电力变压器绕组变形及测试方法分析

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摘要：电力变压器绕组轴向或径向变形会对其安全稳定运行产生重大影响，严重时会导致恶性放电事故，因此对大型变压器绕组变形原因分析和测试是一个重要课题，文章通过对变压器绕组在机械力或电动力作用下可能发生轴向或径向尺寸变化的表现形式、产生原因及测试方法进行了阐述详细介绍了绕组变形的测试方法，对变压器的运输、安装、运行有借鉴意义。

关键词：电力变压器；绕组变形；测试方法

1概述

变压器在电力系统中起着至关重要的作用，它利用电磁感应原理，把输入的交流电电压升高或降低为同频率的交流电输出，当电压升高时，有利于电能传输，降低损耗，提高经济性；电压降低时，为用户提供方便可利用的电能，满足用户需求。大型电力变压器一般为油浸式，主要由器身、油箱、冷却装置、保护装置、出线装置组成，器身是核心部件，铁芯、绕组、绝缘结构、引线、分接开关集成在器身本体外壳内，外壳内充满变压器油，起到散热和绝缘的作用。电力变压器在运输、检修、运行过程中，遭受机械外力、电动力时，可能导致绕组发生变形，变压器绕组发生变形后继续运行属于带隐患运行状态，当发生线路过电压或短路电流冲击时，诱发放电故障，甚至发生短路现象，造成电网事故。因此，在变压器交接试验和预防性试验时加强绕组变形测试十分必要。

2绕组变形原因分析及预防措施

2.1绕组变形原因

（1）变压器绕组受外力冲击。新出厂的变压器在运输、就位、安装过程中，不可避免的要受到外力影响，例如，运输、就位时发生碰撞或较大幅度倾斜；安装时内部钻检或吊罩检查，工器具、机械的碰撞等，都将导致绕组发生损坏和变形现象。（2）运行过程中受短路电流冲击。短路电流冲击是导致变压器绕组变形的主要原因之一，特别是在近变压器本体短路，绕组经过的短路电流数值很大，使其遭受巨大的电动冲击力，由于电流的热效应，导致绕组温度迅速升高，导线的机械强度迅速下降，最终将导致变压器绕组发生变形。（3）保护系统存在死区或动作失灵。变压器配有二次保护系统，当故障发生时，保护动作，切除故障，避免事故进一步扩大，但有时保护存在死区或保护拒动，不能立即切除故障，使变压器长时间受到短路电流作用，最终导致绕组发生变形直至烧毁。（4）自身缺陷。变压器绕组由于自身设计、制作的缺陷，当发生短路故障时，承受力差，在短路电流冲击下，将导致绕组发生变形。

2.2变压器绕组变形的防范措施

变压器绕组尺寸发生变化后，一般不会立刻发生事故，但变形部位的绝缘已破坏减弱，当再次受到过电压或短路电流冲击时，极易造成绝缘击穿，引发事故；即使在正常运行情况下，也有可能因为变形，局部放电加剧，长时间作用而导致绝缘击穿，引发突发事故。因此，变压器在制造、安装、运行过程中，要对绕组进行严格把关和测试，尽量减少因变压器绕组变形引发的电力系统事故。（1）变压器设计时，充分考虑运行环境、电网短路电流参数等各种因素，提高变压器抗短路能力。绕组缠绕由熟练的技术工人进行，保证绕组的间隙、松紧度一致。（2）变压器运输时，本体加装三维冲撞记录仪，以检测运输过程中是否受到外力冲击。运输时速、道路坡度应严格执行厂家技术要求，特殊地理位置安装的变压器，采购时应明确告知当地的交通运输情况，以便厂家采取相应措施，以便满足运输要求。（3）变压器的保护系统应该完善，不留死区，目前220kV及以上电压等级变压器，一般配置两套不同原理的保护装置，确保发生故障时，能够快速动作，切除故障。

3绕组变形测试

变压器绕组发生变形后，通过绝缘油的试验和耐压试验很难发现，因此有针对性的对变压器绕组进行变形测试，能够较准确的判断绕组是否变形和变形的程度，从而采取相应措施，为变压器安全稳定运行提供保障，减少系统故障。变压器绕组变形测试方法目前主要有三种：频率响应法、低电压短路阻抗法和综合测试判断法。

3.1频率响应法

利用电压频率调节试验设备，对变压器每一绕组的单端施加一系列特定频率的信号，依次测量其响应端电压U2和激励电压U1，获取其幅频响应曲线，即：F（f=l0kHz～1MHz）＝201g（U2/U1），通过该曲线形态分析判断绕组变形状态。对于星形接线的变压器绕组依次测量OA，OB，OC的频率响应特性，对于三角形接线的绕组依次测量AB，AC，BC的频率响应特性。中性点引出变压器测试接线示意图如图1所示。

3.1.1绕组变形判据中、低频部分（10～500kHz）的频响曲线中谐振点变化可以灵敏地反应变压器绕组断股、鼓包、扭曲、饼间错位等变形情况；高频部分（500kHz以上）能反应出绕组的位移情况。对于110kV及以上电压等级变压器频响曲线的高频部分，由于影响因素较多，在进行判断时，应重点注意中、低频部分，高频部分作为必要时的参考。

3.1.2变形程度判断变压器绕组发生变形后，还需要判断变形程度。变形程度按上述定义划分为正常绕组、一般变形、严重变形三种，见表1。

3.1.3测试时注意事项（1）测试变压器绕组的频率响应特性时应确保每次测试时分接开关均处于同一位置（一般选额定分接），以便对试验结果进行前后对比。（2）变压器套管母线对地杂散电容是不固定的，为得出准确的测试结果，测试时，变压器应与电网完全脱离。（3）为防止变压器绕组中静电电荷损坏测试仪器，绕组变形测试需在直流试验项目之前进行，如已进行相关直流试验项目，必须对绕组进行充分放电。（4）测试时使用专用的测试线缆，并且与变压器绕组可靠连接，减小接地电阻。（5）测试时，试验仪器应可靠接地，应联接在变压器铁心接地处，接地线尽可能短且不应缠绕，试验电源应采取增加隔离变压器的措施。

3.2低电压短路阻抗法

当负载阻抗为零时，变压器的电抗分量就是绕组的漏电抗，由绕组的几何尺寸决定，当变压器绕组发生变形后，会引起短路阻抗值的改变。

3.2.1测量原理漏电感Lk的大小与绕组位移、变形相关；短路阻抗Zk、短路电抗Xk都是Lk的函数；对一台变压器而言，当绕组发生变形、几何尺寸发生变化时，会引起Lk的变化，因此，对Zk、Xk相应的变化量进行分析判断可以得知反应绕组变形的情况。

3.2.2变形判断变压器绕组之间、绕组内部与油箱之间的空间等是变压器漏磁通的通路，当变压器绕组发生故障后，漏磁磁路可能发生变化，磁路的变化直接影响漏磁大小，具体如下：（1）当短路阻抗的变化量为正偏差时，说明两绕组间的漏磁空道变大，可以判断两绕组间的距离变大。（2）当短路阻抗的变化量为负偏差时，说明两绕组间的漏磁空道变小，可以判断两绕组间的距离变小。变压器的漏磁电抗可以反映出绕组的变形、位移及匝间短路等情况。变压器在运输过程中和投运后，很可能受到机械力和电动力冲击，通过测量冲击前后短路电抗值的变化，可以判断绕组是否发生变形。

3.2.3测试时注意事项（1）测试时，一般低压侧短路，高压侧加压，这样试验电流小，容易满足条件，并且测量的高压侧阻抗电压数值大，相对准确。（2）铭牌上的短路电压Uk%是75℃时的计算值，现场测试时温度达不到75℃，结果往往比铭牌值小，必要时进行换算。（3）分接位置对测试结果有较大影响，测试时，一般置于最高分接位置，以便测试结果与历史数据进行比对。当变压器铭牌或出厂试验报告中，明确了短路阻抗值测试时的分接位置，后续测试应处于同一分接。

4结论

频率响应法测试变压器绕组变形试验仪器简单、易操作，灵敏度高，但该方法是采用高频弱电测试方法，测试结果容易受到外界因素干扰，对历史数据依赖性高，没有历史数据将无法进行纵向比较，同时每次测试时尽量采用同厂家、同型号仪器进行。低电压短路阻抗法测试受外界影响小，数据可信度高，具有简洁明确的诊断标准，对测试仪器依赖性低，但试验设备笨重，试验重复性差，同时不能准确判断绕组变形具体位置。针对两种测试方法的优缺点及近些年的应用经验，目前110kV及以上变压器交接试验、预试时均采用两种方法测试，留有原始数据，以便发生短路事故时，能够更准确的判断变压器绕组变形情况，为变压器安全稳定运行提供依据。

参考文献：

[1]国家电网公司.十八项电网重大反事故措施[Z]．

[2]中华人民共和国电力行业标准.DL/T911-2004．电力变压器绕组变形的频率响应分析法[S]．

[3]雷蕾.电力变压器绕组变形的诊断[J].通信电源技术，2018（12）：212-213.

作者：刘英环 单位：中国电建集团河北工程有限公司