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1  引言

    大型電力變壓器是電力系統的樞紐設備，其安全運行直接關系到電力系統的安全與穩定。近年來，發生的多起電網設備重大事故，均對電力變壓器造成短路沖擊。嚴重的短路沖擊會造成變壓器內部線圈扭曲、絕緣層破壞、匝間短路等多種故障，威脅變壓器安全運行。如何通過現有的試驗手段對受沖擊后的變壓器內部絕緣狀態、線圈繞組受損情況進行檢測，對于正確的指引變壓器的檢修，有效地減少設備停電時間具有極其重要的現實意義。同時，對于檢修后的變壓器的檢測，可以對變壓器是否適合重新投入運行、投入后是否存在事故隱患作出判斷。
    本文主要介紹受沖擊后電力變壓器的檢測試驗方法，并對各種檢測試驗方法的優缺點開展了討論。

2  變壓器短路沖擊后的試驗檢測方法

2.1  測量變壓比和直流電阻
    在發生幾萬安培的惡劣短路沖擊時，變壓比測試是一項簡便實用的方法。測量直流電阻可以檢查變壓器繞組層、匝間有無短路現象，測量變壓比可以檢查繞組匝數是否正確，檢查繞組有無層、匝間金屬性短路。測量變壓比和直流電流電阻是傳統的常規測量方法，對變壓器繞組的短路、斷股的現象反映明顯，技術及現場試驗手段均比較成熟，易于試驗人員現場操作和掌握。但是它對于判斷線圈的絕緣層是否存在貫穿性損壞的缺陷反映不明顯。
2.2  頻率響應法
    近年來，廣東電網廣州供電分公司（以下簡稱供電分公司）積極開展使用"頻率響應技術"測量變壓器繞組的頻率圖譜，及"頻率響應技術"的研究和應用的工作。完成了過百臺110kV及以上電壓等級變壓器的"頻率圖譜"普查工作。這些原始圖譜和數據能為檢測故障后的變壓器提供有效的診斷依據。通過對變壓器頻率特性曲線橫向和縱向比較，反映變壓器繞組的整體和局部變形情況。
    頻率響應法測量頻譜特性曲線通過橫向和縱向比較判斷，是一種靈敏度高的方法。根據頻譜特性曲線間的相關系數（即相似程度）可給出繞組變形判斷，特別在10～250kHz頻段的曲線最能靈敏的反映繞組的變形，而且重復性好。不足之處是，到目前為止，頻響法還沒有便于現場應用的量化標準。這無形中對現場測試人員有較高要求。
2.3  空載電流法
    測量額定電壓下的空載電流和空載損失，可以檢查繞組是否存在匝間短路、檢查鐵芯疊片間、穿心螺桿和壓板的絕緣情況。短路發生時，強大的電動力和機械振動力造成變壓器鐵芯緊固狀況發生變化。在變壓器電氣參數上反映為空載電流和空載損耗增大。因此通過對比短路沖擊前后空載電流和空載損失地變化，可對鐵芯的狀況作出判斷。
    但這方法的缺點是：試驗時需要加入額定電壓，對現場操作要求較高。筆者正在研究和探索低電壓下測量空載電流和空載損失的方法和可行性。
2.4  測量局部放電
    變壓器絕緣結構比較復雜，內部電場分部不均。如果設計不當，可能造成變壓器內部局部區域場強過高；制造工藝和材料上存在的缺陷會使絕緣中含有氣泡；運行中和受到短路電動力沖擊及機械振動造成局部開裂出現氣泡。這些因數導致絕緣在外施電壓下發生局部放電。通過檢測分析局部放電的信號，可了解變壓器內部絕緣狀況。
    但此法在試驗過程中對局放量的測量和干擾的抑制等方面技術要求較高，需要在測試設備，測試現場環境及操作人員等方面均要求有較高的技術水平。
2.5  低電壓實測電抗法
    雖然使用"低電壓實測電抗技術"現場應用的時間不長，但從多次事故分析檢測中證明了該項技術具備實用性和有效性。其優點是有明確的量化判據，有行業標準參考。線圈繞組的扭曲、拉伸、壓縮的現象都表現在繞組層、匝間的相對位置變化。實測變壓器的短路電抗是對變壓器繞組相對位置的測量。所以通過測量結果與出廠時實測的阻抗值（銘牌值）比較，可以反映繞組變形的程度。

3  實際試驗檢測方法的選擇

    如何在大型電力變壓器受到短路沖擊后，及時檢測判斷變壓器內部的狀況，特別是絕緣狀況，是現場試驗人員需要解決的首要問題。快速、準確的檢測出變壓器的絕緣狀況，為分析判斷該設備能否及時投入運行，或為現場檢修提供正確指引都十分必要。特別是在目前供電形勢緊張，電力需求缺口較大的情況下，能及時判明故障后設備情況，作出正確判斷，盡快恢復電網正常運行方式，提高供電可靠性具有十分重要的意義。
    通過大量的現場實踐，可發現測量變壓比和直流電阻法、頻率響應法、低電壓實測電抗法、空載電流法和測量局部放電，都能從各自的不同側面反映故障后電力變壓器內部絕緣狀態，存在不同的試驗方法具有不同的針對性的特點。因此在實際的工作中，要利用各自優點，根據故障類型的不同，受沖擊程度的不同，有選擇性地同時采用多種方法檢測，進行綜合比較，互相驗證和補充，較全面的了解變壓器內部絕緣狀況，提高檢測和診斷的準確性。

4  現場試驗實例

4.1  案例一
    2002年7月供電分公司某220kV站#1主變壓器在運行中，由于線路受外力破壞，產生短路沖擊，造成變壓器內部繞組絕緣損壞、匝間短路。采用測量變壓比和直流電阻的方法，發現故障相的直流電阻相間差別明顯增大，故障相的變壓比偏差較大。試驗結論反映變壓器本體存在層、匝間金屬性短路的現象。經返廠吊檢證實檢測結論。
4.2  案例二
    一臺110kV變壓器運行中發生了近端出口三相短路的事故，對其進行繞組變形測試。結果反映低壓繞組B相在頻譜特性曲線中頻段（100～200kHz段）與A、C相出現較大的區別，此段三相的相關系數L（BRTC型設備）達到0.86。諧振峰發生明顯變化，依此可初步斷定繞組發生扭曲和鼓包的變形現象，如圖1所示。

圖1  低壓三相繞組測試

4.3  案例三
    2002年6月供電分公司某110kV站#2主變壓器發生短路事故，測量短路阻抗發現：
    (1)  高壓側9檔的實測阻抗電壓與銘牌值偏差為7.263%；
    (2)  三個單相阻抗實測值之間的最大偏差為2.205%；
    (3)  高壓側1檔三個單相阻抗實測值之間的最大偏差為1.904%。
    由實測數據反映（參考國標GB1094.5-2000《電力變壓器?承受短路的能力》）：
    (1)  三相互比達到2%，是變壓器承受短路電流沖擊前后的電抗值變化上限；
    (2)  變壓器阻抗電壓值與銘牌值偏差為7.263%，已遠遠超過2%的界限。
    通過比較上述測量數據，反映該變壓器繞組三相均發生嚴重變形的現象，如圖2所示。

圖2  低壓繞組變形情況

5  結論

    (1)  頻率響應法測量頻譜特性曲線通過橫向和縱向比較判斷，是一種靈敏度高的方法，而且重復性好，但沒有現場應用的量化標準。
    (2)  低電壓阻抗法測量阻抗電壓與出廠時的阻抗電壓相比較，能有效地判斷變壓器變形情況；也可以測量單相阻抗值進行比較，判斷單相變形情況。它的顯著優點是判據明確量化，各種標準齊備，應用成熟，且易于現場試驗人員掌握。如果前后的短路電抗值變化很小，如±0.2%，只相當于儀表誤差范圍，則認為繞組沒有變形；如果變化很大，甚至超出有關規定標準，如超出±2%，則可認為繞組有顯著變形。
    (3)  空載電流測試是判斷變壓器鐵芯在遭受近區短路沖擊后是否位移的有效方法。
    (4)  變壓比及直流電阻測量是常規簡便、易行的方法，對變壓器繞組顯著變形、匝間短路、繞組斷股等情況不失為一種的判斷手段，能與其它方法互相驗證。