变压器绕组变形试验方法及现场应用

变压器绕组变形试验方法及现场应用

周阳

广州粤能电力科技开发有限公司 广东广州510000

摘要：变压器绕组变形的危害巨大，而定期的绕组变形试验是评估绕组状态的重要手段。本文就绕组变形的成因以及常用的绕组变形试验方法作介绍，并结合现场的实际案例来说明频率响应法在实际应用中须注意的地方，以供广大试验从业者参考。

前言

变压器在电力传输中占据着重要的地位，而变压器绕组更是其关键，变压器的安全运行关系到整个电网的安全运行，而常见的变压器故障——绕组变形，则严重地危害着电网系统的安全运行。当变压器绕组在外力或强大的电动力等原因的作用下发生了严重的形变，若未及时发现，而继续投入使用，会引起绕组的短路，最终导致变压器过热直至变压器所有组件全部损毁，甚至引起变压器的爆炸。

所以为保障电网安全，无论是在变压器交接还是在运行停电期间，对变压器进行定期的试验，判断其绕组状况是非常有必要的。

1造成绕组变形的原因

常见的造成变压器绕组变形的原因有以下几种：1）变压器在运输途中或者安装过程中遇到强烈的颠簸或严重的撞击，有可能会使变压器绕组发生变形。2）在变压器运行期间，由于雷击或者操作过电压等因素从而遭受到过电压或者短路，当绕组中通有电流，绕组内部会产生漏磁通，在超出变压器设计的短路电流和漏磁通相互作用下，变压器绕组则会受到超出设计的电动力作用，使得其在轴向和径向发生不同程度的拉伸或者压缩形变。3）变压器保护系统故障或者失灵，导致发生短路时系统不能快速的识别并采取保护措施。短路电流会造成绕组表面的绝缘过热，长此以往，绝缘层被破坏，机械性能逐渐下降，如未及时发现，在长期的短路电流积累作用下，变压器绕组也会受到破坏而产生形变。

2绕组变形主要的试验方法

针对如何有效地判定变压器绕组变形，国内外在这方面开展了研究，已经积攒了许多的经验，并总结得出几项主要的判定方法，主要有以下几项：1）短路阻抗法2）低电压脉冲法3）在线监测振动法4）电容量比较法5）频率响应分析法（FRA）6）超声脉冲反射法。除了以上的检测方法还有一些在线监测手段在这就不做介绍，而在我们进行变压器交接和预防性试验中，常用到的检测方法包括短路阻抗法、电容量比较法和频率响应法，通过这几项试验能够对变压器绕组的状态进行有效的评估，就实际工作中常用到的试验方法作以下介绍。

2.1短路阻抗法

当变压器负荷侧短路，从变压器输入测测得的等效阻抗即短路阻抗，其反映了绕组间和绕组对油箱的感应磁势，由电阻和电抗组成，对于大型变压器来说，电抗占据短路阻抗的主要部分。这部分电抗值主要取决于变压器的几何尺寸以及绕组相对于箱体的几何位置。当绕组发生变形，绕组几何尺寸即其在箱体中的位置发生改变，漏抗也随之改变，则相应测出的短路阻抗及负载损耗值也会发生改变。在DL/T 596-2021《电力设备预防性试验规程》中对短路阻抗有规定，短路阻抗纵比相对变化绝对值不大于：1）≥330kV：1.6%；2）≤220kV：2.0%。通过短路阻抗法能够对变压器绕组变形有个初步的判断，但此法也存在不足：1）对于小型变压器来说，漏抗在阻抗中的占比较大，对测试结果影响也比较大；2）测试结果单一，较依赖于出厂值；3）不同仪器的间测量结果存在差别；4）试验接线对测试结果影响较大；5）测试灵敏度相对于其他方法而言较低，当绕组变形程度不严重时，短路阻抗数值变化不明显。

2.2电容量比较法

与短路阻抗法类似，绕组间、绕组对箱体、绕组对铁心等构件之间存在一定的电容量，变压器出厂时就已经确定了电容值。当绕组收到机械力的冲击或者短路的大电流冲击下，绕组极易发生变形，绕组在箱体中的几何位置和尺寸也会有相应的改变，则变压器的电容值也随之改变。通过定期测试各绕组的介损及电容量，与出厂值或历史测试值进行比较，能够有效的对绕组变形进行判断。电容比较法与短路阻抗法类似，在绕组变形较微弱的情况下，试验的灵敏度较低，但电容比较法操作相对简单，对于存在较大变形的变压器来说试验准确度高。

2.3频率响应分析法

变压器绕组在较高频率电压作用下，可看成是由电阻、电感和电容组成的无源线性双口网络，其特性可以用传递函数来表示。当变压器绕组内部发生形变，其内部的电阻、电容和电感必然发生改变，通过绕组变形测试仪在一端输入一个频率范围为1kHz~1000kHz的正弦扫频激励源，在绕组的另一端接收激励源通过绕组后的响应信号，通过计算机计算可以得到幅频响应曲线，横向和纵向比对曲线的差异可以判断变压器绕组内部是否发生形变。频率响应分析法有着以上两种试验方法所没有的优点：1）精确性高；2）试验结果直观；3）操作难度较低；4）通过对曲线和参数能够对绕组整体和局部的变形有一定的鉴别能力。

以上三种试验方法在实际试验工作中最为常用，也存在各自的优缺点，相较之下，频率响应分析法对于判断绕组变形有着明显的优势，在实际试验工作中可信度更高。

3频率响应分析法实例

频率响应分析法主要是通过横向和纵向比较出厂试验曲线与测试曲线的重合度，以及通过相关系数的大小来判断绕组是否存在变形。但在实际工作中，变压器类型不同、试验人员接线等因素，容易对测试结果产生疑问及误判。

图1及表1是某发电厂高厂变高压侧绕组交接试验时的频率响应曲线及相关系数，变压器为双低压绕组分裂变，连接组别为D d0-d0，额定电压为（20±2×2.5%）/6.3-6.3kV。

图1

表1

表2

通过频率响应曲线可以看出，横向比较了该高压绕组3相在低（0~100kHz）、中（100~600kHz）、高（600~1000kHz）全频段的响应曲线一致性较差，在DL/T 911-2016《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》中给出相关系数参考范围（见表2），相关系数R12、R13、R23（1、2、3分别对应A、B、C）数值偏低，重复几次频率响应试验，试验曲线及相关系数都并未有明显改善。

随后咨询业主，业主向我方提供了该厂变的出厂试验报告，纵向比较了该厂变的出厂频率响应测试曲线，与我方测得到的试验曲线较为一致，可初步判断该厂变在出厂至安装途中并未收到严重的颠簸和撞击。随后咨询了该变压器的厂家，该厂变高压侧3相绕组重合度低是由于分裂变与的双绕组变压器在结构上存在差异，常见的双绕组变压器在结构上相对简单，，而分裂变的绕组绕制工艺更为复杂，三相绕组存在差异性，从而导致了测试曲线三相一致性差。

另外，以下几种情况也会干扰频率响应测试的结果。1）当进行含有平衡绕组的变压器测试前，需将平衡绕组的接地引线解开使其端子悬空，这样变压器的主绕组测试曲线能够更可靠；2）激励和响应的测试引线上的接地线应可靠接地，否则测试曲线易产生整体位移或测试中断，通常可将两端接地夹共同夹至铁心接地铜排上；3）现场若存在电焊、电钻、切割机等作业，测试曲线易产生毛刺，在接线端处接打电话，试验曲线易产生尖峰。

4结语

变压器绕组变形的危害是巨大的，通过试验手段定期对变压器绕组状态进行精确的估量也十分的必要。结合不同的试验方法，以及现场实际的工作经验，全面对变压器绕组进行综合评估和判断，有利于保障电厂、电站乃至电网的安全。

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