摘要文章用大量的工程實(shí)例說(shuō)明了應(yīng)用頻率響應(yīng)分析法診斷變壓器因短路故障而引起的繞組變形的可行性和優(yōu)越性，并給出了判斷繞組是否變形的計(jì)算公式與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　關(guān)鍵詞變壓器繞組變形短路故障頻響分析
　　 1引言
　　目前，應(yīng)用頻率響應(yīng)分析技術(shù)對(duì)遭受短路沖擊、突發(fā)事故和碰撞的變壓器進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)已得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果。主要體現(xiàn)在以下三方面，通過(guò)對(duì)遭受過(guò)短路沖擊的變壓器進(jìn)行變形試驗(yàn)普查，查出了一部分繞組已發(fā)生變形的變壓器。并及時(shí)進(jìn)行了停電整修或更換繞組，防止了可能的突發(fā)性損壞事故；對(duì)發(fā)生出口短路的變壓器立即進(jìn)行變形試驗(yàn)，未發(fā)生繞組變形的及時(shí)投運(yùn)，由于這種方法不用放油吊罩檢查，因而可節(jié)省大量人力、物力，縮短停電時(shí)間。對(duì)于發(fā)生了繞組變形的變壓器，由于能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而避免了再次投運(yùn)可能帶來(lái)的損壞事故；通過(guò)變形試驗(yàn)，能明確變壓器哪側(cè)哪相出了問(wèn)題，這就減少了檢修的盲目性。
　　通過(guò)對(duì)470臺(tái)110kV及以上變壓器進(jìn)行變形試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其中有28臺(tái)發(fā)生了繞組變形(占6%)。經(jīng)吊檢或解體得到證實(shí)的有23臺(tái)，其余5臺(tái)待查。在變形的23臺(tái)變壓器中，有14臺(tái)發(fā)生了嚴(yán)重變形并更換了繞組(占3%)。前蘇聯(lián)在1984～1987年間，對(duì)75臺(tái)遭受短路沖擊的大型變壓器(主要是330kV等級(jí))進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，22臺(tái)發(fā)生了變形(占29.3%)，其中16臺(tái)進(jìn)行了更換［1］。
　　盡管目前變形試驗(yàn)的重要性已得到普遍承認(rèn)，電力部預(yù)試規(guī)程和反事故措施中也明文規(guī)定變壓器出口短路后需進(jìn)行變形試驗(yàn)，但如何應(yīng)用頻響法診斷變壓器繞組變形，目前尚無(wú)統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)。為使這一方法標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，筆者進(jìn)行了多年的分析研究，形成了一套變壓器繞組變形判定標(biāo)準(zhǔn)。這套標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)對(duì)全國(guó)470臺(tái)110kV及以上變壓器，尤其是28臺(tái)繞組發(fā)生變形變壓器的考核，證明這套判定標(biāo)準(zhǔn)是簡(jiǎn)單可靠的，完全可以滿足變壓器運(yùn)行、檢修的需要。
　　 2變壓器繞組變形的定義
　　變壓器遭受短路沖擊時(shí)，繞組受到輻向力、軸向力和周向力(或扭矩的作用)，因而變壓器繞組會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變形，即輻向位移、軸向位移和扭曲(或繞組轉(zhuǎn)動(dòng))，以及包括斷股、匝間短路、引線位移和靜電板引線斷開等的特殊變形。從表面上看，特殊變形的變壓器繞組其尺寸未發(fā)生變化，但變壓器等效電路中單位長(zhǎng)度的分布電感和電容卻發(fā)生了改變，因而繞組的頻響特性發(fā)生了變化，故把這類變形稱之為特殊變形。實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中的繞組變形有時(shí)是幾種變形同時(shí)發(fā)生的。
　　實(shí)際應(yīng)用中，除需要確定變壓器是否發(fā)生了繞組變形，更需要確定繞組的變形程度，以便決定變壓器是否繼續(xù)投運(yùn)。為此規(guī)定了3種狀態(tài)：正常(或無(wú)明顯變形)、中度變形和嚴(yán)重變形。具體定義如下：
　　(1)正常(或無(wú)明顯變形)指變壓器繞組與出廠時(shí)狀態(tài)基本一致，或存在不明顯的繞組變形但仍可以繼續(xù)運(yùn)行，無(wú)需檢修。
　　(2)中度變形指變壓器繞組發(fā)生了明顯變形，在其它試驗(yàn)合格情況下，變壓器可以臨時(shí)帶病運(yùn)行，但需要加強(qiáng)監(jiān)督，應(yīng)在適當(dāng)時(shí)機(jī)安排檢修。若再次遭受短路沖擊或承受過(guò)電壓，則有可能造成變壓器損壞。
　　(3)嚴(yán)重變形指變壓器發(fā)生了嚴(yán)重的繞組變形。在這種情況下，即使其它試驗(yàn)均合格，也不能再繼續(xù)運(yùn)行，否則隨時(shí)可能發(fā)生損壞事故。
　　 3變壓器繞組變形的判定標(biāo)準(zhǔn)
　　當(dāng)頻率超過(guò)1kHz時(shí)，變壓器的等效電路是一個(gè)無(wú)源線性、單端輸入單端輸出的電感和電容網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)是可以用頻率特性來(lái)描述，而且一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)著唯一的一條頻響曲線。當(dāng)變壓器繞組發(fā)生變形時(shí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如電感和電容發(fā)生變化，該網(wǎng)絡(luò)的頻響特性也隨之變化。變壓器繞組變形試驗(yàn)，實(shí)際上就是比較變壓器事故前后繞組頻響特性曲線的變化。
　　本文采用差值計(jì)算公式來(lái)描述頻響曲線的變化。這種計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠反映變壓器繞組的各種變形，既靈敏又全面，不會(huì)遺漏特殊變形類型。其計(jì)算公式為
　　
　　式中E₁₂為兩條頻響曲線之間的差值；n為采樣點(diǎn)總數(shù)；V_1n為第一條頻響曲線第n點(diǎn)處的幅值；V_2n為第二條頻響曲線第n點(diǎn)處的幅值。
　　計(jì)算時(shí)頻率的選取范圍是很重要的，經(jīng)多年研究和實(shí)踐認(rèn)為選取10～700kHz較為合適。繞組變形判定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為1.6MVA以上變壓器三相繞組間的E₁₂及各繞組與原始數(shù)據(jù)相比差值均不應(yīng)大于3.5dB。
　　變壓器繞組變形診斷：
　　(1)首先判定有無(wú)變形如果三相繞組相間差值E₁₂大于3.5dB時(shí)，應(yīng)引起注意，但該值(稱為注意值)不是唯一判據(jù)，還得進(jìn)一步比較。如果與原始數(shù)據(jù)(出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)或事故前數(shù)據(jù))比較無(wú)明顯變化，則仍可判定該變壓器為正常。
　　當(dāng)相間差值大于3.5dB，且與原始數(shù)據(jù)相比有明顯變大時(shí)，則可判定變壓器發(fā)生了繞組變形；當(dāng)相間差值雖小于3.5dB，但與原始頻響特性曲線相比差值大于3.5dB時(shí)，則仍應(yīng)判定該變壓器發(fā)生了繞組變形。如果沒有原始數(shù)據(jù)時(shí)，則可與同廠同期同型變壓器的頻響特性曲線進(jìn)行比較，并以此作為參考。
　　(2)變形程度診斷
　　當(dāng)確定變壓器發(fā)生繞組變形后，需進(jìn)一步確定變形程度，以便決定是否繼續(xù)運(yùn)行。繞組變形程度判定的推薦值列于表1。
　　表1繞組變形程度判定推薦值
　　　 繞組狀態(tài) 正常 中度變形 嚴(yán)重變形 差值/dB ＜3.5 3.5～7.0 7.0
　　4變壓器繞組變形診斷實(shí)例
　　4.1嚴(yán)重變形實(shí)例
　　例1.北京老君堂2號(hào)變(型號(hào)SFPS7-120000/220)在運(yùn)行中低壓遭受出口短路。事故發(fā)生后進(jìn)行的常規(guī)電氣試驗(yàn)、局放試驗(yàn)和油色譜分析均合格，按照以往的標(biāo)準(zhǔn)，該變壓器沒問(wèn)題，可以繼續(xù)投入運(yùn)行。但同時(shí)進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：高壓繞組三相間最大差值為1.9dB，中壓繞組相間差值最大為2.9dB，均小于注意值3.5dB；低壓繞組相間差值最大達(dá)9.2dB，超過(guò)了注意值。查該變壓器交接試驗(yàn)時(shí)3側(cè)差值均小于3.5dB。通過(guò)比較認(rèn)為，該變壓器低壓繞組相間差值事故前后發(fā)生了明顯變化，相間差值9.2dB大于嚴(yán)重變形判據(jù)7.0dB，因此，判定該變壓器低壓側(cè)繞組發(fā)生了嚴(yán)重變形。交接試驗(yàn)和事故后所測(cè)頻響曲線如圖1所示。