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1  引言

    大型電力變壓器是電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。近年來，發(fā)生的多起電網(wǎng)設(shè)備重大事故，均對(duì)電力變壓器造成短路沖擊。嚴(yán)重的短路沖擊會(huì)造成變壓器內(nèi)部線圈扭曲、絕緣層破壞、匝間短路等多種故障，威脅變壓器安全運(yùn)行。如何通過現(xiàn)有的試驗(yàn)手段對(duì)受沖擊后的變壓器內(nèi)部絕緣狀態(tài)、線圈繞組受損情況進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于正確的指引變壓器的檢修，有效地減少設(shè)備停電時(shí)間具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，對(duì)于檢修后的變壓器的檢測(cè)，可以對(duì)變壓器是否適合重新投入運(yùn)行、投入后是否存在事故隱患作出判斷。
    本文主要介紹受沖擊后電力變壓器的檢測(cè)試驗(yàn)方法，并對(duì)各種檢測(cè)試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)開展了討論。

2  變壓器短路沖擊后的試驗(yàn)檢測(cè)方法

2.1  測(cè)量變壓比和直流電阻
    在發(fā)生幾萬安培的惡劣短路沖擊時(shí)，變壓比測(cè)試是一項(xiàng)簡(jiǎn)便實(shí)用的方法。測(cè)量直流電阻可以檢查變壓器繞組層、匝間有無短路現(xiàn)象，測(cè)量變壓比可以檢查繞組匝數(shù)是否正確，檢查繞組有無層、匝間金屬性短路。測(cè)量變壓比和直流電流電阻是傳統(tǒng)的常規(guī)測(cè)量方法，對(duì)變壓器繞組的短路、斷股的現(xiàn)象反映明顯，技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)手段均比較成熟，易于試驗(yàn)人員現(xiàn)場(chǎng)操作和掌握。但是它對(duì)于判斷線圈的絕緣層是否存在貫穿性損壞的缺陷反映不明顯。
2.2  頻率響應(yīng)法
    近年來，廣東電網(wǎng)廣州供電分公司（以下簡(jiǎn)稱供電分公司）積極開展使用"頻率響應(yīng)技術(shù)"測(cè)量變壓器繞組的頻率圖譜，及"頻率響應(yīng)技術(shù)"的研究和應(yīng)用的工作。完成了過百臺(tái)110kV及以上電壓等級(jí)變壓器的"頻率圖譜"普查工作。這些原始圖譜和數(shù)據(jù)能為檢測(cè)故障后的變壓器提供有效的診斷依據(jù)。通過對(duì)變壓器頻率特性曲線橫向和縱向比較，反映變壓器繞組的整體和局部變形情況。
    頻率響應(yīng)法測(cè)量頻譜特性曲線通過橫向和縱向比較判斷，是一種靈敏度高的方法。根據(jù)頻譜特性曲線間的相關(guān)系數(shù)（即相似程度）可給出繞組變形判斷，特別在10～250kHz頻段的曲線最能靈敏的反映繞組的變形，而且重復(fù)性好。不足之處是，到目前為止，頻響法還沒有便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的量化標(biāo)準(zhǔn)。這無形中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員有較高要求。
2.3  空載電流法
    測(cè)量額定電壓下的空載電流和空載損失，可以檢查繞組是否存在匝間短路、檢查鐵芯疊片間、穿心螺桿和壓板的絕緣情況。短路發(fā)生時(shí)，強(qiáng)大的電動(dòng)力和機(jī)械振動(dòng)力造成變壓器鐵芯緊固狀況發(fā)生變化。在變壓器電氣參數(shù)上反映為空載電流和空載損耗增大。因此通過對(duì)比短路沖擊前后空載電流和空載損失地變化，可對(duì)鐵芯的狀況作出判斷。
    但這方法的缺點(diǎn)是：試驗(yàn)時(shí)需要加入額定電壓，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作要求較高。筆者正在研究和探索低電壓下測(cè)量空載電流和空載損失的方法和可行性。
2.4  測(cè)量局部放電
    變壓器絕緣結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，內(nèi)部電場(chǎng)分部不均。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能造成變壓器內(nèi)部局部區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)過高；制造工藝和材料上存在的缺陷會(huì)使絕緣中含有氣泡；運(yùn)行中和受到短路電動(dòng)力沖擊及機(jī)械振動(dòng)造成局部開裂出現(xiàn)氣泡。這些因數(shù)導(dǎo)致絕緣在外施電壓下發(fā)生局部放電。通過檢測(cè)分析局部放電的信號(hào)，可了解變壓器內(nèi)部絕緣狀況。
    但此法在試驗(yàn)過程中對(duì)局放量的測(cè)量和干擾的抑制等方面技術(shù)要求較高，需要在測(cè)試設(shè)備，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及操作人員等方面均要求有較高的技術(shù)水平。
2.5  低電壓實(shí)測(cè)電抗法
    雖然使用"低電壓實(shí)測(cè)電抗技術(shù)"現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的時(shí)間不長(zhǎng)，但從多次事故分析檢測(cè)中證明了該項(xiàng)技術(shù)具備實(shí)用性和有效性。其優(yōu)點(diǎn)是有明確的量化判據(jù)，有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參考。線圈繞組的扭曲、拉伸、壓縮的現(xiàn)象都表現(xiàn)在繞組層、匝間的相對(duì)位置變化。實(shí)測(cè)變壓器的短路電抗是對(duì)變壓器繞組相對(duì)位置的測(cè)量。所以通過測(cè)量結(jié)果與出廠時(shí)實(shí)測(cè)的阻抗值（銘牌值）比較，可以反映繞組變形的程度。

3  實(shí)際試驗(yàn)檢測(cè)方法的選擇

    如何在大型電力變壓器受到短路沖擊后，及時(shí)檢測(cè)判斷變壓器內(nèi)部的狀況，特別是絕緣狀況，是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員需要解決的首要問題。快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出變壓器的絕緣狀況，為分析判斷該設(shè)備能否及時(shí)投入運(yùn)行，或?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)檢修提供正確指引都十分必要。特別是在目前供電形勢(shì)緊張，電力需求缺口較大的情況下，能及時(shí)判明故障后設(shè)備情況，作出正確判斷，盡快恢復(fù)電網(wǎng)正常運(yùn)行方式，提高供電可靠性具有十分重要的意義。
    通過大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，可發(fā)現(xiàn)測(cè)量變壓比和直流電阻法、頻率響應(yīng)法、低電壓實(shí)測(cè)電抗法、空載電流法和測(cè)量局部放電，都能從各自的不同側(cè)面反映故障后電力變壓器內(nèi)部絕緣狀態(tài)，存在不同的試驗(yàn)方法具有不同的針對(duì)性的特點(diǎn)。因此在實(shí)際的工作中，要利用各自優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)故障類型的不同，受沖擊程度的不同，有選擇性地同時(shí)采用多種方法檢測(cè)，進(jìn)行綜合比較，互相驗(yàn)證和補(bǔ)充，較全面的了解變壓器內(nèi)部絕緣狀況，提高檢測(cè)和診斷的準(zhǔn)確性。

4  現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)例

4.1  案例一
    2002年7月供電分公司某220kV站#1主變壓器在運(yùn)行中，由于線路受外力破壞，產(chǎn)生短路沖擊，造成變壓器內(nèi)部繞組絕緣損壞、匝間短路。采用測(cè)量變壓比和直流電阻的方法，發(fā)現(xiàn)故障相的直流電阻相間差別明顯增大，故障相的變壓比偏差較大。試驗(yàn)結(jié)論反映變壓器本體存在層、匝間金屬性短路的現(xiàn)象。經(jīng)返廠吊檢證實(shí)檢測(cè)結(jié)論。
4.2  案例二
    一臺(tái)110kV變壓器運(yùn)行中發(fā)生了近端出口三相短路的事故，對(duì)其進(jìn)行繞組變形測(cè)試。結(jié)果反映低壓繞組B相在頻譜特性曲線中頻段（100～200kHz段）與A、C相出現(xiàn)較大的區(qū)別，此段三相的相關(guān)系數(shù)L（BRTC型設(shè)備）達(dá)到0.86。諧振峰發(fā)生明顯變化，依此可初步斷定繞組發(fā)生扭曲和鼓包的變形現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1  低壓三相繞組測(cè)試

4.3  案例三
    2002年6月供電分公司某110kV站#2主變壓器發(fā)生短路事故，測(cè)量短路阻抗發(fā)現(xiàn)：
    (1)  高壓側(cè)9檔的實(shí)測(cè)阻抗電壓與銘牌值偏差為7.263%；
    (2)  三個(gè)單相阻抗實(shí)測(cè)值之間的最大偏差為2.205%；
    (3)  高壓側(cè)1檔三個(gè)單相阻抗實(shí)測(cè)值之間的最大偏差為1.904%。
    由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反映（參考國標(biāo)GB1094.5-2000《電力變壓器?承受短路的能力》）：
    (1)  三相互比達(dá)到2%，是變壓器承受短路電流沖擊前后的電抗值變化上限；
    (2)  變壓器阻抗電壓值與銘牌值偏差為7.263%，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2%的界限。
    通過比較上述測(cè)量數(shù)據(jù)，反映該變壓器繞組三相均發(fā)生嚴(yán)重變形的現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2  低壓繞組變形情況

5  結(jié)論

    (1)  頻率響應(yīng)法測(cè)量頻譜特性曲線通過橫向和縱向比較判斷，是一種靈敏度高的方法，而且重復(fù)性好，但沒有現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的量化標(biāo)準(zhǔn)。
    (2)  低電壓阻抗法測(cè)量阻抗電壓與出廠時(shí)的阻抗電壓相比較，能有效地判斷變壓器變形情況；也可以測(cè)量單相阻抗值進(jìn)行比較，判斷單相變形情況。它的顯著優(yōu)點(diǎn)是判據(jù)明確量化，各種標(biāo)準(zhǔn)齊備，應(yīng)用成熟，且易于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員掌握。如果前后的短路電抗值變化很小，如±0.2%，只相當(dāng)于儀表誤差范圍，則認(rèn)為繞組沒有變形；如果變化很大，甚至超出有關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，如超出±2%，則可認(rèn)為繞組有顯著變形。
    (3)  空載電流測(cè)試是判斷變壓器鐵芯在遭受近區(qū)短路沖擊后是否位移的有效方法。
    (4)  變壓比及直流電阻測(cè)量是常規(guī)簡(jiǎn)便、易行的方法，對(duì)變壓器繞組顯著變形、匝間短路、繞組斷股等情況不失為一種的判斷手段，能與其它方法互相驗(yàn)證。