、高 频段的曲线平移代表绕组可能有轴向变形。 A、B 两相的相关系数为 0.99,C 相与 A 相、B 相的相关系数分别 为 0.87 和 0.89(相关系数高表明曲线重合度越一致) ,绕组可能存 在变形。 分析结果:绕组存在中等程度的变形,整体变形占主要部分。 (2)电容量数据分析 1)整体电容量 低压侧对其他两相及地的电容量由 29000pF 增大到 31460pF, 增 大 8.4%,中压侧电容量 22060pF,比上次试验数据 22550pF 减小 2.2%,分析表明,低压侧存在绕组压紧形变形,使低压侧对地电容 量增加,同时造成了低压侧对中压侧的距离增大,使电容量减小。 2)各部电容量 经测试和计算得出如图所示的各部电容量,电容量变化如表所 示,对比结果表明低压侧绕组存在幅向压紧变形,造成 C1 增大和 C2 减小,变化较大。

C1 出厂值 测试值 变化量 18590 22010
+18.4%

C2 10080 9670
-4.1%

C3 9445 9560
1.2%

C4 2865 2850
-0.52%

C5 6105 6090
0.01%

(3)低电压阻抗数据分析 低电压阻抗测试采用的标准为GB 1094.5-2003 《电力变压器 第 5部分: 承受短路的能力》 中第4.2.7.4条规定的以欧姆表示的每相短 路电抗值与原始值之差不大于2%。 1)分相低电压阻抗 在额定分接对高―低、高―中、中―低,分别进行分相低电压阻 抗值测试, 然后折算为额定阻抗电压值, 并与变压器铭牌出厂阻抗电 压值进行比较分析,计算及对比结果如下表

高压-低压 位置 阻抗 电 压% 变化 量% A B C A

高压-中压 B C A

中压-低压 B C 7.77 -0.13

23.58 23.60 23.24 13.37 13.36 13.28 8.07 8.10 0.34 0.43 -1.1 1.0 1.0 1.63 3.73 4.11

对比结果表明,中压-低压侧 A、B 相阻抗电压值变化较大,超 出标准要求,存在绕组变形情况。 2)应用成套测试仪器测试阻抗值 在额定分接对高―低、高―中、中―低,分别进行低电压阻抗值 测试, 将测试值进行三相比较, 并与变压器铭牌出厂阻抗电压值进行 比较分析,对比结果如下表:

高压-低压 位置 阻抗值 Ω 与铭牌值偏差% 三相最大偏差% 阻抗电压% 与铭牌值偏差% 三相最大偏差% A B C A

中压-低压 B C 6.300 0.560

64.165 64.208 63.381 6.577 6.617 0.731 0.799 1.305 0.499 3.669 4.248 5.022

23.863 23.879 23.571 8.086 8.135 0.731 0.799 1.305 0.499 3.665 4.243 5.022

7.746 0.565

从测试结果看,与分相低电压阻抗测试结果一致。 从应用成套测试仪器测试结果看, 应用阻抗值与应用阻抗电压值 分析,在数据分析上没有区别。 3 测试结果分析:

(1)由电容量分析:试验数据表明低压绕组对铁心的整体距离 呈减小趋势, 使得低压绕组对地电容量出现正增长, 同时造成对中压 绕组距离呈增长趋势, 对中压绕组电容量出现负增长, 由此判断绕组 可能出现整体性压紧型变形。 (2)绕组变形曲线:C 相与 A、B 相曲线重合度出现偏移,显现 出绕组出现整体性幅向挤压变形, 但变形程度尚不严重。 高压和中压 曲线重合度较好, 因此确认绕组变形发生在低压绕组。 由于缺少与出 厂原始曲线的纵向对比,因此无法确认挤压变形发生的相位位置。 (3)低压阻抗和应用成套仪器进行的阻抗测试:两者原理是相 同的,测试结果都表明中压-低压的 A、B 相阻抗值(或阻抗电压值) 变化超过 2%,绕组变形发生在 A、B 相的可能性最大。 分析结论:综上分析,鹿泉 2#变压器的低压绕组的 A、B 两相存 在幅向挤压型的中度程度的整体性绕组变形。

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吊检检查结果

此台变压器返回制造厂进行修理,吊检结果(见图) : (1) 低压侧 A、 B 两相线圈出现变形, 变形形式基本为挤压变形, 局部鼓肚等变形总体较小,主要是因挤压造成的一条纵向凸出变形, 两个线圈变形程度比较一致;B 相中下部有一处稍大局部鼓肚变形。 (2)绕组轴向没有出现松散,幅向变形主要集中于一处,变形 程度应属于中等程度的变形。 (3)在 A 相中上部一处导线换位点发生匝间放电,放电点没有 在变形处,绝缘纸烧焦,导线边缘有烧熔缺损,烧蚀面积不大。 5 采取的措施

从绕组整体变形情况看, 出现局部变形较少, 线圈受的挤压力也 较均匀, 形成的纵向凸起也较均匀, 一方面说明变压器设计时充分考 虑了安匝平衡, 线圈受短路力比较均匀, 另一方面也由于使用了半硬 铜线, 在抗局部受力方面明显提高。 改进措施主要在结构和材质两方 面考虑: (1) 低压线圈导线将原半硬扁铜导线改为半硬自粘换位铜导线, 低压线圈采用内撑硬纸筒绕制;进一步增加抗短路能力。 (2)将原低压线圈单螺旋式绕制改为连续式绕制,减少因线匝 受力集中造成绝缘破坏,形成匝间放电。 (3) 在保证不改变原短路阻抗情况下, 增大低压线圈导线截面, 降低电流密度。

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案例结论和注意事项

(1)变压器动稳定损坏存在着积累效应,及时掌握变压器运行 状况和安排进行测试,对防止变压器动稳定事故尤为重要。 (2)通过早期试验和分析判断,可以做到早期预警变压器动稳 定方面存在的缺陷, 避免大型变压器事故。 甚至可以做到在中等程度

下的鉴别。 (3)应用电容量变化,初步判断变压器绕组是否存在变形是一 种有效的方法,在变压器遭受短路冲击后(必要时)或预防性试验时 进行介损测试, 要特别注意电容量变化。 我公司对此进行了一次新的 尝试,取得了很好的效果,赋予了介损测试新的含义。 (4)变压器绕组变形分析的分散性较大,一般仅凭一种分析方 法确保分析的准确性难度较大, 绕组频响法和低电压阻抗法分析判断 变压器绕阻变形都较有效, 各有长处, 频响法相对于低电压阻抗法要 求的分析技术较高, 推荐两种测试方法相互辅助, 必要时增加电容量 分析法,以提高分析的准确性。 (5)要充分认识投运前原始频响曲线和阻抗值的重要性,在产 品投运前, 应进行各分部电容量、 绕组频响曲线和低电压阻抗值的测 量,以便日后分析对比。另外,绕组频响曲线受测量仪器的影响非常 大, 现场测试与出厂测试、 不同仪器测试的曲线一般都不具备纵向可 比性, 因此建议制造厂测量的曲线不能作为原始曲线, 需要以投运前 以测试现场曲线作为原始曲线, 日后测试也要以同一仪器测试的曲线 进行比较。 注意事项: 在第一次频响法曲线分析时,无原始出厂图谱进行比较,因 A、 B 两相重合度和相关系数都很高, 分析认为虽然第二次短路故障首先 发生在 A、 B 两相, 但如果 A、 B 相发生变形, 变形的一致性应有差异, 反应在曲线上亦应有差异, 因此分析 C 相可能存在变形, 经过低电压 阻抗辅助分析,最后确认为 A、B 两相发生了变形,吊检线圈验证了 分析正确,两相绕组变形的程度很一致,这是此次分析的特殊点,所 以应充分认识出厂指纹曲线的重要性。 检测时, 最好以频响法和阻抗 法两种方法相互验证,减少分析判断失误。


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