绕组变形故障（共7篇）
绕组变形故障 篇1
摘要：对变压器故障诊断进行了简单的介绍, 并以变压器绕组变形故障这一变压器故障为例, 对故障的检测方法进行了分析和讨论。
关键词：电力变压器,故障,排除
0 引言
作为电力系统的主要设备，电力变压器在整个系统中占有重要的地位，其工作状态的好坏不仅影响着系统的正常运行和可靠性，还会对其它电力设备的运行产生巨大的影响。如果在变压器使用过程中，出现变压器出口短路故障对变压器的危害很大，常常造成变压器绕组的各种变形，严重的还会导致变压器突发性的损坏事故。从变压器运行的实际情况看，变压器承受短路电流冲击以后，有时用常规的电气试验项目和绝缘油分析均在预防性规程规定的范围内，但吊罩检查发现绕组已明显变形。由于这些变形的事故隐患不断累积，会造成事故的突发，造成电网事故，造成不良社会影响和严重设备损失。因此，使用切实有效的故障诊断技术，对电力变压器所发生的故障进行及时的分析和解决，对于保障电力系统的运行和维护无疑具有重要意义。
1 变压器绕组变形故障及其损害
变压器中的绕组是处在由其它绕组所形成的磁场环境当中的，因此，当电流通过的时候，绕组就会受到电动力的作用。如果通过的是正常工作状态下的电流，那么电动力的值就会变得非常小，对于绕组的损害也非常轻微。如果发生短路事故，尤其是近区、低压侧出口位置发生的短路事故就将导致较大的电流通过绕组，使电动力急剧上升。在运行过程中，变压器难免会出现各种各样的故障短路，在强大电动力的作用下，变压器绕组就有可能出现失稳的状况，进而导致松脱、移位、断股或局部扭曲，严重时甚至会直接导致突发性损坏。在发生变形之后，如果没有及时进行处理，就会留下严重的故障隐患：
(1)会导致绝缘距离的变化、绝缘损伤，进而造成局部放电。在过电压的作用下，容易发生饼、匝间击穿，诱发突发性的绝缘事故。在局部放电的长期作用下，甚至会在正常工作电压下发生绝缘击穿，设备损毁。
(2)绕组的抗短路能力和机械性能降低。因此，其变形现象会在下一次遭到故障短路电流冲击时加剧，若电动力作用过强，甚至会发生损坏。
(3)由于绕组的松脱、移位、拉伸、断股或局部扭曲，变压器的容量等参数发生了变化，在超过变形后可载电流的作用下，容易发生过热、喷油、熔断等设备事故，设备损毁损失。
变压器的全封闭使其内部绕组的变化无法从外观上直接观测，因此，工作人员往往会通过“短路阻抗分析法”和“频率响应分析法”等外部试验对其变化情况进行分析，从而给检修工作提供更多的依据。试验方法能够免去放油吊罩检查所带来的人、物、财力消耗，并且能够在最大程度上缩短因检修所导致的停电时间。其中的“频率响应分析法”指的就是在变压器的某一侧绕组施加一个固定的频率，并在另一侧进行接收，根据其中的变化对变压器绕组的变形程度进行判断。该方法目前已经在各类原因所导致的绕组变形的判断中得到了广泛的应用。
2 试验原理
在超过lkHz的高频率下，变压器绕组的铁芯可以认为是不起任何作用的，因此，我们可以将变压器的各个绕组看作是由线性电阻、电容、电感等分布参数组成的无源线性二端口网络，而“频率响应分析法”所依据的是变压器等值电路可以被看成共地二端口网络，其频率特征可以通过H (jω)=Uo (jω)/Ui (jω)这一传递函数来表示。由于不同变压器都有着自身独特的响应特征，因此，在发生绕组变形之后，变压器的各项参数都会发生变化，这样就会导致传递函数的变化。通过对变压器的频率响应特征的分析和比对，我们就可以对变压器绕组的变化情况进行了解，所以，掌握绕组变形之前的频率响应特征就成为了对绕组变形进行分析和比较的基础。目前广泛使用的是某电科院的TDT6变压器绕组变形分析仪，依此原理研制的仪器相对比较成熟。
3 接线要求及方式
(1)在对变压器进行绕组变形试验之前，应对变压器是否进行了直流试验项目进行检测，确保变形试验不在直流试验之后进行。若情况限制，则应对变压器绕组进行充分放电，再进行变形试验。
(2)在正式进行试验之前，工作人员应将与变压器套管端头相连的引线全部拆除，并使其远离套管。对于那些无法拆除引线的变压器，可以将其套管末端作为响应端。不过需要注意的是，应将检测结果与同等条件下的检测结果进行比较。
(3)如果变压器带有分接开关，则应在其最高分接处进行测量，或者在每次测量时确保分接开关的位置不变。
(4)为了最大程度的减小接触电阻，激励和响应信号的测量端应与变压器绕组端口紧密联接。
(5)输入和检测单元的接地线应同时在变压器铁芯接地点位置连结，并且确保接地的可靠性。
主要的接线方式如图1所示。
4 分析及判断方式
4.1 纵向比较法
所谓纵向比较法，是指对同一变压器、绕组和分接开关位置，对不同时期幅频响应特征进行比较和分析，并根据幅频响应的变化情况对变压器绕组变形程度进行分析。在检测灵敏度和准确性方面，纵向比较法具有较高的优势，但是，在实际应用过程中，应注意对检测条件和方式在不同时期的变化下所造成的影响进行全面考虑。
若同一绕组在不同时期的检测结果基本一致，则说明绕组较以往并没有发生变形情况;若检测结果出现了较大的差异，那么工作人员在排除由检测条件和方式对结果所造成的影响后，就可以认为绕组发生了变形。
4.2 横向比较法
所谓横向比较法，就是指在同一电压等级的条件下，对变压器三相绕组的响频特征进行比较分析，以此来对绕组是否发生变形进行判断。由于不需要了解上一期的幅频响应特征，因此，该方法的操作更加简便，但是，在实际应用过程中，应注意排除三相绕组发生程度相似的变形以及固有差异性的可能。
若变压器的三相绕组在同一电压等级的条件下，试验结果基本一致，就可以认为绕组未发生变形;若三相绕组在同一电压等级的条件下，试验结果出现了一定差异，则说明其一致性较差，绕组可能出现了变形，应进行进一步的分析和确认。
4.3 相关系数比较法
相关系数比较法，主要是通过对比绕组幅频曲线相似度来对绕组是否发生变形进行判断。
除了前面介绍的三种频率响应分析法之外，对绕组变形问题进行分析的主要方法还有短路阻抗法。作为传统分析方法，短路阻抗法通过对变压器绕组的出厂阻抗值与其当前的短路阻抗的比较来分析变压器绕组是否发生变形。
通过对工频电压下变压器绕组的短路阻抗、漏抗进行测量，除了能否反映出绕组的变形，还能够反映出匝间开路、短路等缺陷。这里所说的漏抗就是指散布在绕组内部、绕组之间、绕组与油箱之间的漏磁形成的感应磁势，因此，它对于漏磁磁路所发生的变化非常敏感。而短路阻抗则是指漏抗和绕线电阻的平方、开方，一般来说，大型变压器的绕线电阻都会远远低于漏抗，因此，阻抗也可以在一定程度上对漏抗的变化进行反映，并且更加容易被准确测量。
在实际工作中，阻抗的测量一般在低电压下进行，根据被测变压器容量的大小，电压多取几百伏，同时还应确保电流大于2A，以最大程度的消除绕组铁芯的非线性影响。短路阻抗法对于绕组变形的测量准确度较高、重复性也更好，没有发生绕组变形的变压器，测量结果在20年以内的差距不会超过0.2%，若这一差距增加到2.5%，则应将测试周期缩短并进行绝缘检查，若差距继续加大并超过了5%，则应立即停止运行并进行绝缘检查。
在进行绕组变形试验的时候，对于电压等级≤35kV的变压器，应尽量采用低电压短路阻抗法进行判断;对于电压等级≥66kV的变压器，应尽量采用频率响应法进行判断。
5 结语
作为电力系统最为重要的设备之一，变压器的结构相对复杂，热场和电场的分布也不够均匀，所以变压器的事故发生率在电力设备中还是相对较高的。因此，工作人员在日常工作中应严格执行相关检修和安装标准，确保变压器长期处于额定功率的状态运行。另外，还应注意加大对变压器的故障检测力度，综合使用各项检测方法对其进行内部和外部分析，从而对发生故障点部位进行更加准确的判断，避免因盲目停止运行而导致的供电中断造成的损失。
总的来说，随着绕组变形测试方法的广泛应用，该项目已经作为预防性试验及变压器故障诊断的手段之一，若变压器发生了近区短路，都应在第一时间进行绕组变形试验。对于那些疑似出现绕组变形的变压器，可通过绝缘油色谱分析等手段进行综合比较，以便得到更加精确的分析结果。
参考文献
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绕组变形故障 篇2
1 转子绕组热变形的危害
早在30年代末期, 汽轮发电机转子绕组因热应力及机械应力多种因素作用产生的残余变形——热变形, 即引起人们的注意。在以后的十几年间, 国外曾多次报道过因转子绕组热变形而引起的绝缘故障。
在60年代, 前苏联对所有的TB2-100-2型和TB-50-2型氢冷间接冷却的汽轮发电机工作氢压提高到0.1MPa～0.15MPa, 出力相应提高10%～15%运行。数年后, 发现转子绕组底部收缩, 铜线变形很大。在绕组端部弯角处, 槽底铜线比变形的上层3～4匝线圈缩短达20～30mm。下层线圈收缩使绝缘损伤, 导致绕组匝间短路。
另一事例是某电厂于1963年～1967年间, 分别扒下5台TB2-100-2型汽轮发电机的转子护环检查发现, 只有一台转子绕组铜线变形在5mm范围内, 其余几台绕组铜线变形达11mm～42mm, 同时发现绕组匝间绝缘被烧焦, 铜线颜色变蓝。所有铜线变形的转子均出现匝间短路[1]。热变形的情况。某电厂出现转子接地故障后, 护环扒下后发现, 转子端部线圈出现明显变形, 励端端部线圈变形较轻, 汽端端部线圈变形严重, 汽端第4组线圈和第5组线圈在两个垫块之间, 上部大约十层铜线向转子本体收缩15mm左右;第6组线圈和第7组线圈除拐角外, 上部大约十五层铜线整体向本体收缩, 上面几层铜线收缩量达到40mm～50mm之间。图1为此次事故转子端部线圈图。
2 运行中转子绕组的受力分析
2.1 摩擦应力
在转子转动时, 因离心力产生的摩擦力, 在绕组线匝上产生阻止其沿轴向伸长的摩擦应力。当转子转速达到额定转速3000r/min, 任一线匝的离心力为:
式中:F为离心力, N;
rm为线匝的旋转半径, cm;
q为线匝的截面积, c m 2;
L为线匝长度, cm。
由任一匝转子绕组导线的自身重量产生的离心力所引起的轴向摩擦力Fk。
式中μ为线匝与匝间绝缘, 顶匝导线与槽楔下及护环下绝缘的摩擦系数。
摩擦系数的变化范围较大, 它与铜线及绝缘的表面处理及工艺都有关系, 其数值约为0.2～0.25。
摩擦力在线匝上产生的摩擦应力бμ为:
护环下任一线匝在离心力F的作用下将产生轴向分力F1和对护环的垂直压力F2。图2为端部护环下线圈的受力分析。
轴向分力F1产生的应力σF1为:
对护环垂直压力F2产生的摩擦应力σF2为
式中θ为护环的推拔角度。
2.2 热应力
运行中的转子实质上承受着三维温度场。转子绕组的热应力是由周向为铜铁膨胀差产生的热应力σc;径向为不同线匝的温度不同而产生的热应力σr。
轴向为同一线匝各点温度不同产生的热应力σx所组成。这三种热应力力图使线匝沿轴向伸长。其中热应力σc占总热应力的95%左右。
转子绕组的热应力为:
铜铁膨胀差产生的热应力σc可用下面公式计算:
式中, △L为铜线对转子本体的相对伸长量, mm;
EC u为铜线的弹性模量, ECu=1.17 2×105MPa;
L为转子的线匝长度, mm;
λCu为铜线的线膨胀系数, λCu=17×106 1/℃;
λFe为转子的线膨胀系数, λFe=12×106 1/℃;
tCu为铜线温度, ℃;
tFe为铁齿温度, ℃;
t0为转子加励磁前的温度, 可取进风温度, ℃。
如取t0=40℃, tFe=70℃, 对应的不同tCu根据公式计算出, 热应力σc如表1。
2.3 机械伸长差应力
当转子处于旋转状态时, 绕组上承受径向压缩应力, 即绕组线匝小面积受到它下部线匝产生的离心力的作用, 使其厚度变小, 长度变大;而铁齿受到径向拉伸应力, 使本体直径增大, 长度缩短, 这样, 转子绕组的线匝对转子铁齿有机械伸长差, 在绕组上产生了机械差应力σm。其性质相当于压缩应力。
转子线匝上的热应力σ1与机械伸长差应力σm的方向皆为轴向, 其合成力为
发电机运行时, 转子绕组线匝上所承受的实际应力即由阻止它滑动的摩擦应力σμ和离心力产生的轴向应力σF1与力图使其滑动的应力σa二者决定的。即当σa> (σμ+σF1) , 线匝可以沿轴向滑动;即当σa< (σμ+σF1) , 线匝不能沿轴向滑动。
由上述分析可知, 当摩擦应力σμ和离心力产生的轴向应力σF1之和大于力图使线匝滑动的应力σa时, 线匝不能沿轴向自由滑动, 同时, 当摩擦应力σμ和离心力产生的轴向应力σF1之和大于线匝的屈服极限时, 线匝就会发生永久的形变, 产生热变形[1,2]。表2为铜线的强度特性表。
3 转子绕组热变形的防止
有以上分析的结果可以看出, 热变形的主要原因在于转子绕组运行温度过高, 铜铁温差过大, 护环下推拔角度过大, 绕组端部固定不牢, 加上起停次数较多, 尤其对于调峰运行的发电机组。
预防措施:
(1) 加强槽楔及护环下绝缘的滑移层工艺, 一般覆盖一层聚四氟乙烯滑移材料, 以减少线匝热膨胀时轴向自由伸缩的阻力。
(2) 减少护环下工艺的推拔角度。
(3) 线匝使用含银铜线, 以提高绕组线匝铜导线的屈服强度和抗蠕变性能。
(4) 对于调峰机组, 升降负荷不要过快, 并且要定期的进行检查及维修。
4 结语
根据以上的论述, 为了减少由于机组热变形所引起的转子绝缘故障, 这就要求发电机在设计和机组的运行过程中, 要尽量采取以上的预防措施, 避免转子绕组热变形事故的发生。
摘要：为了保证汽轮发电机的安全运行和电网运行的可靠性, 在产品设计和电厂运行过程中, 发电机转子绕组热变形是必须要关注的问题之一。本文简要介绍了引起热变形的主要原因及预防措施。
关键词：汽轮发电机,转子绝缘,热变形
参考文献
[1]李伟清.汽轮发电机故障检查分析及预防[M].中国电力出版社, 2002:95～102.
变压器绕组变形实例 篇3
关键词：变压器,绕组变形,短路冲击,频率响应,电容量
0 引言
短路冲击引起的事故在我国许多地区占电网变压器总事故的半数以上。统计表明不少大型电力变压器由于设计、制造原因还达不到规定的承受短路能力。因此, 诊断变压器遭受短路电流冲击后的状况是否良好, 有无绕组变形、位移和铁心松动、位移等, 从而判断变压器是否需要检修处理十分重要。另外, 如有绕组变形, 到什么程度才需要检修, 甚至更换, 轻度绕组变形的变压器可否继续运行等, 均为运行中急迫需要解决的问题。
目前, 判断变压器绕组变形的方法一般是综合判断, 主要包括频率响应、短路阻抗、空载电流和变压比等分析技术, 这种方法也是得到了以往的证明, 但是针对我局出现的一例变压器绕组变形情况, 个人认为电容量的试验也应作为综合判断的手段之一。
1 应用实例一
110k V延安路变电站1#主变压器型号SZ8-F-31500/110, 额定电压为 (110±8) ×1.25%/10.5k V, 联结组别为YN, d11, 主分接阻抗电压百分数为10.29%, 空载电流百分数为0.1%, 1998年11月出厂, 1999年1月投运, 交接时高压绕组对低压及地电容量7932.6p F, 低压绕组对高压及地电容量16585.4p F。2003年5月发生近端出口三相短路故障, 造成对变压器本体冲击。绝缘检查数据和绕组变形图形正常, 唯有电容量有明显增加, 由于多方面原因决定继续投运。至2007年, 电容量数据一直与2003年测量时相差不大, 其他试验数据图形及油气试验数据也合格。2009年11月的某天凌晨, 1#主变低总开关发生跳闸事故, 检测发现电容量又明显上升, 与初始值相差达24.6%。
1.1 频率响应法测量绕组频谱
测试仪器为BRTC-Ⅱ型电力变压器绕组频率响应测试仪, 测试频率0~999k Hz, 测得三相绕组频谱特性如图1所示。从图1中可以看出高低三相绕组的频谱特性曲线基本一致, 虽然高压绕组2009年图谱中A相在约80k Hz时的曲线与B、C两相略有区别, 但是在0~100 k Hz (初频) 是对整个绕组的初步扫描阶段, 可以忽略。故无法判断绕组是否变形。
1.2 变压比及直流电阻测试
该变压器测试数据见表1。
测试直流电阻是判断变压器是否存在匝间短路、绕组断股等现象的有效手段, 且规程明确规定不平衡率不能超过±2%。变压器测试数据见表2, 可见其结果正常。
1.3 低压短路阻抗和空载电流
在变压器吊罩之前, 主变短路阻抗试验数据一直无明显变化。空载电流I0为铁心励磁电流与绕组入口电容电流之和。励磁电流与变压器铁心的叠装工艺、硅钢片的材料密切相关, 硅钢片接缝的微小变化就会造成空载电流的成倍变化。所以通过空载电流可以判断铁心的状况。主变返厂空载试验测试值换算后为0.104%, 表明铁心无明显位移。
1.4 变压器油试验
历年对变压器本体油及有载分接开关油的耐压测试分别都超过了40k V, 合格。油色谱分析和微水检测数据见表3, 可以看出色谱微水试验均合格。
1.5 绕组电容量测试
三绕组变压器等值电容电路如图2所示, C1、C2、C3为高、中、低压绕组对地电容;C12为高压绕组与中压绕组间电容;C23为中压绕组与低压绕组间电容。
高压绕组总的对地电容为C1+C12, 中压绕组总电容为C2+C12+C23, 低压绕组总电容为C3+C23。
绕组电容变化曲线如图3所示, 可以看出, 低压绕组的电容量明显改变, 变压器极有可能在出口短路时线圈中漏磁场存在而产生的巨大电动力的作用下产生变形。
1.6 吊罩检查
2010年11月4和6日, 对变压器分别进行大修吊罩检查和制造厂解体检查, 结果见图4、图5, 可见低压线圈三相均已严重扭曲和凹陷。吊罩和解体证明了电容量测试及诊断的结果。
2 应用实例二
110k V铜录山变电站1#主变压器型号为SSZ11-40000/110, 额定电压为 (110±8) ×1.25%/10.5/6.3k V, 联结组别为Ynd11D11, 主分接阻抗电压百分数为10.24%, 空载电流百分数为0.45%, 2006年9月出厂, 2006年10月投运。2011年11月15日在例行试验中发现, 录1#主变各侧绕组电容量均与初值发生较大变化, 中对高低及地电容量变化率高达31.5%;随后对变压器本体取油进行了油色谱分析和微水检测试验, 试验结果正常。
2012年12月2日对录1#主变停电进行诊断性试验, 以进一步检查:
(1) 绕组电容量测试, 结果表明, 高压绕组、中压绕组、低压绕组对其它绕组及地的电容量均增大了10%以上, 且绕组的电容量的变化趋势相反, 不存在电桥的原因, 而是高压绕组的电流方向与中、低压绕组电流方向相反。怀疑变压器存在严重缺陷, 极有可能变形。
(2) 短路阻抗测试, 结果表明高对低、中对低短路阻抗初值差高达9.99%、7.10%, 超过了注意值 (±3%) 。
(3) 油色谱分析和微水检测, 试验结果正常, 但H2、CO、CO2增长率较大。
(4) 绕组频谱测试。从特性曲线可以看出, 2011年的诊断图形与2006年交接时的图形在中频、高频中的谐振峰均有较大不同, 尤其是中、低压绕组中明显存在波峰、波谷点所对应的幅值及频率不一致。故判断该变压器绕组已经变形。
(5) 吊罩检查。2012年12月8日录1#主变在武汉变压器责任有限公司进行吊芯检查, 发现变压器高压绕组下部K头的出头部位及邻近线匝已经变形鼓出, B相高压线圈内纸筒破损;位于中圈位置的低压线圈严重变形, 线匝大面积凹陷, 位于内圈位置的中压线圈也存在局部线匝变形;下夹件对线圈的支点较少, 支撑件的加强铁略显单薄, 在短路机械力的作用下支撑件与夹件的焊线撕裂, 承受短路冲击的能力较低。吊检证明了电容量测试及综合诊断的分析结果。
3 绕组变形后果
变压器绕组变形后, 有的会立即发生损坏, 有的可以继续运行一段时间, 运行长短因变形程度和位置不同而不同。绕组变形后, 由于绝缘距离发生变化, 在过电压作用下, 绕组便有可能发生绝缘击穿, 导致突发性绝缘事故;由于遭受多次短路电流的冲击, 机械变形的积累效应最终导致变压器损坏。
4 综合判断
为了更好地判断变压器绕组是否变形, 应结合多个项目综合分析:
(1) 测量频谱特性曲线并通过横向和纵向比较判断, 灵敏度高。由频谱特性曲线间的相关系数 (即相似程度) 可判断绕组变形, 特别是中频段的曲线反映绕组变形最灵敏, 且重复性好。
(2) 低压短路阻抗法, 能有效地判断变压器变形情况, 判据明确, 标准齐备, 应用成熟, 易于掌握。
(3) 空载电流测试, 能有效判断变压器铁心遭受近区短路冲击后是否位移。
(4) 变压比及直流电阻测量, 是常规、简便、易行的方法, 在变压器绕组显著变形、匝间短路、绕组断股等情况下是一种有效的判断手段。
(5) 产品出厂后, 其各绕组的电容量基本上是一定的, 即使在有温度、湿度影响的情况下。其电容量变化应很小。如果电容量明显有改变, 预示着变压器存在绝缘缺陷和机械性位移、变形等方面的缺陷。所以绕组电容量测试也应作为综合判断分析绕组变形的必要试验之一。电容量变化注意值一般为3%~5%。
5 结语
两组实例表明, 对于变压器绕组是否变形, 应采用频率响应、短路阻抗、空载电流和变压比等分析技术以及电容量试验来综合判断。
参考文献
[1]GB-50150—2006, 电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S]
[2]国家电网公司.Q/GDW168—2008输变电设备状态检修试验规程[M].北京:中国电力出版社, 2008
[3]曹桂荣.变压器绕组的短路电动力分析[J].煤炭技术, 2006
主变绕组变形判断分析 篇4
所谓绕组变形, 就是指电力变压器绕组在机械力或者电动力作用下发生的轴向或者径向尺寸变化。通常情况下, 在日常工作、生活中我们常见到的变压器绕组局部扭曲、发生鼓包或者出现移位等现象, 都属于绕组变形的特征现象。
那么变压器的变绕组在变压器内正常运行的情况下, 怎么会出现变绕组的变形呢?最简单的例子, 就算是制作出来的再好的变压器, 在装配运输的过程中都有可能遭受到撞击, 无论撞击的程度严重与否, 都有可能造成变压器内部变绕组的变形或者移位。这只是最简单的一个原因, 下面将详细叙述造成主变绕组变形的其他主要原因。
1) 绕组承受力不够。
这是由于当变压器内发生短路事故时, 短路电流远远超过了绕组所能承受的负荷, 导致主绕组变形, 就如同日常生活中电器短路, 导致线路中电流过大, 超过线路的电流荷载, 最终导致线路发热甚至变形起火, 变压器内绕组由于承受不了短路造成的电流冲击力而引起变形与之的道理是一样的。据有关统计分析, 近几年来, 因为绕组承受短路能力不够而引起电力变压器发生事故已经成为了电力变压事故的首要内部因素。
2) 短路电流冲击。
这是一个很重要的原因, 虽然变压器是个全封闭的空间, 外部的一些渣子等大颗粒的物质不容易进入变压器内部, 但是其内部的灰尘等细小颗粒, 以及空气中的阴、阳离子等相互结合在一起, 这些灰尘杂质就会慢慢附着在变压器的变绕组上。众所周知, 变压器内部是很多线圈紧密的排列在一起的, 本来绝缘性能很好的绝缘线圈由于老化等一系列的原因, 致使最初的绝缘性能退化, 再加之带电灰尘的粘附作用, 就很容易造成变绕组出现短路。这就决定了电力变压器即使在其正常的运行过程中, 也无法避免地受到各种短路电流的冲击, 在所有的短路电流冲击力中, 要属变压器出口或者近区发生短路故障的情况最为严重, 这个时候巨大的短路冲击电流会使变压器受到极大的电冲击力, 这种冲击力一般可以达到变压器正常运行条件下电流冲击力的数十倍甚至是数百倍。由于电流的热效应, 绕组在短路电流的作用下会迅速地发热。不难理解, 一旦金属的温度升高至一定值, 其机械强度便会变小, 变绕组的导线在这种发热的情况下, 由于自身的机械强度发生变化, 再加上短路电流引发的电动力, 绕组就会发生变形。
理论分析表明, 由于变压器内电与磁的相互作用, 变绕组上的电动力有轴向和径向两种。径向力的作用方向取决于线圈的相互位置以及电流的方向, 通常情况下, 为了提高内部线圈在径向力上的刚度, 往往会把线圈绕制在由绝缘筒支撑的撑条上。这本来是一个提高线圈抗径向力刚度的好方法, 但是, 与此同时, 线圈不仅受到压缩力的作用, 而且还会受到撑条所产生的弯曲力的作用。一旦这两种力的合应力超过了线圈在刚度上的屈服点, 就会使线圈发生永久性的变形, 通常看到的绕组出现梅花状或者鼓包状的现象, 就是上述原因造成的。与此同时, 变压器线圈受到的轴向力会使线匝在竖直方向上弯曲, 压缩线段的垫块, 并部分地传递到铁轭, 这个时候, 当线圈不等高或者线圈内磁感线分布不均匀时, 在电磁作用下, 轴向力会比径向力更能引起变压器事故。
保护系统出现死区。这也是个常见的原因, 当保护系统出现死区或者动作失灵, 都会导致变绕组承受短路电流时间过长, 因此, 一旦发生短路事故无法及时跳闸, 变绕组势必会在过大的短路电流作用下发生变形, 从而导致变绕组损坏。
2 主变绕组变形的危害以及分析方法
主变绕组发生变形, 是影响电力系统安全运行的重大隐患。首先, 绕组严重变形时, 由于绝缘受到机械毁伤后会被直接击穿, 绕组就会有烧毁的危险;其次, 绕组发生局部变形时, 使绕组实际的绝缘特性发生改变, 实际的绝缘特性与设计的绝缘特性发生偏差时, 一旦绝缘性能在短路情况下受到考验时, 绕组的绝缘就无法达到设计时的绝缘强度, 因此而留下绝缘隐患;不仅如此, 绕组发生局部变形时, 无论是机械性能还是绝缘性能, 都会发生质的下降, 当绕组再次受到短路电流冲击时, 由于累计效应的影响, 绕组容易烧毁。
对于变压器来说, 是一个安全封闭式的空间, 那么里面的变绕组一旦发生变形故障, 检测人员又如何在变压器外部发现内部的故障呢?这就需要一个很常用的仪器—示波器, 对于典型的主变绕组频率响应特性曲线, 一般都包含有多个明显的波峰、波谷, 频率响应特性曲线中的波峰、波谷分布位置以及分布数量的变化, 是用来分析主变绕组变形程度的重要依据。然后通过对主变绕组频率响应特性曲线的分析, 同时结合短路冲击、主变结构以及相关试验的分析, 综合各种情况后就能较容易地判断出主变绕组是否变形或者变形程度。
1) 横向对比分析。
通过同一主变、同一电压等级的绕组的频响曲线进行比较, 通过正常情况下的频响曲线与待分析的频响曲线相比较, 来判断待分析的主变是否发生变形以及变形的程度。
2) 纵向对比分析。
通过同一主变、同一绕组、同一分接位置、不同试验时间的频响曲线进行比较, 根据正常的频响历史曲线来对比待分析的频响曲线, 从而对待分析的主变是否变形作出判断。
3) 其他的分析方法。
除了上述的横向、纵向的对比分析外, 还有通过高频段与中低频段相结合、通过波形观察与相关系数结合等一些有效的方法。
3 案例分析
案例1.云南玉溪供电局红塔山变电站1#主变绕组变形试验
1997年4月, 云南玉溪供电局红塔山变电站1号主变10 kV母线穿墙套管击穿造成相间短路而发生套管爆炸, 1号主变出口短路, 该变压器经受短路冲击时间超过1 s。对该变压器进行了绕组变形试验。高压、中压绕组变形频响特性曲线相关系数均大于1, 频响曲线比较一致, 其三相谐振点也较为接近, 那么可认为无变形现象;低压绕组a和c频响曲线基本一致, 谐振点也较为一致, 相关系数也超过1, 但是从低压绕组b和c以及低压绕组c和a的频响特性曲线差异性很大, 而且相关系数小于0.5, 而且谐振点位置也有很大差别。由此, 可判断出c相绕组有明显的变形现象。
案例2.昆明供电局黑林铺变电站2#主变绕组变形试验
2007年1月, 110 kV黑林铺变电站2#主变高后备复压过流I段I时限、II时限保护动作, 重瓦斯保护动作。当晚对2#主变压器进行了检查和分析, 绕组变形试验发现B相高压绕组变形, 高压线圈直流电阻测量不平衡系数为1.05%, 结论为合格。然而, B相低压绕组直流电阻超标, ab绕组直流电阻偏大, 测量到不平衡系数为3.4%, 不合格。
案列3.曲靖供电局220 kV沾益变电站1#主绕组变形试验
2006年7月, 曲靖供电局220 kV沾益变电站发生35 kV I、II段母线及1#主变电停电的设备事故, 其原因是雷击引起, 最后导致了1#主变35 kV的一个开关发生爆炸, 变压器在近区短路时间过长引起变压器损坏。
摘要：变压器是电力系统中的重要组成之一, 在高低压的调节与变换中起着至关重要的作用, 因此, 变压器的正常运行与否直接影响着整个电力系统的安全运行。由于变压器中的短路等原因造成变绕组变形, 致使变压器损坏的情况屡见不鲜, 严重威胁了变压器的正常运行。所以对于全封闭式环境的变压器, 对于处在变压器内部的主变绕组, 检测人员在变压器外部如何有效的进行变绕组变形分析、判断至关重要, 文章将做简单的讨论。
关键词：主变绕组变形,危害,案例分析
参考文献
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变压器绕组变形检测技术方法 篇5
通常变压器在发生绕组变形后, 即使没有立即引起损坏事故, 也有可能留下严重的故障隐患。因此, 变压器遭受冲击后, 绕组是否有变形, 是继续运行一段时间, 还是立即退出运行, 这些问题靠常规的绕组变形试验是不能解决的, 迫切需要找到一种有效手段来为决策提供依据。为了能及时发现变压器故障隐患, 避免发生重大事故, 积极开展变压器绕组变形检测技术的研究, 及时发现有问题的变压器, 并有计划地进行检修, 不但可节省大量的人力、物力, 对减少变压器事故的发生也有极其重要的作用。
1 主要检测方法
变压器绕组变形故障检测与诊断主要包括3个方面: (1) 绕组状态 (正常与变形) 的区分; (2) 所发生绕组变形故障的类型或性质的识别; (3) 绕组变形故障部位及其严重程度的确定。
对于有绕组变形隐患的变压器, 因为绕组变形仅导致其机械性能下降、绝缘距离改变, 而绝缘油的特性未受到影响, 所以在正常工作条件下, 不影响变压器的变比、直流电阻及色谱等。因此, 使用这些常规方法检测变压器绕组是否发生变形是很困难的, 甚至是不可能的。而吊罩检查虽很直观, 但需花费大量的人力、物力、财力, 且对判断内侧绕组有无变形仍有困难。
目前, 国内外先后提出的变压器绕组变形检测方法主要有:低压脉冲法、短路阻抗法、频率响应分析法、部分电容法和振动法等。
1.1 低压脉冲法
低压脉冲法是1966年由波兰的Lech和Tyminsk提出, 现已被列入IEC及许多国家电力变压器短路试验导则和测试标准中。其原理如下:当频率超过1kHz时, 变压器的铁芯基本上不起作用, 绕组本身可视为一个由电阻、电感及电容等分布参数构成的无源线性双端口网络;绕组发生变形后, 必然会引起网络分布参数的变化, 从而使绕组对低压脉冲的响应发生变化。这样, 就可以通过比较绕组对低压脉冲的响应波形来判断绕组是否发生变形。
低压脉冲法在现场试验中, 受测试过程中各种电磁干扰和信号源稳定性的影响, 可重复性较差。
1.2 短路阻抗法
短路阻抗法是通过测量工频电压下, 变压器绕组的短路阻抗或漏抗来诊断绕组变形的。短路阻抗是指负荷阻抗为零时变压器输入端的等效阻抗。漏抗是绕组和绕组之间、绕组内部、绕组与油箱之间的漏磁通形成的感应磁势的反映。对于110kV及以上的大型变压器, 电阻分量在短路阻抗中所占的比例非常小, 短路阻抗主要是漏抗的数值决定, 因此阻抗可以反映漏抗的变化, 并且测量阻抗比测量漏抗更容易实现。
短路阻抗法的灵敏度较低, 误诊率较高。
1.3 频率响应分析法
频率响应分析法是1978年由加拿大的E.P.Dick和C.C.Erven提出, 随后在世界各地得到广泛的应用, 被认为可以检测相当于短路阻抗变化0.2%的绕组变形或轴向尺寸变化0.3%的绕组变形。其原理为:在频率高于1kHz时, 变压器绕组可以等效为一个无源、线形、单端输入、单端输出的网络。
这种网络是可以用频率特性来描述, 而且一个网络对应着唯一的一条频响特性曲线。当绕组发生变形时, 网络参数如电感或电容发生变化, 该网络的频响特性曲线也随之变化。变压器绕组频响试验, 实际上就是通过比较变压器事故前后绕组频响特性曲线的变化来判断绕组是否存在变形。
频率响应分析法降低了电磁干扰的影响, 具有测量灵敏度高、测试重复性较好、仪器操作简单方便的优点。它可在变压器不放油、不吊罩的情况下确定变压器绕组有无变形, 指导变压器的抢修工作, 缩短抢修时间。该方法已在变压器运行和生产部门得到推广应用, 效果较好。但该方法由于会造成保护误动, 只应用于离线检测。
1.4 部分电容法
部分电容法就是通过测量被测绕组与相邻绕组、铁芯、油箱之间的等效电容, 来判断被测绕组是否存在相对位移的一种方法。
变压器绕组的电容量测量是一项常规试验, 对测试仪器和人员素质没有特殊要求, 因此易于在生产过程中普遍开展。部分电容法要求将测得的电容量与变压器正常时测得的同一部位的电容量相比较, 由于绕组电容量本身具有一定的分散性, 所以此方法仅适用于检测变压器绕组明显的变形。
1.5 振动法
振动法是通过贴在变压器器身上 (油箱) 的振动传感器, 在线监测绕组及铁芯的状况, 良好状态变压器的振动特征向量 (包括绕组和铁芯振动信号的频谱、功率谱、能量谱等) 作为指纹留用, 一旦变压器绕组发生故障, 当前振动特征向量的变化就会快速地反映出来。
这种方法的优点是测试系统与整个电力系统没有电气连接, 可安全、可靠地实现在线监测的目的。其缺点在于, 变压器在运行过程中随时可能发生短路故障, 如果在突然短路的变压器内部绕组发生故障, 将导致带电绕组与油箱接触, 油箱可能带有很高电压。另外, 暂态感应也会在变压器器身上产生高电位, 对测试仪器和人身安全都有影响。
2 频响法检测绕组变形
从目前技术成熟度看, 频率响应分析法逐步被电力企业和制造厂家认同的测试分析方法。该方法易于现场实施, 对绕组变形的反映较灵敏, 测得的图谱较稳定, 重复性好, 不易受实验接线、外界干扰的影响。利用测量得到的频响曲线或由频响曲线上提取的特征值而不是技术人员的经验来判定变压器绕组状态, 可较准确检测出变压器绕组是否存在整体和局部变形, 确定变形相别, 推断变形程度和部位。
典型的变压器绕组频率响应特性曲线, 通常包含多个明显的波峰和波谷。经验及理论分析表明, 幅频响应特性曲线中的波峰或波谷分布位置及分布数量的变化, 是分析变压器绕组变形的重要依据。
3 绕组变形检测技术发展方向
变压器绕组变形失稳分析 篇6
一台双卷油浸式变压器在一次厂用电短路事故中烧损, 造成很大损失。此变压器1992年投入运行, 事故前处于正常供电状态, 在启动大容量设备时, 10kV母线绝缘对地击穿, 弧光引起母线三相短路, 变压器10kV低压侧进线开关发生触头燃熔、粘连, 保护动作又未能直接跳开此变压器高压侧进线开关, 使故障切除时间延长达3s之久。吊芯发现高低压绕组严重变形, 低压绕组有一处绝缘击穿, 绕组上下有窜动, 垫板损坏, 压环碎裂。
二、短路时, 绕组电磁力分析
在发生短路事故时, 作用在变压器绕组上的短路电磁力一方面随短路电流的大小不断变化;另一方面在短路电磁力的作用下, 变压器绕组要承受辐向电磁力与轴向电磁力联合作用, 使绕组沿轴向上下振动, 同时辐向拉伸力使外侧绕组直径增大, 辐向压缩力使内侧绕组直径减小, 这必然会引起漏磁场也随着发生变化, 而漏磁分布的改变又将引起绕组受力也随着发生变化。由于保护未能及时切除此变压器, 这种不断变化的短路电磁力作用时间越长, 对变压器绕组变形破坏力就越大。据统计, 在短路引起的绕组损坏事故中, 辐向压缩力比辐向拉伸力更有破坏性, 往往是绕组绝缘击穿的主要原因。
通过观察发现, 此变压器绕组除其外部严重变形外, 与铁心窗口接触处的内侧绕组也有严重的变形, 且有击穿现象。这一方面是由于铁心窗口内部区域的漏磁场比铁心窗口外部区域的漏磁场要强, 所以此部分绕组所受的短路电磁力相对比较大;另一方面是由于铁心窗口内部的绕组轴向压紧比较薄弱, 因此绕组相应部位变形比较大。
查找此变压器跳闸记录, 从投运以来已经发生过两次短路保护动作跳闸事故。在这次短路事故中, 因绕组支撑结构强度不足, 发生辐向失稳变形, 使绕组相间和对地、匝间绝缘强度都随着失稳而发生了改变, 其中匝绝缘强度变化最大 (即绝缘层可能会出现破裂) , 出现绝缘击穿。如保护不能及时切除故障电流, 将会进一步导致更严重的局部绕组击穿。
三、引起辐向失稳的主要原因
引起变压器绕组辐向失稳变形因素主要有以下方面。
(1) 制造厂在设计时没有充分考虑安全裕度, 使实际绕组承受的辐向稳定力不能满足现场短路电流的冲击。
(2) 由于生产工艺差, 造成绕组装配间隙过大, 在大短路电流时, 可能造成绕组内某些支撑结构失效。
(3) 绕组外围的边界不一致造成绕组漏磁场不是轴对称磁场, 导致绕组所受的辐向压缩力沿圆周方向不均匀分布。短路时结构上较薄弱的撑条间隔处最先失稳而破坏。
(4) 多次短路事故可能在绕组上形成变形积累, 在以后某次短路力作用时可能超过其支撑结构实际承受能力, 而造成失稳变形。
这次损坏的双卷式油浸变压器已连续运行多年, 在发生两次短路事故后, 没有及时进行频率响应分析了解绕组实际变形情况, 也没有进行吊芯检查。在发生母线三相短路时, 变压器绕组变形已经达到支撑结构不能承受的程度, 因此发生变形失稳、击穿、烧损。
四、预防措施
为防止变压器绕组变形失稳, 除严格控制变压器制造质量外, 对已投运的大型变压器需要考虑以下几个方面。
(1) 采取有效措施, 减少母线发生短路的机会。一旦母线侧发生短路, 保护应尽快切除母线供电变压器, 同时在母线短路未切除前, 厂用备用电源不能自投于故障母线。
(2) 对110kV (66kV) 及以上电压等级的变压器要有故障录波在线监视装置, 掌握短路故障电流大小以及故障持续时间, 作为判断绕组变形情况的参考。
(3) 对运行中的大型变压器要进行频率响应分析的测量, 以便与事故发生后的频率响应分析结果进行比较, 合理判断变压器绕组变形程度。
(4) 大型变压器出口短路后, 应该进行绕组变形试验, 与制造厂提供的原始频率响应比较, 作为绕组有无变形及变形程度的判断依据, 未经任何试验和检查不允许试投。
(5) 对那些通过频率响方式测量发现绕组变形较严重却仍在运行着的变压器, 应在最短时间内, 有计划地进行吊芯检查和检修。
五、结论
变压器是电网中的重要设备, 发生故障对电力系统安全、企业生产影响很大。通过以上分析可知, 防止变压器绕组变形失稳损坏, 需要加强对变压器运行状态监测, 时时了解绕组变形情况, 当绕组变形较大时应及时停电维修, 可减少变压器烧损的几率, 避免不可预计的电力中断事故。
参考文献
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绕组变形故障 篇7
某110k V变电站的#1主变型号为SS10-31500/121, 其额定容量为31 500/31 500/31 500k VA, 额定电压为 (121±2×2.5%) / (35±3×2.5%) /10.5k V, 联结组标号为YNyn Od11。某日, 该主变差动保护动作, 三侧开关跳闸。现场检查发现主变本体、110k V、35k V、10k V设备无明显异常。进一步检查发现, 35k V一出线1.8km处B、C相发生相间短路, 变压器遭受出口短路冲击, 初步怀疑变压器内部出现了故障。
1 试验检查
1.1 常规试验
对故障主变进行绝缘电阻、直流电阻、介质损耗等电气试验, 试验数据与前次试验相比无明显变化, 唯独电容量略有减小, 见表1。
n F
随后, 用频响法测试该主变绕组的变形情况, 发现高、低压绕组A、B、C相之间一致性较好, 中压绕组部分频段三相一致性较差, 如图1所示。由于该主变投运年代较早, 无历史数据参考比对, 无法判断三相不一致性是制造工艺分散性带来的固有差异[1,2], 还是出口短路冲击造成的绕组变形, 因此决定利用感应电压试验作进一步判断。
1.2 感应电压试验
试验时, 在低压侧施加电压, 利用电磁感应原理在高、中压侧感应出需要的试验电压[3]。试验装置主要包括变频器 (额定功率为450k W) 、试验变压器 (额定功率为450k VA, 变比为340V/20k V) 、补偿电抗器、分压器, 试验原理及试验装置接线如图2所示 (以A相为例) 。
试验过程中, 同时监视变压器高压侧局部放电量, 发现A、B、C相局部放电量一直保持稳定, A相为180p C、B相为80p C、C相为160p C。但三相试验时试验装置的数据却出现较大差别 (见表2) , B、C相较为接近, 试验变压器输出较低电压时被试变压器上承受电压已达到试验值, 由此怀疑回路出现了串联谐振现象[4~6], 初步判断被试变压器B、C相绕组存在异常。
2 试验数据分析及解体检查
2.1 试验数据分析
试验时, 被试变压器的等效电容和等效电感实现串并联谐振, 变频器输出回路需要的有功功率, 试验变压器将电压升高至试验值并加至被试变压器低压侧。从运行状态来看, 试验时试验变压器处于负载状态, 被试变压器处于空载状态, 忽略分压器对回路的影响, 可将试验回路简化等效为图3所示回路。
图3中, UTS为试验变压器的输出电压;R为整个试验回路的等效电阻;L1为试验变压器负载状态时的等效电感;L2为被试变压器等效电感;C2为被试变压器等效电容。通常情况下, L1影响可以忽略不计, L2和C2在试验电压频率下实现并联谐振, L2和C2的并联阻抗Z趋近无穷大, 被试变压器自身的容性电流与感性电流完全抵消, 即:
被试变压器某一侧绕组出现变形时, 等效电感L2和等效电容C2均会出现变化, 通常随绕组变形程度增加L2、C2均呈下降趋势, 且C2下降程度更为显著, 并联阻抗Z急剧下降并呈容性。因此, 在绕组变形后的试验中, L1的影响增大, 如图4所示。
当变形到一定程度时, L2与C2的并联阻抗将与L1的阻抗幅值相等, 即Z+jωL1=0, 此时整个回路处于串联谐振状态, 被试变压器上的电压UT=QUTS。其中Q为回路的品质因数, 由回路参数决定其值通常大于2, 即此时UT>2UTS。根据表2数据, A相试验时UT=1.03UTS, B相试验时UT=3.1UTS, C相试验时UT=2.77UTS, 可判断B、C相存在明显变形的绕组。
2.2 解体检查
该主变返厂后进行了解体检查, 发现A相高、中、低压绕组均无明显异常;B、C相中压绕组最下层均出现了较大幅度的松动变形, 如图5所示;中压开关B、C相出现短路, 如图6所示。
综上可判定, 变电站35k V出线B、C相发生了相间短路, 使#1主遭受短路电流冲击, 造成其B、C相绕组发生变形, 并引起中压分接开关B、C相短路。
3 结束语
感应电压试验时, 试验设备输出电压、电流等数据的变化反映了变压器等效参数的变化, 间接地反映了绕组变形的情况。为此, 所有新装变压器均应在投运前进行频响法绕组变形测试, 以便日后对比使用。
摘要：感应电压试验时, 试验设备输出电压、电流等数据的变化反映了变压器等效参数的变化, 通过对试验数据的分析, 能够对被试变压器绕组变形情况作出相应诊断, 从而为变压器状态评价提供有力依据。分析某变压器跳闸后感应电压试验数据, 由此判断出该变压器绕组变形情况, 并通过解体检查证实了相关判断。
关键词：感应电压试验,绕组变形,频率响应,解体检查
参考文献
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