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变压器绕组变形分析

【摘 要】 应用频率响应法对大型电力变压器进行绕组变形测试和诊断，是对电力变压器一种十分有效的试验方法和检测手段。通过检测和诊断变压器绕组变形，及时了解和掌握变压器的正常状况，对预防变压器事故发生和保障电网安全稳定运行有重大的意义。
【关键词】 变压器 绕组变形 频率响应法

1 前言
变压器是电力系统中最重要的设备之一，变压器在运输过程中遭受意外碰撞和冲击，在运行中承受故障状态下的冲击电流均会使变压器的绕组和机械结构受到机械应力的冲击，导致绕组一定程度的变形，运行中造成事故。
由于绕组变形对变压器和电力系统运行的严重危害性，而以往的试验方法又不能有效发现这类缺陷，只能通过吊检来验证，这不仅要花费大量的人力物力，而且对变压器本身也有一定的危害性；况且在现行的电力系统运行情况下，大型变压器的长时间停电也是很困难的。因此能在现场不吊罩情况下快速测量绕组内部变形的频率响应法提出后，得到国内外有关部门的重视并积极开展这方面的研究工作。

2 变压器绕组变形试验的基本原理及诊断方法
2．1变压器绕组变形的基本原理
该试验所采用的方法为频率响应法，其测试原理如图1.1 所示。在变压器绕组的一端加入扫频信号VS，输出不同频率的正弦波电压，通过数字化记录装置同时检测不同扫描频率下绕组两端的对地电压信号Vi(n)和Vo(n)，并对数据进行处理，得到变压器的传递函数H(N)=20lg[Vo(n)/ Vi(n)] ，单位：dB

被测变压器绕组
H(N)=Vo(n)/Vi(n)

Vi(n) Vo(n)

图1.1 频率响应分析法测试原理
频率响应法是利用精确的扫频测量技术，通过测量变压器各个绕组的频率响应特性变化，并对测试结果进行纵向或横向的相关性比较，即相当于比较变压器绕组的结构特性“指纹”图。如将变压器遭受短路冲击后测得的各个绕组的频率响应特性与原始图谱（或短路前测量的图谱）比较，并综合考虑变压器的运行情况，如是否经受近区短路冲击、短路电流大小等，从而诊断绕组是否存在变形。在进行变压器绕组变形试验过程中，我们发现频响法具有很高的灵敏度。
图1.2为变压器绕组变形测试原理图。第一个谐振峰是由Cb与整个线圈的电
感L所决定的，即有 由于L是固定值，因此Cb越大，则第一谐振峰的频率f1越小。

图1.2变压器绕组变形试验原理图
图中：Cs为串联的饼间电容；Cg为对地电容；
Cb为套管对地电容；Ls为线圈电感
2．2 变形试验能检测出变压器短路故障后所存在的缺陷
变压器在运行中，当系统短路故障发生在变压器的近区范围或发生在变压器任何一侧绕组的出口时，变压器将会遭受到故障短路电流的冲击，并会引起变压器绕组变形，严重时将直接引发变压器内部故障。变压器绕组的变形主要取决于作用在变压器上的故障短路电流的大小、类型和作用时间，变形试验能非常灵敏和有效的检测出存在严重变形缺陷的变压器。
2．3 绕组变形的诊断方法
图谱之间的相互比较，主要是对比各谐振峰的移动情况。而幅值的变化，特别是高频部分，由于易受外界因素的影响，在判断时相对只起参考作用。
首先对同侧的三相绕组的频响特性曲线进行比较，如果曲线相似程度较好，谐振峰基本重合，则判断不存在绕组变形。
三相绕组间的相似性不好，则与原始图谱比较。若两次测量结果接近，可判断绕组无变形。如无原始图谱，则应与同型号同厂家同批次的变压器的测量结果比较。
当频响特性曲线低频段（0.5kHz～10kHz）的谐振峰发生明显变化时，说明绕组的电感变化造成整体明显变形。因为频率较低时，绕组的对地电容及饼间电容容抗较大，而感抗较小。绕组的电感发生变化，必然导致频率响应特性曲线低频段谐振峰左右移动。对绝大多数变压器而言，其三相绕组低频段频率响应特性曲线较为一致。
当频响特性曲线中频段（10kHz～100kHz）的谐振峰发生明显变化时，在该频率范围，绕组的分布电容和电感均发挥作用，因此根据谐振峰的变化能够较灵敏地反映绕组的局部变化。如果谐振峰左右移动或数目减少或增多，通常可认为绕组发生局部变形现象。对频响特性曲线的分析，重点应放在此频段。
当频响特性曲线高频段（100kHz～500kHz）的谐振峰发生明显变化时，说明绕组的对地电容变化了。频率较高时，绕组的感抗较大，基本被饼间电容旁路，电感变化对谐振峰的影响较小。对地电容的改变（如绕组整体位移或引线对地距离变化等）是造成该频段变化的主要因素。
现阶段，绕组变形诊断仍停留在根据频响特性的变化情况来判断绕组是否变形及变形的严重程度，尚难根据频响特性曲线判断绕组变形的具体部位。今后应加强这方面的研究，并尽快制定变压器绕组变形测试导则。

3 变压器绕组变形测试试验事项
3．1测试注意事项
绕组变形试验是一种较灵敏、较精确的试验，要求试验人员要有较强的责任心和认真的态度。
测量时应拆除变压器套管相连的所有母线，并使其尽可能远离变压器套管，试验人员尽量远离套管，以减少杂散电容的影响。
为了便于相互比较，应按照统一规定的试验接线方式和试验顺序进行测试。
当发现试验结果异常时应首先检查仪器和试验接线，并重复测量一次，前后两次测量结果应相符，确保试验结果的可靠性。
接地线应接地良好，建议用螺母紧固在铁芯接地线上，不可随意缠绕，因为接地线接地不良可能导致测试结果的重复性不好。
测试头与变压器接线头的接触应良好。
绕组变形测试最好安排在所有直流试验项目之前进行，以避免累积电荷的影响。
对于三角型接线的绕组，如果有可能解开，应考虑解开三相分别测量，以提高测量数据的准确度。
3．2变压器绕组初次试验的重要性
通过对不同的生产厂家及型号进行初步的分析，我们发现在众多的厂家中，即使是同一型号、同一批生产的变压器，其波形并不象其他厂家一样，即第一次的现场测试的结果为以后变压器检修后测试结果的分析比较十分重要的。
3．3总结测试结果十分必要
通过近段时间的总结，归纳出不同生产厂家的波形特征，相对而言，不同型号之间的差别，远没有不同厂家之间的差别明显，有时候甚至可以忽略。由于此项工作对变压器的变形程度、能否继续运行没有一个标准，更多的是依据经验来判断，因此这三年的主要分析工作仍处于总结经验阶段，对各种不同厂家、型号的变压器图谱进行归类，找到其主要的特征，为以后的深入分析作准备。

4 变压器绕组变形测试实例
220kV兴南变1#主变压器是济南西门子变压器有限公司的产品，2005年1月生产，型号：SFSZ-180000/220，电压：220±8×1.25%/117/10.5kV，结线组别：YNyn0d11,下列为现场绕组变形测量的波形图：

图3.1 兴南变1#主变高压绕组变形测量波形图

图3.2 兴南变1#主变中压绕组变形测量波形图

图3.3 兴南变1#主变低压绕组变形测量波形图
5 结论
绕组变形测试作为一种对变压器新的检验手段，可以及时有效地发现变压器由于受短路冲击后造成的绕组变形缺陷，并通过及时的吊检和大修，避免重大事故的发生。
变压器绕组变形测试今后的主要方向是建立波形的分析软件及数据库，重点对曾经发生过出口短路的变压器作深入分析，为变压器安全运行及开展变压器状态检修工作提供依据；加强与国内外单位的联系与交流，吸取同行成功的经验；积极了解该项技术的最新发展情况，不断提高自己的分析判断水平。

【参考文献】
[1]《电力变压器变形测量与分析》，梁江东、李建建，武汉高压研究所。
[2]《电力设备预防性试验方法及其诊断技术》，陈化刚，中国科学技术出版社。
[3]《电力设备预防性试验规程》(修订稿)。
[4]《电力设备交接试验规程》(讨论稿)。
[5]《绕组变形试验仪说明书》，doble公司。

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