频率响应法结合短路阻抗法检测变压器绕组变形的研究

[摘 要]为了及时发现变压器的事故隐患、避免突发事故、提高变压器运行的安全可靠性，开展变压器绕组变形的检测与诊断方法的研究具有十分重要的意义。本文简单介绍了频率响应法和短路阻抗法测量电力变压器绕组变形的基本原理和实现方法，通过实验数据对比，比较分析了频率响应法和短路阻抗法对绕组变形测试的灵敏性，并指出了两种方法的互补性。在初步总结诊断绕组变形基本规则的基础上，对某次变压器绕组变形故障进行了分析和诊断。

[关键词]变压器；绕组变形；阻抗法；频响法；

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0111-02

一、前言

电力变压器作为电力系统种的重要组件，安全运行对于保证电网的可靠性意义重大。变压器遭受短路冲击时，绕组受到辐向力、轴向力和震动，因而变压器绕组会发生相应的变形，以及包括断股、匝间短路、引线位移和静电板引线断开等的特殊变形。近年来由于近年来，由于变压器绕组变形直接或间接导致的变压器损坏事故居高不下。采用常规的检测方法（电力设备预防性试验规程所规定的），如：测量变压器变比、直流电阻或色谱分析等，对变压器绕组变形进行检测和诊断是非常困难的。采用吊芯的方式虽然很直观，但是花费大量的人力、物力和财力，而且对于内侧绕组的状况也不易观测。因此，如何有效地检测绕组变形并诊断其程度一直是国内外学术界研究的热点问题。

二、短路阻抗法和其原理

最早使用的绕组变形测试方法是短路阻抗法。其原理是通过测量变压器绕组在工频50Hz下的阻抗或漏抗的变化来判断变压器绕组是否变形。由于受条件所限，现场很难达到额定电流尤其对大型变压器，因此多采用低压短路阻抗法检测变压器绕组变形，本文以保定市恒信达电气有限公司生产的HS500低电压短路阻抗测试仪为例。

该仪器测试方法主要通过短路变压器低压侧，分别在最高档、额定档、最低档从高压侧通入三相低电压，通过测量高压电流进而计算阻抗值是否发生变化来判断绕组是否变形。通过将测得的短路阻抗与变压器正常时的测量值（如出厂数据）相比，或观察其历史变化趋势，对变压器绕组状态做出判断。

短路阻抗法原理接线如图1所示。A为电流表，V为电压表，W为有功功率表。绕组的高压侧接到工频电源上，低压侧短接。利用测得的电流和电压值即可计算出绕组的短路电抗（Xk）值。

GB1094.5-2003规定了额定电流下漏抗变化的限值 ，国标认为根据线圈结构的不同取2%--4%。《电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》中对阻抗电压大于4%的同心圆绕组的各参数变化注意值有明确规定。

（1）纵向比较

①容量100MVA及以下且电压220kV以下的电力变压器绕组参数的相对变化不应大于±2.0%。

②容量100MVA以上或电压220kV及以上的电力变压器绕组参数的相对变化不应大于±1.6%。

（2）横向比较

①容量100MVA及以下且电压以下的电力变压器绕组3个单相参数的最大相对互差不应大于2.5%。

②容量100MVA以上或电压及以上的电力变压器绕组3个单相参数的最大相对互差不应大于2.0%。

三、频率响应法及工作原理

频率响应法是从绕组一端对地注入扫频信号源，测量绕组两端的端口特性参数，如输入阻抗、输出阻抗、电压传输比和电流传输比的频域参数。通过分析端口参数的频域图谱特性，判断绕组的结构特征，如果绕组发生变形就会使绕组的分布电容和电感改变，反映到端口参数的频谱发生变化。 电压传输比反映了等效网络的衰减特性，是常测的参数之一。

在变压器一次侧接入可连续改变频率的外施正弦波激励源 Vi，测量在不同频率下的响应端电压 Vo（s）（变压器二次侧电压）及激励端电压 Vi（s）的比值，即可获得指定激励端和响应端情况下绕组的频率响应特性。

我国在电力行业标准 DL/T911-2004《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》对该法的使用做出了规定。

四、变压器绕组变形故障模拟研究

选取一台变压器进行变形故障的模拟试验研究。分别采用短路阻抗法和频率响应法对故障进行测试，目的是比较两种方法对不同变形故障的灵敏性和有效性。变压器为三相双绕组，测试结果如下。

短路阻抗试验时，高压侧加压，低压侧短接，短路时局如表1所示

从表1中数据可以看出，无论分接开关位于最高档还是额定档，试验测得的短路阻抗与变压器铭牌上给出的数据差别都是比较大的，因此可以初步判断出该台变压器的绕组可能存在变形。但高、中、低压绕组中到底是哪一个绕组发生了故障，故障的类型是什么，则需要通过频响法来进行判断。

频率响应法试验时，均以中性点作为激励段，高低压各个相别作为响应端。通过纵向对比各相的频响曲线来分析判断该变压器各绕组的状况。

通过测试图谱可以看出高压绕组和中压绕组的A、B、C三相频响曲线的差别不大，相当吻合，因此可以判断出三相高压绕组及中压绕组应该没有发生形变；而变压器的低压侧三相可以明显观察到曲线的差别比较明显，拟合度差，尤其是在中频段，波谷波峰发生明显变化，这表明这台变压器低压绕组可能发生了扭曲和鼓包等局部变形。

综合短路阻抗法和频率响应法的实验分析，可以推断出此台变压器的绕组发生了变形，发生变形的绕组为低压绕组，且故障类型为绕组扭曲或鼓包等局部变形。

基于上述短路阻抗法及频率响应法得出的诊断结果，对该变压器进行了吊罩，吊罩发现低压绕组确实发生了严重的扭曲和鼓包，吊罩检查的结果验证了短路阻抗法及频率响应法综合诊断的准确性和正确性。

五、结论

本文介绍了短路阻抗法和频率响应法检测变压器绕组变形的原理及测试方法，并综合采用短路阻抗法和频率响应法对一台发生短路故障的变压器的绕组状况进行了测试和诊断，最终返厂吊罩检查的结果验证了本文提出的短路阻抗及频率响应法综合诊断的准确性和正确性，短路阻抗法和频率响应法相结合判定变压器绕组变形是一种非常有效的方法，两者互相配合，互相补充，可以有效地弥补频率响应法易受现场电磁环境干扰、短路阻抗法无法检测变形类型及部位的缺点。并得出以下结论：

（1）用短路阻抗法与频率响应法相结合诊断变压器绕组变形状况可提高判断准确性；

（2）由于短路阻抗法判据明确，因此可以首先采用短路阻抗法来判断变压器绕组是否发生了变形；然后利用频响法来判断发生变形的是哪一个绕组以及变形的类型等；

（3）频响法是测试绕组变形的一项比较有效的方法，对影响绕组电容和电感的变形都比较灵敏；而短路阻抗对影响整体电感的变形较为灵敏，且在长期生产中建立了严格的规范和标准，便于实施和判断。因此在实际的运用中，应灵活地结合这两种诊断方法，更有效、准确地对变压器的绕组变形进行分析和判断.并采取相应的措施《排除故障隐患或吊罩维修），从而保证整个电力系统的安全可靠运行。

（4）保定市恒信达电气有限公司已于2015年研发出新一代频响法阻抗法二合一产品，全部是三相全自动测试，一次性接线，测试数据方便保存和对比。