浅谈变压器绕组变形测试

[摘要]变压器绕组变形是威胁电网安全运行的一大隐患。本文介绍测试变压器绕组变形原因及危害，测试原理，总结了频率响应分析法现场应用中的注意事项，并提供频率响应法测试绕组变形的应用实例。

[关键词]变压器 绕组变形频率响应分析法 应用

中图分类号：TM4文献标识码： A 文章编号：

电力变压器在运行过程中不可避免地要遭受各种故障短路电流的冲击。在短路电流产生的强大电动力作用下，可能导致变压器绕组发生局部扭曲、鼓包或移位等永久变形现象，严重时将直接造成突发性损坏事故。绕组发生局部变形以后，即使没有立即损坏，也有可能留下严重的故障隐患。如果一台已经发生绕组变形的变压器继续运行下去，就有可能遇到过电压或短路冲击而发生故障，有的甚至在运行中自行烧毁因此，开展变压器绕组变形测试对变压器的安全运行有着重要的意义，也是我们开展变压器状态检修的必备条件。

广东电网公司江门供电局内通过绕组变形测试就发现运行中的110kV变压器及220kV变压器存在绕组变形，并及时对这些变压器进行了维修和加固改造，消除了事故隐患，取得了显著的效益。

变压器绕组变形的原因及危害

变压器在运行中不可避免地要遭受各种短路故障电流的冲击，变压器绕组将承受巨大的、不均匀的轴向和径向电动应力作用。轴向力主要由于绕组端部的漏磁通和轴向不平衡安匝的磁通引起，径向力主要由于内外线圈之间的轴向漏磁通引起。对双线圈变压器，径向力拉伸外部线圈，压紧内部线圈。内线圈如果受到某种偶然的扰动，作用在线环上的压力产生极小的偏移，则将导致线圈导线局部弯曲，这必然又会进一步增大弯矩，呈现“雪崩式”发展，线圈由圆形变成不规则的梅花状或者鼓包状，完全丧失径向机械强度。当绕组内部机械结构存在薄弱环节，必然会产生绕组变形现象。包括轴向、径向尺寸变化，器身位移，匝间短路及绕组扭曲、鼓包等。变压器绕组许多绝缘故障均是由于绝缘的最初机械损伤造成的。变压器在遭受短路故障电流冲击，绕组发生局部变形后，即使没有立即损坏，也有可能留下严重的故障隐患，例如：

1.绝缘距离发生改变，固体绝缘收到损伤，导致局部放电发生，当遇到雷电过电压作用时有可能发生匝间、砸间击穿，导致突发性绝缘事故，甚至在正常运行电压下，因局部放电的长期作用而发生绝缘击穿事故。

2. 绕组变形后，绝缘状况没有损坏，绕组机械性能下降，当再次遭受短路事故时，将承受不住巨大的电动力作用而发生损坏。这种情况也比较常见，因为许多的变压器并不会只遭受一次短路就损坏，而运行中的变压器可能已经遭受多次短路冲击，机械强度已下降，甚至有轻微变形，但由于常规试验无法检出其内部的变形故障，在大修吊检之前是无法判断其状态的，是严重的事故隐患。常规电气试验及油试反映不出问题，只能通过绕组变形测试的手段才能得出正确的结论。

3. 变压器立即损坏。广东电网公司江门供电局就有一台110kV变压器在遭受近区短路，重合成功后，二十多秒后瓦斯动作，事后检查绕组变形，返厂重绕线圈。

因此，积极开展变压器绕组变形测试工作，及时发现和处理有问题的变压器，有针对性地进行吊检，即可节省大量的人力，物力，对防止变压器事故的发生也有极其重要的作用。

中国南方电网有限责任公司企业标准电力设备预防性试验规程Q/CSG114002-2011明确规定：110kV及以上变压器更换绕组后、主变运行6年或觉得必要时，要进行绕组变形测试。

2、变压器绕组变形测试原理及方法

变压器绕组发生局部的机械变形后，其内部的电感、电容等分布参数必然发生变化，在变压器绕组分布参数网络分析的基础上，变压器绕组可以被看作是电阻、电感、电容构成的无源线性双端口网络。通过测量在不同频率下的响应端电压Uo和激励端电压Ui的信号幅值之比，获得指定激励端和响应端情况下绕组的幅频响应曲线。用频率响应分析法检测变压器绕组变形，是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的差异，判断变压器可能发生的绕组变形 。

3、TDT-6型变压器绕组变形测试系统及其分析方法

该测试系统是采用频响法诊断变压器绕 组变形的。其原理显通过计算机管理和控制，由扫频电压发生器依次输出不同频率的正强波电压信号Vs(f)到变压器骁组的一个端子上，然后通过双通道检测单元纪录绕组两端上的电压信号Vi(f)和Vo(f)，并作相应的数字化处理，得到其在不同扫描频率下的幅值和相位，然后根据下式求得被测试绕组的幅频响应特性或相频响应特性，再由计算机作输出处理：

幅频响应特性：H(f)=20lg(Avo(f)/Avi(f))

相频响应特性：φ(f)= φvo(f)- φVi(f)

电力变压器绕组的幅频响应特性H（f）主要取决于其内部电感、电容等分布参数，经验及理论分析表明，幅频响应特性曲线中的波峰或波谷分布位置及分布数量的变化，是分析变压器绕组变形的重要依据。通常具有如下特性：

1.幅频响应特性曲线低频段(1KHz～100KHz)的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组的电感改变，可能存在匝间或砸间短路的情况。频率较低时，绕组的对地电容及饼间电容所形成的容抗较大，而感抗较小，如果绕组的电感发生变化，会导致其频响特性曲线低频部分的波峰或波谷位置发生明显移动。对于绝大多数变压器，其三相绕组低频段的响应特性曲线应非常相似，如果存在差异则应及时查明原因。

2.幅频响应特性曲线中频段(100kHz～600kHz)的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组发生扭曲和鼓包等局部变形现象。在该频率范围内的幅频响应特性曲线具有较多的波峰和波谷，能够灵敏地反映出绕组分布电感、电容的变化。

3.幅频响应特性曲线高频段(>600KHz)的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组的对地电容改变，可能存在绕圈整体移位或引线位移等情况。频率较高时，绕组的感抗较大，容抗较小，由于绕组的砸间电容远大于对地电容，波峰和波谷分布位置主要以对地电容的影响为主。

4、TDT-6绕组变形测试技术的实际应用

广东电网公司江门供电局使用TDT-6 变压器绕组变形测试系统，试验现场接线如下：

广东电网公司江门供电局开展绕组变形测试主要分为三类：1、新建工程的变压器，主要是检查运输途中是否有意外的碰撞或冲击，同时也是作为该变压器频率响应特性曲线的原始资料，用作日后测试的重要对比资料；2、对于遭受出口或近区短路的变压器，根据《中国南方电网有限责任公司企业标准电力设备预防性试验规程Q/CSG114002-2011》有关规定，必须进行绕组变形测试，判断其是否变形，作为能否继续运行的依据之一；3、预防性试验，对已运行的变压器作绕组变形检查，若判断其绕组没有发生变形现象，该次测得频率响应特性曲线也将作为原始资料，作为日后作对比的依据。

截止2011年9月，广东电网公司江门供电局共进行了五十多台次的绕组变形测试，积累了一定经验，在现场的测试中，应特别注意以下四方面的因素对测试结果的影响：1、变电站高压电磁场的干扰。2、要注意绕组的直流电阻或测试线与绕组之间的接触电阻对测试结果的影响。3、每次测试时，宜采用同一种仪器，接线方式应相同。4、对有载开关应在最大分接下测试，对无载开关应在同一运行分接下测试以便比较。

下面介绍一下变压器绕组变形的测试实例：110kV农林站10kV出线近区短路。主变，型号SFZ7-40000/110。事故发生后，主变停下，作常规电气试验，吸收比、介损值、绕组直流电阻等项目和以往数据比较，均无异常。按以往的做法，已可认为该次短路冲击对主变没有造成损害，可以继续投运。但接着进行绕组变形的测试，发现低压侧面绕 bc线圈与ab、ca两相线圈的频响特性曲线有相当的差异，经多次测试，均为同一结果，其曲线见附图1。我们判断#1主变的低压绕组线圈发生变形，根据频率响曲线应判断为：低压c相单独变形或a、b两相同时变形。决定该主变返厂吊罩检查。吊芯后，发现低压绕组a、b相线圈出现鼓包，并伴随有线圈的扭曲现象。附图2是主变返厂维修后，做绕组变形试验数据，其特性曲线三相间较为一致，说明，a、b、c三相没有发生形变或形变的程度相同，结合附图1，可知低压绕组a、b相线圈维修已经消除绕组变形。结合据此，通过绕组变形的测试，可以将变压器隐藏的、但常规预防性试验很难检出的绕组变形故障发现，及时进行处理，避免损坏变压器的事故发生。

5、结束

变压器绕组变形测试技术是近年来才逐步推广的新技术，推广和开展绕组变形测试，可避免不必要的吊芯检查，节省大量的人力、物力，并有技术保证。

参考文献

TDT-6型变压器绕组变形测试系统诊断原理及使用说明. 电力科学研究院

姚森敬、林春耀、周尚礼. 电力变压器绕组变形系统在我省的应用. 广东省电力工业局试验研究所

电力变压器变形测量与分析. 武汉高压研究所

陈化钢.电气设备预防性试验方法[M].水利电力出版社.1997

附图1

附图2