李勇新
（广东电网有限责任公司河源供电局 广东河源 517000）
摘要：文章对一起发生在运行中变压器异响存在的问题进行分析，指出了异响的原因，并提出了变压器后续运行的一些改善建议。
关键词：变压器；异响；谐波电流
1.引言
变压器是变电站中最关键的设备之一，是供电系统的心脏，如果发生缺陷将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响，因此，变压器的运行是对安全、可靠、优质、经济运行的重要保障，必须确保变压器零缺陷和零事故的发生，但由于变压器结构复杂、安装工艺要求高，长期运行，变压器多少会存在一些问题，为此，当变压器出现异常情况时要以最快的速度查明原因并及时处理，并制定防范措施，现就以一起运行中变压器异响所存在的问题进行分析。
2.实例介绍
我局某110kV变电站#3主变于2016年7月扩建投运，目前#3主变仅供35kV钢铁Ⅰ线317开关、钢铁Ⅱ线312开关，均为钢铁厂用电负荷，长期存在过负荷运行情况，其中2018年11月份#3主变变中最大负荷电流为1502A，其额定电流为944A，最大负载率159%；同时，运行人员巡视期间发现#3主变本体运行中会发出较大的间断性异响，异响类似从变压器本体内部传出金属摩擦声。
为了判断#3主变是否健康运行和分析引起主变异响的原因，主要进行了以下分析检查工作：
1）检查主变外部件螺丝是否因松动、运行振动导致异响。经过检查分析，初步排除外部夹件及螺丝松动造成异响；
2）针对#3主变中压侧仅供钢铁Ⅰ线和钢铁Ⅱ线，均为钢铁厂用电负荷。对#3主变35kV母线进行负荷和电能质量监测分析，同时记录现场主变异响发生的时间段。通过对比分析负荷特性曲线、电流总谐波畸变率曲线和主变异响时间记录表，发现主变发生异响的时间和电流总谐波畸变率曲线存在相对应关系，当电流总谐波畸变率小时，主变不存在异响；电流总谐波畸变率大时，主变存在异响，如图1标识所示。初步结论为主变异响是由谐波电流引起的；
3）为了确保主变安全运行和验证异响是由谐波电流导致的，进一步做了以下工作：停电对#3主变本体预防性试验，判断主变本体是否健康；对#3主变停电预试期间，把#3变中负荷转#2主变供，观察#2主变是否有同样的异响。转供负荷过程中，如果#2主变存在同样异响声，则验证以上结论正确性。
3.原因分析
2018年11月9日11：30-15：30在现场监测主变异响时间、负荷特性及各项电能质量参数，图1为负荷特性曲线、三相电流有效值、三相电流总谐波畸变率曲线和主变异响时间记录表，现场主变异响信息采集时间点如表1所示。
图1中用绿色虚线和黑色虚圆圈标识出的时间区间对应#3主变运行正常（无异响），从图1中能发现特点，现场记录主变正常运行时间区间均对应电流谐波畸变较小时间区间。数据表明：谐波电流畸变率小，主变正常运行无异响。可以初步判断主变的异响是由谐波电流造成的。
为了进一步验证所供负荷谐波电流造成#3主变异响，申请对主变停电预试，在#3主变停电预试期间，同时把#3主变之前所供负荷转供给#2主变，由#2主变供钢铁负荷，#2主变运行期间发出同样的异响声音，验证了谐波电流引起主变异响。
谐波电流大，易导致变压器导磁材料饱和，特别是对于变压器壳体内磁屏蔽材料，高频谐波电流可能引起导磁材料磁致伸缩，从而产生噪音；同时，磁屏蔽边缘的电磁吸力也会引起磁屏蔽边缘的振动产生噪音。
图1 负荷曲线、电流谐波畸变率及异响对应关系
4.绕组形变分析
众所周知，负荷突变过程中的电流畸变最为严重，对变压器本体造成的冲击最大。绕组中的电磁力与负荷电流的二次比成正比，其频率为电源频率的2倍。为判断主变本体是否健康，在#3主变停电期间，对其进行了绕组变形测试，从图1负荷曲线可知，#3主变供的负荷为短期冲击性负荷，波形类似周期性矩形波，冲击电流大且频繁，对变压器本体夹件及内部绕组都有一定冲击作用。
停电预试过程中，对主变外部夹件和螺栓进行全面检查，发现部分夹件和螺栓有松动迹象，分析原因是由主变运行过程中强烈振动导致部件松动。
图2为主变高压绕组频率响应特性曲线，在低频段主变变高绕组一致性相关系数偏小，各项参数如表2示，表明高压侧绕组可能存在形变（主变绕组绕制：变低绕组在内层，变中绕组在中层，变高绕组在外层）。其余油化色谱分析、套管介损、绕组直阻、绝缘等试验结果均为合格。
图2 高压绕组频率响应特性曲线
5.后续运行改善建议
初步确认引起变压器异响的原因后，对后续主变压器的运行提出了一些改善建议：
1）针对用户注入公共连接点的各次谐波电流值远超国标规定值，由此引发#3主变运行异响，影响安全运行；长时间和短时间闪变值国标规定限值≤1，超出国标规定10倍左右，严重影响其他正常用户用电。建议钢铁负荷用户侧应加装配置动态无功补偿设备，无功就地治理，减小对电网谐波污染；
2）各次谐波电流值超标，容易导致变压器铁芯磁路饱和，使主变输出的额定容量下降，在用户端未治理谐波前，建议#3主变应降容量使用。调取本年度#3主变11月份变中最大负荷电流为1502A，其额定电流944A，最大负载率为159%，把高次谐波电流加速对主变铁芯磁路饱和的影响考虑进去，主变实际最大过载要大于1.59倍；
3）高次谐波电流和基波电流的叠加，电流波形畸变，形成尖波。电流尖波对变压器的绝缘损伤危害最为严重，加速主变绝缘老化，建议缩短#3主变化学试验周期，监测内部有无局放；同时，针对#3主变供的都是冲击负荷，周期内受的电动力大且频繁，易造成外部夹件及主变绕组形变，建议缩短检修及预试周期，把绕组形变纳入必试项；
4）后续主变选型，需要纳入主变所供负荷特性作为选型的参考因素，例如有冲击性负荷的，应选择抗短路能力强的主变。
6.总结
本起变压器异响的故障处理经过监测、试验及检查分析，最终查找到故障原因并给出了后续运行的改善建议，但由于用户侧加装配置动态无功补偿设备可能需要一些时间，在这期间，主变压器还需继续承受负荷的冲击。因此，现场运行管理人员要加强巡视，做好设备运行状态评价和风险评估，提级制定运维方案，及时了解和掌握设备的运行情况，力争把影响设备运行的因素尽快消除，保证系统的安全稳定运行。
参考文献
[1]何平，文习山；变压器绕组变形的频率响应分析法综述【J】；高电压技术；2006年05期
[2]施敬；风电场主变压器异响故障原因分析及处理【J】；内蒙古电力技术；2012年06期
论文作者:李勇新
论文发表刊物:《河南电力》2018年16期
论文发表时间:2019/1/24
标签：电流论文; 绕组论文; 谐波论文; 变压器论文; 负荷论文; 畸变论文; 本体论文; 《河南电力》2018年16期论文;