变压器近区短路后的电气试验
摘要
电力变压器在大短路电流作用下，初始机械损伤的基本形式是变压器绕组变形，它们发展的典型方式是变形引起局部放电，匝、股间短路，整段主绝缘放电或完全击穿导致主绝缘破坏。因此，用气相色谱法测量溶解于变压器油中特征气体，来判断其内部有无过热故障和放电性故障；测量变压器的绝缘电阻、绕组直流电阻、绕组变形测试来判断其绝缘及绕组有无损伤是变压器大电流作用后的必检项目。
关键词：变压器短路电流直流电阻绝缘电阻绕组变形气相色谱
目录
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1、摘要----------------------------------------------------------04
2、引言----------------------------------------------------------04
3、绝缘电阻试验--------------------------------------------------05
4、绕组直流电阻测量----------------------------------------------07
5、油色谱分析----------------------------------------------------08
6、绕组变形测试--------------------------------------------------09
7、结束语--------------------------------------------------------10
8、参考文献------------------------------------------------------10
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引言电力变压器是电网的核心设备之一，其稳定、可靠运行将对电力系统安全起到非常重要的作用。然而，由于设计制造技术、工艺以及运行维护水平的限制及系统故障，变压器的损坏还是时有发生，尤其是近年来逐步引起人们重视的变压器近区或出口短路（以下简称出口短路）故障，大大影响了电力系统的安全稳定运行。据统计表明，在变压器的损坏的原因中，80％以上是由于变压器发生了出口短路的大电流冲击造成的。因此对发生近区或出口短路进行一系列的试验，是对确保变压器的安全稳定运行有重要的意义。
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电力变压器在发生出口短路时的电动力和机械力的作用下，绕组的尺寸或形状发生不可逆的变化，产生绕组变形。绕组变形包括轴向和径向尺寸的变化，器身位移，绕组扭曲、鼓包和匝间短路等，是变压器安全运行的一大隐患。当绕组变形后，绝缘距离发生变化，或固体绝缘受到损伤，导致局部放电发生。当遇到过电压作用时，绕组便有可能发生饼间或匝间短路导致变压器绝缘击穿事故。或者在正常运行电压下，因局部放电的长期作用，绝缘损伤部位逐渐扩大，最终导致变压器发生绝缘击穿事故。变压器统组变形后；有的会立即发生损坏事故，更多的则是仍能继续运行一段时间，运行时间的长短取决于变形的严重程度和部部位。显然，这种变压器是带“病”运行，具有故障隐患。因此，需对发生出口短路后的电力变压器进行绝缘电阻、绕组直流电阻、绕组变形、油色谱分析试验。
1、绝缘电阻试验
测量变压器的绝缘电阻，是检查变压器绝缘状态最简便的辅助方法。现场普遍用兆欧表测量绝缘电阻。
在大短路电流作用下，初始机械损伤的基本形式是变压器绕组变形，它们发展的典型方式是变形引起局部放电，匝、股间短路，整段主绝缘放电或完全击穿导致主绝缘破坏。因此，测量变压器的绝缘电阻是变压器出口近区短路后一项必要的检测项目。尤其是20世纪70年代的老旧绝缘变压器，其主绝缘薄弱，而且由于绝缘的破坏会在以后的运行中留下隐患，在雷击和操作过电压的作用下，产生击穿放电，击穿放电产生的载波过电压就进一步损坏变压器的绝缘。测量绝缘电阻要严格执行DL/T596-1996规程标准。采用2500V或5000V兆欧表，测量绕组连同套管的绝缘电阻、吸收比或者极化指数，应符合下列规定：
1、绝缘电阻值与前一次的测量结果进行比较，应无明显差别，在同一温度下一般不应低于出厂试验值的70%。
2、当测量温度与产品出厂试验时的温度不相符时，可按下表换算到同一温度时的数值进行比较。
油浸式电力变压器绝缘电阻的温度换算系数
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当测量绝缘电阻的温度差不是表中所列数值时，其换算系数A可用线性插入法确定，也可按下述公式计算：A=10
校正到20℃时的绝缘电阻值可用下述公式计算：
当实测温度为20℃以上时：R
20=AR
t
当实测温度为20℃以下时：R
20=AR
t
R
20
—校正到20℃时的绝缘电阻值（MΩ）
R
t
—在测量温度下的绝缘电阻值（MΩ）
绝缘电阻换算到20℃时，220kV及其以下的变压器不应小于800MΩ，500kV 的变压器不小于2000MΩ，吸收比不低于或极比指数不低于。变压器的绝缘状况判断应尽量结合其他绝缘试验项目，如绕组介质损耗和泄漏电流测量，综合各个数据进行综合分析，才能确定变压器的绝缘情况。
2、绕组直流电阻测量
测量变压器绕组直流电阻的目的是：检查绕组接头的焊接质量和绕组有无匝间短路；电压分接开关的各个位置接触是否良好以及分接开关实际位置与指示位置是否相符；引出线有无断裂；多股导线并绕的绕组是否有断股等情况。变压器绕组的直流电阻是变压器在交接、大修和改变分接开关后必不可少的试验项目，也是变压器故障后的重要检查项目之一。
测量变压器的直流电阻应符合下列规定：
1、及以下容量等级三相变压器，各相测得值的相互差值应小于平均值的4%，线间测得值的相互差值应小于于平均值的2%；以上容量等级三相变压器，各相测得值的相互差值应小于平均值的2%，线间测得值的相互差值应小于于平均值的1%；
…
2、变压器的直流电阻，与同温下产品实测数值比较，相应变化不应大于2%。
由于短路电流的冲击，绕组产生严重变形造成匝、股间短路，同时由于大电流冲击，过电流薄弱环节，如：分接开关、套管引线接头，将军帽与线圈引出线之间会造成接触不良。如果未能及时发现处理，任其发展会使接触不良点发热熔化而烧断，进而烧坏变压器。接触不良，匝间和股间短路可通过测量绕组直流电阻来发现。
直流电阻值超出DL/T596-1996规程中规定注意值，要组织技术专责进行充分分析研究，再结合油色谱分析数据，以及过去的试验数据来判断变压器的受损情况。如果直流电阻值超标且色谱分析数据超注意值，说明变压器已受短路电流冲击损坏。
3、油色谱分析
绝缘油中溶解气体的色谱分析，是70年代以来我国电力行业推广的一项重要的试验方法，用这种方法分析溶解气体组分及其含量，可判断变压器内部的潜伏性故障。目前，这种方法已得到普遍推广并在有关的国家标准和行业标准中作为重要的手段加以规定，是变压器油常规试验中使用最频繁最有效的一个试验方法。在新绝缘油的溶解气体中，通常除了含有约70%的N2和30%的O2以及%左右的CO2气体外，并不含有C1、C2之类的低分子烃。但是油在经过处理后，由于一些油处理设备的加热系统存在的死角，有时可能出现微量的乙烯甚至微量的乙炔。
对于正常运行的变压器油，由于油和绝缘材料的缓慢分解和氧化，会产生少量CO2、CO和微量的低分子烃，但其数量与故障产生的气体量相比要少得多。也就是说，对于正常运行的变压器，绝缘油中有关组分的本底值较低，为识别故障下特征气体的明星增长提供了有利条件。
色谱分析是诊断变压器工作状态和判断故障性质的最有效方法之一。变压器油色谱分析可判断内部的过热故障和放电性故障，并确定故障的严重程度和大概部位，为检修提供可靠的依据。由于出口近区短路的冲击，主变内部绕组发生匝间短路放电和引线接头或分接开关接触不良而燃弧产生高能放电。这些过热故障促使油或固体纸绝缘材料发生裂解产生H2，CO，CO2和低分子碳水化合物(CH4、C2H2、C2H4)等气体，它们溶解在油中，对油中溶解气体的组份和含量进行分析，就发现变压器近区短路后故障严重程度，从而提出相应的反事故措施，如能否继续运行，继续运行期的技术安全措施和监视手段，又或者是否需要内部检查修理等。但对于近区短路这类突发性故障，由于故障突然，产气快，一部分气体来不
及溶解于油中就进入气体继电器。因此，对于近区短路这类故障，我们还要结合气体继电器的气体色谱分析结果来综合判断。
4、绕组变形测试
绕组变形是指电力变压器在机械力或电动力作用下发生的轴向或径向尺寸变化，通常表现为绕组局部扭曲、鼓包或移位等特征。变压器在遭受短路电流冲击或在运输过程中遭受冲撞时，均有可能发生绕组变形现象，它将影响变压器的安全运行。对于35kV及以下电压等级的变压器，一般采用低电压短路阻抗法；对于66kV及以上电压等级的变压器，一般采用频率响应法。用频率响应分析法检测变压器的绕组变形，是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特征，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特征的差异，判断变压器发生的绕组变形。在发生近区短路后，绕组受到巨大电动力作用产生位移变形，绕组变形或位移后，即使没有立即损坏，也会留下严重故障隐患。一是绝缘距离发生改变，固体绝缘受到损伤、击穿，导致突发性绝缘故障，甚至在正常运行电压下，因为局部放电而使绝缘击穿。二是绕组机械强度下降，其积累效应使绕组再一次遭受近区短路电流冲击时，将承受不住巨大电动力作用而发生损坏事故。在变压器遭受近区短路后及时进行绕组变形测试，对发现有问题的变压器进行分析研究，制订相应的措施，并有计划地进行吊检验证，不但节省大量人力、物力，对变压器是否重投入运行或及时退出运行也有相当重要的指导意义。特别注意是，近区短路达三次以上，短路电流超过变压器八倍额定电流，试验合格后也应吊罩或进入变压器内部进行如下检查以下项目：(1) 压钉的压紧情况。(2) 引线绝缘支架紧固情况。 (3) 垫块位移情况。
结束语电力变压器发生近区或出口短路故障后，对变压器进行直流电阻、绝缘电阻、绕组变形、气相色谱试验是发现变压器受损、保障电网安全运行的必要手段。
参考文献
1、DL/T596-1996 电力设备预防性试验规程
2、GB 50150-2006 电力设备交接试验规程
3、DL/T722-2000 变压器油中溶解气体分析和判断导则