（广东电网韶关始兴供电局 广东省韶关市 512500）
摘要：消弧线圈的绕组伏安特性曲线通常能正确反映绕组绝缘以及铁芯的磁化饱和情况，对于用来查找绕组匝间短路具有重要的意义。针对高短路阻抗型消弧线圈在现场运行时出现的异常故障现象，参考厂家给出的故障信息判据,通过相关电气试验项目对该消弧线圈的故障原因进行了分析，最终发现该消弧线圈出现了匝间短路故障。
关键词：消弧线圈；匝间短路；伏安特性曲线
1. 引言
高短路阻抗式自动消弧成套装置利用自动跟踪的消弧线圈实现快速补偿， 使故障电流小于一定值而自动灭弧，使系统继续正常运行而不停止供电；当发生非瞬时性单相接地故障时， 能正确判断出故障线路并跳闸，不影响其他非故障线路的正常运行；这种接地方式兼具了低阻接地和消弧线圈接地的优点， 又摆脱了各自的缺点，是一种较为理想的新型接地方式。
高短路阻抗变压器式消弧线圈是一种基于变压器式可控电抗器原理的消弧线圈，具有伏安特性线性度好、响应快、能无级连续调整、补偿效果好、系统适应能力强等优点，被广泛应用于配电网络。但从结构上分析（如图1所示），消弧线圈本身是一个具有铁芯的电感线圈，两个反向的可控硅（SCR）短路，一次绕组作为工作绕组（Nw）接入配电网中性点，二次绕组作为控制绕组（Cw）控制消弧线圈的工作。因此对高短路阻抗变压器式消弧线圈进行匝间短路故障诊断时，可以将其视为一个干式变压器进行试验分析。
干式变压器的常规预试项目分为绕组直流电阻测试、交流耐压测试等。其中，绕组直流电阻测试主要用于检查内部导线及引线的焊接质量，发现较严重的匝间或层间短路，但对少量匝间短路（即使匝间完全短路），也会因为其直流电阻变化太小而无法做出正确判断；交流耐压试验只对消弧线圈绕组间及绕组对地绝缘进行考核，无法对匝间绝缘进行考核。本文结合变压器的相关原理，探讨变压器伏安特性曲线以及变比测试在高短路阻抗消弧线圈匝间短路故障中的应用。
图2 变压器绕组结构图
其中 称为侧电阻， 称为漏抗， 称为励磁电阻， 称为励磁电抗。
对于变压器一次侧来说，变压器电阻压降和漏抗压降都很小，且受铁芯饱和程度的影响很小，所以得出 ，可见变压器的磁通主要受到电源电压 、频率 及一次侧绕组匝数 影响。结合高短路阻抗变压器式消弧线圈的工作特性，可以得出其工作区间的伏安特性图呈线性关系，如图3（a）所示。
当高短路阻抗变压器式消弧线圈一次侧发生短路现象时，环流将加速铁芯的饱和速度，根据铁芯磁化曲线（图3（b））， 比 增加得快，而根据 ，近似于与外施电压 （ ）成正比，故 比 增加得快，因此 、 都随外施电压的增加而减少（伏安特性曲线图如图3（c）所示）。这是用伏安特性曲线进行消弧线圈匝间短路诊断的依据所在。
变压器变比测试是检查匝数变化最直接的办法。在变压器的变比试验中，由于所加电压值低于变压器正常运行时的电压，故障点的残余绝缘可能经受住该电压的考验、无法表现异常的试验结果，因而无法进行准确判断。消弧线圈正常运行工作电压较低，变比试验所加电压一般能顺利击穿消弧线圈绕组故障点的残余绝缘，正确反应出绕组匝间绝缘情况，因此变比测试也是检查绕组匝数变化有效方法之一。变比计算公式为： ，其中 ，如图4所示。当变压器一次侧发生匝间短路时（例如 绕组短路）， 将变小，直接导致变比 变小，即一次侧所加电压值一定时，在一次绕组发生匝间短路的情况下，二次侧所测出的电压将变大。
3．试验接线原理图
消弧线圈的伏安特性测量方法通常有串联谐振法、补偿法等。本文结合现场实际条件，对测量方法进行简化，采如图5所示接线方法，通过可调变压器改变消弧线圈一次侧所加电压 ，读取其一次侧的电流值 及二次侧电压值 即可得出消弧线圈一次侧绕组伏安特性曲线及其变比。
4．事例分析
由于各类型消弧线圈的绕组及铁芯的设计参数各异，即各类型的消弧线圈正常工作时其励磁饱和程度各异，因此采用伏安特性曲线进行匝间短路时，往往没有统一的判别标准。结合本行业相关测试经验，常通过对同一设备不同时期的试验数据进行对比来判别设备是否发生匝间短路。本文结合某变电站高短路阻抗变压器式消弧线圈发生的非金属性匝间短路实例对此进行说明。
某110 kV变电站10 kV 消弧线圈采用的是高短路阻抗型，其控制装置从2013 年5 月份开始经常报“滤波异常”故障。厂家说明书中指出“滤波异常”的含义是消弧装置检测到消弧线圈一次阻抗（接地变压器中性点一次电压除以消弧线圈一次侧电流）超出消弧阻抗的范围， 用于检查滤波回路及电压互感器、电流互感器回路是否正常。适时进行了停电现场处理，用继电保护测试仪对电压互感器、电流互感器进行了检查，测量回路没有发现异常情况。就地进行控制柜封板拆除，对所有一次设备外观进行检查，也无异常。故对其进行常规项目的测试，即直流电阻测试、交流耐压试验，其结果符合《电力设备预防性试验规程》的要求，没有发现异常情况。因此决定对其进行绕组的伏安特性曲线测试，其相关试验数据如表一所示，其投入运行前的试验数据如表二所示，两次试验伏安特性曲线如图6所示。
如图6所示，该消弧线圈在发现故障后，一次侧所加电压在60 V ~160V之间测出的伏安特性曲线图与投运前试验数据基本吻合，而当一次侧所加电压大于160V时，其曲线偏离投运前试验得出的伏安特性曲线，存在明显拐点。根据前面所述消弧线圈伏安特性曲线的相关理论，我们可以推断出，当一次侧所加电压大于160V时，一次侧绕组发生了非金属性匝间短路，其残余绝缘在一次侧所加电压为160V时被击穿。
在查阅此消弧线圈相关资料后，我们得知该消弧线圈变比为12:1，在图7所显示的变比趋势图中，我们可以得出当一次侧所施加电压小于160V时，所测得的变比与设计值基本吻合（忽略相关测试误差）， 而当一次侧所加电压大于160V时，变比有明显变化，由初始值12:1变为11.75:1（取平均值），这符合前面所述的消弧线圈一次侧匝间短路相关理论，与采用伏安特性曲线得出的故障诊断结论相符合。至此故障原因查明， 系因为消弧线圈一次绕组出现匝间短路而导致一次交流阻抗降低，于是给出“滤波异常”告警。
5.结论
在实际工作中，必须遵守相关规定进行常规试验。按照Q/CAG114002-2011《电力设备预防性试验规程》、电气装置安装工程电气设备交接试验标准和相关试验规定的要求对消弧线圈进行测试，例如直流电阻、绝缘电阻及交流耐压，并对测试数据和交接试验班数据进行分析，比对消弧线圈的变化趋势。当常规试验方法无法判断时，可通过分析设备结构原理，参照类似设备的故障诊断方法，找出行之有效的方法，综合分析试验数据，正确判断出设备故障类型。
参考文献：
[1]辜承林,陈桥夫.电机学[M].华中科技大学出版社,2005.
[2]董其国.电力变压器故障与诊断[M].中国电力出版社,2000.
[3]陆国庆，姜新宇，欧阳旭东等. 高短路阻抗变压器式自动快速消弧系统. 电网技术，2000.
论文作者:付正源
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/1
标签：弧线论文; 绕组论文; 变压器论文; 电压论文; 阻抗论文; 故障论文; 特性论文; 《电力设备》2017年第9期论文;