原创：一起220kV变压器低压绕组介损及电容量异常分析 湖北电力公司何金海

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（国网黄石供电公司，黄石，435000）

摘要：变压器试验中，本体电容量及 tan δ 是变压器状态判别的重要参考量。文中针对某220 kV 主变由于铁心经小电阻接地引起低压绕组tanδ超标的案例，通过建立介质损耗等值电路和变压器绝缘等效电容图，分析了产生异常数据的原因。说明根据变压器绝缘等效电容图进行理论计算，可以较准确地分析变压器线圈电容量超标原因，为排查缺陷提供依据。

0 引言

变压器电容量与介质损耗正切角 tan δ的测试值可以灵敏地发现油浸式电力变压器整体是否受潮、油或纸绝缘是否劣化，并可以作为判别变压器绕组是否变形的辅助手段，查找变压器电容量与介质损耗正切角数据超标原因，需要依据变压器自身结构、试验历史数据、变压器等值电路参数、变压器油色谱等进行综合判断，依据变压器绝缘等效电容图进行理论计算，可以较准确的查明缺陷的大致部位，为排除隐患提供理论依据，本文针对某 220 kV主变低压绕组tan δ超标，依据该变压器绝缘等效电容图进行理论计算、并结合现场试验，成功查明数据超标原因为变压器铁心经小电阻接地。

1主变试验过程及试验数据

某变电站220 kV主变型号为 TAUTH-120000/220，生产厂家为乌克兰扎波罗热变压器股份公司，额定电压220±8× 1.25％/121/11 kV，额定电流 315/573/3150 A，连接组别 YN，yn0，d11。试验时环境温度 23 ℃，环境湿度 70％，主变上层油温 35 ℃，有载调压开关在第一档位。

介损及电容量测试时，发现低压对高、中及地介损异常，介损数据如表 1 所示

表 1  介损及电容量试验数据

测试部位	Cx/pF	tan δ%
高-中低地	15950	0.3
中-高低地	24130	0.29
低-高中地	28910	1.5

低-高中绕组及地介质损耗为1.5％，根据《输变电设备交接与状态检修试验规程》等标准的要求，低-高中地绕组介损数据不合格（规程值介损警示值为0.8％）。

2故障查找过程

本试验“高-中低地”、“中-高低地”的试验数据正常，因此重点怀疑低压与铁心间的绝缘存在问题。

变压器中影响低压线圈介损及电容量的部位和部件，主要是低压线圈与中压线圈铁心间的绝缘结构，因此在现场增加了“低压绕组-外壳、铁心”、“低压-外壳、铁心、夹件”、 “低压绕组-铁心”的电容量与介质损耗测量，其测试结果如表2所示。

由表 2 可见“低压绕组-铁心”介质损耗数据异常，高达38%，并且“低压-外壳、铁心”和“低压-外壳、铁心、夹件”介质损耗均偏大，可初步判断低压介损偏高与铁心有关。所以重点对铁心回路进行排查，并最终发现了数据异常原因。通过现场

查找，发现该变压器铁心经小电阻接地。

表2 铁心相关部位介损及电容量测试数据

试验部位	接线方法	Cx/pF	tan δ%
低-外壳、铁心	反接线，低压加压10kV，中压、高压、铁心悬空，夹件接地	20580	2.11
低-外壳、铁心、夹件	反接线，低压加压10kV，中压、高压悬空，铁心、夹件接地	20660	2.9
低-铁心	正接线，低压加压10kV，铁心接信号线，高压，中压接地	11940	38

图1 变压器铁心经小电阻接地

将该变压器铁心直接接地后，重新进行变压器常规试验，其全部试验数据合格，其中整体电容量与介质损耗数据如表 3 所示。

表 3  介损及电容量试验数据

测试部位	铁心直接接地		铁心经电阻接地
	Cx/pF	tan δ%	Cx/pF	tan δ%
高-中低地	15950	0.3	15950	0.3
中-高低地	24130	0.29	24130	0.29
低-高中地	29010	0.29	28910	1.5

对比表 1 和表 3 可知，“低-高中绕组及地”的介损数据合格，“高-中低绕组及地”和“中-高低绕组及地”的数据无显著变化即说

明在本例中，在进行介损及电容量试验时铁心是否接地对低压线圈的影响是巨大的，而对高中压线圈影响微小。

3数据异常分析

3.1等值电路分析

以低压绕组-铁心正接的试验数据为例，分析铁心经电阻接地对地压绕组介损的影响。低压绕组-铁心正接的等值电路如图2所示。

图2 低压介损等值电路

等值电路的向量图如图3所示。

图3 低压介损等值电路向量图

图2和图3中C表示低压绕组-铁心的电容，r表示低压绕组-铁心的电阻，R表示铁心串联接地的电阻，Ic为经过电容的电流，Ir为经过电介质等效电阻的电流，I_R为经过铁心接地电阻的电流，U1为电介质两端电压，U2为铁心接地电阻两端电压，U为总电压。

δ₂为铁心串入电阻后的介质损耗角。

由于电介质等效电阻r非常大，图2可等效为图4。

等效后的介质损耗计算公式如式1所示。

tanδ₂=U2/U1=ωCR         (1)

代入试验数据，tanδ₂=38%，C=11940，求得R=10kΩ，而串入的电阻正好为9.1kΩ，计算数值比实际电阻值大是因为忽略了电介质中的电阻。根据以上理论分析，可判断此电阻为造成低压介损超标的原因。

3.2应用等效电容图分析数据异常原因

变压器主绝缘等效电容图如图5所示。

图 5 中，C_HE为高压绕组对箱体电容；C_HT为高压绕组对铁心电容；C_HM为高压绕组对低压绕电容；C_HD为高压绕组对铁轭及夹件电容；中、低压绕组相关部位电容量命名原则与此一致；C_TE为铁心对箱体电容；C_TD 为铁心对铁轭等接地部件电容；R为铁心串入的小电阻。根据图5将表1表2表3数据进行整理，得到表4。

表4 电容及介损试验实际测试回路表

铁心接地方式	试验部位	tan δ%	Cx/pF	等效电容组合
直接接地	高-中低地	0.3	15950	CHT+CHE+CHM+CHD
电阻接地	高-中低地	0.3	15950	CHT+CHE+CHM+CHD
直接接地	中-高低地	0.29	24130	CHM+CME+CMT+CML+  CMD
电阻接地	中-高低地	0.29	24130	CHM+CME+CMT+CML+  CMD
直接接地	低-高中地	0.29	29010	CML+CLD+CLE+CLT
电阻接地	低-高中地	1.5	28910	CML+CLD+CLE+CLT
电阻接地	低-外壳、铁心	2.11	20580	CLE+CLT
电阻接地	低-外壳、铁心、夹件	2.9	20660	CLD+CLE+CLT
电阻接地	低-铁心	38	11940	CLT

由表4可知铁心是否串入电阻对于“高-中低地”和“中-高低地”介损和电容量无影响，这是由变压器结构造成的，因为高压线圈在最外，中压线圈在中间，低压线圈在内部，只有低压线圈和铁心间形成了电容，所以C_HT和C_MT几乎为零。

当铁心经电阻接地时，低-高中地的电容量略微减小，这是因为铁心串入电阻导致C_LT减小，所以C_ML+C_LD+C_LE+C_LT减小。

根据表4：

C_LT=11940pF，

C_LE+C_LT=20580pF，

C_LD+C_LE+C_LT=20660pF

可算得低压绕组对铁心的电容为11940 pF，低压绕组对地的电容为8640pF，低压绕组对夹件的电容为80pF。所以低压绕组-铁心的电容最大，即铁心串入电阻对“低-高中地”介损的影响很大，及其容易因为铁心串入电阻造成“低-高中地”的介损超标。

4 低压介损超标检查方法

根据以上分析，与低压绕组有关的电容为C_ML、C_LD、C_LE、C_LT。今后在现场测得的低-高、中及地的介损超标时，可采用以下方法判断故障具体位置。

4.1低-外壳的反接

此方法检查低压绕组-外壳间的电容量和介质损耗。

接线方式：反接。

表5低-外壳的介损接线方式

高压绕组	中压绕组	低压绕组	铁心	夹件	外壳
悬空	悬空	加压	悬空	悬空	接地

4.2低-中的正接

此方法检查低压绕组-中压绕组间的电容量和介质损耗。

接线方式：正接。

表6低-中的介损接线方式

高压绕组	中压绕组	低压绕组	铁心	夹件	外壳
悬空	信号线	加压	悬空	悬空	接地

4.3低-铁心的正接

此方法检查低压绕组-铁心间的电容量和介质损耗。

接线方式：正接。

表7低-铁心的介损接线方式

高压绕组	中压绕组	低压绕组	铁心	夹件	外壳
悬空	悬空	加压	信号线	悬空	接地

4.4低-夹件的正接

此方法检查低压绕组-夹件间的电容量和介质损耗。

接线方式：正接。

表8低-夹件的介损接线方式

高压绕组	中压绕组	低压绕组	铁心	夹件	外壳
悬空	悬空	加压	悬空	信号线	接地

由于低压绕组-外壳、低压绕组-中压绕组、低压绕组-铁心的电容量较大，因此重点检查这三部分的电容量和介质损耗。由于低-夹件的电容很小，此部分的介质损耗对总介质损耗影响很小。

5 结论

（1）为了防止铁心多点接地，有些国外生产的变压器的铁心采用经电阻接地的方式。对这种变压器做介损试验时，如果忽略了变压器铁心经电阻接地，会使所测得的低压介损增大很多，而这种假象下给出的绝缘数据，将导致对被试品绝缘状况的误判断。

（2）变压器等效电路理论计算法并结合现场测试，可以较准确地查找各种变压器电容量、介质损耗超标原因、缺陷部位，为电气试验提供理论依据。

（3）可采用低压绕组-铁心的正接法，测得低压绕组-铁心的电容和介质损耗，进而根据公式估算出串入的电阻值。

（4）当出现低压介损超标时，可采用本文提出的测试方法，判断具体故障位置。

何金海，国网黄石供电公司电气试验班班长，毕业于国网电力科学研究院，师从杨迎建导师，具有丰富的一线生产经验。该班组具备独立开展220kV及以下变电站一次设备交接、诊断试验能力，先后荣获国网公司先进班组，省公司标杆班组、一流班组等荣誉称号。