变压器绕组变形测试技术应用分析与改进

林静，杨海涛

（济钢集团有限公司检修工程公司，山东济南 250101）

生产技术

变压器绕组变形测试技术应用分析与改进

林静，杨海涛

（济钢集团有限公司检修工程公司，山东济南 250101）

针对变压器绕组变形测试技术判定准确率低的问题，应用质量分析及控制手段，重点针对被试体接地点的不同、测试相两接地线长短不一、原始数据资料缺乏及不可控未知因素、测试仪无法自校验等技术难点，通过使用自制双线夹固定式接地线，采用绕组电容量数据参考对比分析法，改进测试仪自检方法等一系列控制措施，将变压器绕组变形测试准确率由50%提高至95%。

变压器；绕组变形；频率响应分析法；电容量

1 前言

由于变压器是保障电力系统稳定运行的核心设备，所以济钢各运行维护单位对其一直进行周期性预防试验。然而，随着电网容量的日益增大，短路容量亦随之增大；同时，变电站输配电线路运行环境不容乐观，各种轧机、电炉等冲击性负荷所带来的过电压冲击时有发生，而变压器绕组变形多是由于外部短路造成，当突发短路故障时，在绕组内流过巨大短路电流。尽管这种暂态维持时间很短，但短路电流在与漏磁场的互相作用下，感应产生较强电动力。如果对于此电动力作用下发生的轻微变形不能及时发现和修复，变压器在受到多次冲击后，累积效应会导致变压器的损坏。因此，当变压器发生外部短路事故后，如何及时有效地检测出变压器绕组是否存在变形及变形程度，是保障变压器安全运行的重要条件。

目前，频率响应分析法（简称频响法）已经成为我国近几年来测试和判断变压器绕组是否变形的重要手段。该测试方法灵敏度高，重复性好，在现场变压器的测量工作中取得了比较好的效果。由于频响分析属于高频弱电测试方法，其结果往往会受到现场环境多种因素的影响［1］；同时，绕组变形测试仪高灵敏度所带来的抗干扰问题以及仪器检测校验问题等一系列技术难题，如果不能有效解决这些困难因素，频响指纹数据［2］的真实性以及可比性将大大降低。

因此，绕组变形测试作为检定变压器运行状态的重要依据技术手段之一，必须具备较高的准确率，以满足准确有效反映设备状态及隐患的要求。而如何解决这一课题，成为绕组变形测试能否成功应用于济钢供电系统，实现变压器状态检修，确保设备稳定运行的关键所在。

2 测试技术应用情况及分析

在现场利用频响法检测变压器绕组时，电源信号干扰、套管端头是否悬空、分接开关档位、测试线缆、电磁干扰等因素均能影响对绕组结构特征的判断，尽可能排除这些干扰因素后，才能凭借此测试结果对绕组状态做出准确分析。然而，由于绕组变形试验手段为尝试性应用于济钢供电系统，试验过程的严谨性以及试验结果的准确性都需验证。因此，为了真实有效反映绕组变形测试结果，采用双重判断机制，即通过绕组变形测试仪器以及多种试验方法复合分析。对济钢部分变压器绕组变形测试统计情况见表1。

表1 绕组变形测试统计情况（试运行）

统计情况说明，2013年8次变压器绕组变形测试中有4次结果进行了试验修正，表明仪器测试技术的准确率仅为50%。结合现场工作实际情况来看，部分因素可通过人为有效控制与减免。针对被试体接地点的不同、测试相两接地线长短不一、原始数据资料缺乏及不可控未知因素、测试仪无法自校验等情况，分析认为，主要影响因素是单根通用接地线易受干扰，多项试验分析费时费力，仪器检测返厂校验频繁及成本过高等。

3 测试技术改进措施

针对上述分析及调查过程，提出3项技术改进措施。

3.1 自制双线夹固定式接地线

一直以来绕组变形测试用单根接地线，长短粗细不一，并且为方便使用两端采用夹子固定（力度有限），容易造成一端换线时的拉扯致使另一端接触不良。而变压器绕组变形测试仪工作频段在1～1 000 kHz，因此接地线在工作状态下是电阻和电感组成的阻抗值，在频率较低情况下（包括工频）可认为是电阻性的（电感很小），但在高频情况下主要是电感性的，其阻抗值跟频率是成正比的。因此，接地线接的长度不一致，其接地线阻抗值不同，在测量回路中对测试数据造成的差异不容忽视，尤其是在高频段影响更大。其次，接地点的不同和接地是否良好，也是影响测试的重要因素。为此，通过现场测试检验和全面分析考虑，用自制双线夹固定式接地线代替普通单根接地线，此地线接地端采用固定式线夹，分出两股等长软铜线，有效避免了以上3种弊端。经实践测试验证，明显提高了测试准确性。改造前后测试情况对比见图1。

图1 接地线改造前后测试情况对比

3.2 绕组电容量对比分析法

虽然频率响应法能够为变压器绕组变形的诊断提供一个较为准确的依据，但是由于电力系统中的变压器有相当一部分已投运十多年，原始数据资料缺乏，并且测试系统的任何差异会给出很不相同的曲线，目前尚无可能建立起彻底控制这一差异的方法。所以仅靠绕组相间频响曲线的判断，并不能得出十分准确的结论，可能还会引起误判断。

变压器出厂后，各绕组的电容量基本上是一定的。虽然在温度、湿度的影响下，其电容量会有变化，但与变压器受短路冲击后造成的电容量变化相比可忽略不计。当变压器遭受短路冲击后，若各级绕组无变形或变形轻微，其电容量变化也较小；若某侧绕组变形严重，则电容量变化大［3］。因此，在实际工作中，变压器绕组电容变化量可以作为频率响应法一个有益的补充，而电容量可在测量绕组介质损耗（变压器预防性试验必做项目）的同时利用公式计算出。以济钢常见三绕组变压器介质损耗测试计算方法为例，其电容等效电路见图2。

图2 三绕组变压器等效电路

电容量计算公式如下：

式中：C为电容量，C1为高压绕组对油箱，C2为中压绕组对地，C3为低压绕组对铁心；C1-2为高压绕组对中压绕组，C2-3为中压绕组对低压绕组；Cx1为高压绕组对中压绕组、低压绕组及铁心，Cx2为中压绕组对高压绕组、低压绕组及铁心，Cx3为低压绕组对高压绕组、中压绕组及铁心，Cx4为高压绕组、中压绕组对低压绕组及铁心，Cx5为高压绕组、中压绕组、低压绕组对铁心。

此法利用介损测试仪按常规测量Cx1～Cx5，然后分解出绕组间或绕组对铁心的电容，根据其变化程度并结合测试仪器检测结果来判断绕组是否发生了变形（电容值与历史数据相比差别＞10%时，认为已发生中度偏轻变形；＞15%认为存在严重变形）。

3.3 改进测试仪自检方法

由于影响绕组变形测试仪灵敏度的因素很多，为保证测试结果的准确性，按照设备厂家要求定期进行设备校验，但校验过程需将测试仪器返厂，成本高且时间长。为此，通过分析频率响应原理，自行设计建立了“绕组变形测试仪自校验系统”。系统主要包括激励源、变压器绕组模型、数据采集卡、数据显示面板，其中数据采集卡插在工控机空余插槽中，数据显示由工控机显示器实现。

自校验系统采用Agilent 33220A函数/任意波形发生器为激励源。Agilent 33220A函数/任意波形发生器主要参数如下：正弦波1 μHz～20 MHz；任意波形为1 μHz～5 MHz；幅度范为2 mVpp～10 Vpp（50 Ω），4 mVpp～20 Vpp（Vpp指交流或脉冲信号的最低值到最高值的电压，也称峰峰值）（高阻）；输出的6种波形为正弦波、方波、锯齿波、脉冲波、噪声、任意波形。以上这些参数能保证激励源输出校验所需要的激励信号。

为了进一步降低仪器自检成本，同时提高自检可靠性，充分利用绕组变形图谱纵向比对分析的特点，自制变压器绕组模型既可满足仪器校验需要，又可以根据改变绕制方式达到模拟不同故障状态的目的。绕组模型采用规格为30mm×40mm×50mm的U型铁作为变压器铁心，使用聚酯硬塑板作为绝缘材料，分别使用0.1、1.4mm漆包线绕制绕组，其中低压侧600匝，高压侧300匝，高、低压侧做出抽头可分别模拟变压器绕组鼓包、短路、接地、断线等多种常见绕组变形情况。

实时数据采集程序由Lab VIEW编程实现，Lab VIEW最强大的功能在于能使用虚拟仪器实现模拟测试仪实时分析，将计算机变成完全理想状态下的虚拟绕组变形测试仪。将Agilent 33220A激励源发出的扫频信号经变压器模拟绕组后分别传递至被校验测试仪及工控机信号接口，通过比对修正两组响应信号，达到绕组变形测试仪校验的目的。

4 改进效果

运用上述3项改进措施，巩固期内对济钢第2、第3、第7变电站及各生产厂主要电力变压器进行绕组变形测试，对改进效果进一步验证。实践证明15台变压器绕组变形测试仅出现1次结果修正情况，其余14次仪器测试结果与验证分析结论完全相同，准确率近95%，满足了应用于实际检修目标要求。

绕组变形测试技术改进后在济钢投运至今，对变压器的运行状态进行了良好的掌控，在提高电力安全运行水平的同时，减少了电力中断事故。

［1］谢宇风，谢从珍.变压器绕组变形实测中影响因素研究［J］.华中电力，2004，17（2）：38-41.

［2］何文林，陈金法，应高亮，等.频响分析法测试变压器绕组变形的研究［J］.中国电力，2000，33（12）：39-42.

［3］范天元，赵亚玲，边军刚.绕组变形测试在电力变压器上的应用［J］.变压器，2005，33（5）：35-37.

Analysisand Improveof Testing Technology of Transformer Winding Deformation

LIN Jing,YANG Haitao
（The Maintenance Engineering Company of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

Pointing to low judge accuracy of testing technology of transformer winding deformation and some difficult technological problems included different contacting ground place of tested body,different length between contacting ground wire in testing phase,lack original data and existing uncontrollable unknown factors,unable self checking tester etc,through adopting a series of measures,such as using a self-made fixing double clamp ground wire,using comparative analysis method of winding capacitance data and improving the self-checking method of tester,the testing accuracy rate of transformer winding deformation was increased from 50%to 95%.

transformer;winding deformation;frequency response analysis method;capacitance

TM403.2

B

1004-4620（2014）04-0026-03

2014-01-02

林静，女，1986年生，2009年毕业于潍坊学院自动化专业。现为济钢检修工程公司助理工程师，从事高压输变电系统运行与管理工作。