变压器绕组变形综合诊断与分析

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(德阳供电公司，四川 德阳 618000)

1 引言

变压器作为电力系统中重要的组件，对电网的安全运行起着重大的作用。变压器在运行过程中，其绕组难免会承受各种各样电动力的作用，尤其是遭受突发性短路故障电流冲击时，流经绕组的短路电流将会在绕组周围产生强大的漏磁场，在线圈电流和漏磁场的作用下，绕组线圈将受到强大的电动力作用[1]，从而引起变压器绕组产生或大或小的鼓包、扭曲、移位或匝间、饼间短路等变形。发生绕组变形后，有的会立即发生损坏事故，而更多的会继续运行一段时间，运行时间的长短取决去绕组变形的程度大小。此时的变压器属于“带病”运行，存在重大安全隐患[2]。

诊断变压器绕组变形的常用方法有电容量法、频响法和短路阻抗法。实践表明，绕组变形诊断是一项综合性试验技术。本文将电容量法、频响法和短路阻抗法结合在一起，对一台110kV变压器进行分析，三种方法相互补充，充分发挥各自的优点，从而对故障进行了准确的定位，提高了变压器绕组变形的诊断效率和准确性。

2 绕组变形诊断方法

2.1 低电压短路阻抗法

变压器的短路阻抗是当变压器的负荷阻抗为零时变压器内部的等效阻抗。当变压器二次侧短路时，其等效阻抗值一般等于短路电抗分量，也就是绕组的漏电抗；漏电抗是绕组和绕组之间、绕组内部、绕组与油箱之间的漏磁通形成的感应磁势的反映[3]。变压器的漏电抗值是由绕组的几何尺寸及相互位置所决定的[4]，变压器绕组结构状态的改变势必引起变压器漏电抗的变化，从而引起变压器短路阻抗数值的改变。

当运行中的变压器遭受到了短路电流的冲击，可将试验测到的短路阻抗值与铭牌进行比较来判断其绕组是否变形。根据DL/T 1093-2008《电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》相对变化不超过±2% ( 220 kV 以上变压器为±1.6%)。如果需要进一步检查每相的短路阻抗，还应进行相间比较，根据DL/T 1093-2008《电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》相间相对变化不超过2.5% ( 220 kV 以上变压器为2.0%)。

2.2 电容量法

绕组电容与绕组相对位置、尺寸及绝缘介质相关，绕组的等值电容量直接反映出了各绕组间、绕组对铁心、绕组对箱体及地的相对位置和绕组的自身结构等[5]。变压器投运前，各绕组的电容量是确定的，在正常运行情况下，绕组的径向几何电容量是不变或变化很小的。当变压器遭受短路电流的冲击时，绕组间的相对位置会发生改变。当变压器绕组发生严重变形时，其电容量变化就比较明显。

三绕组变压器绕组电容等效电路图如图 1 所示。通过5次接线测得的试验数据联列方程组可以解出图1中的5个电容值。通常测试的绕组电容量为高对中、低及地CX1，中对高、低及地CX2，低对高、中及地CX3，高、中、低对地CX4，高、中对低及地CX5。通过列方程组可得出C1～C3、C12、C13如式(1) ～ (5)，进而分析判断变压器绕组变形情况。

图1 三绕组变压器绕组电容等效电路图

C1=(CX5+CX1-CX2)/2

(1)

C2=(CX4-CX3-CX1+CX2)/2

(2)

C3=(CX4+CX3-CX5)/2

(3)

C12=(CX1+CX2-CX5)/2

(4)

C23=(CX3+CX5-CX4)/2

(5)

变压器绕组电容量变化量在5%以下，则该变压器绕组状况良好；若电容量变化量在10%左右，则变压器绕组可能发生中度偏轻的变形；若电容量变化量超过15%，则变压器绕组可能发生了严重变形[6]。

2.3 频率响应法

一个完整的变压器绕组等效电路可以等效成为一个无源线性二端口网络[7]，如图2所示。图中的L、K、C分别表示绕组单位长度的分布电感、纵向电容和对地电容。一旦变压器的结构确定后，该网络的各参数也就被唯一确定，可以通过传递函数H(jω)来对变压器特性进行描述。如果变压器绕组发生变形后，其等效网络相应部分的参数必然改变，其传递函数H(jω)发生改变，相应的零点和极点也会发生相应变化，使网络的频率响应特性发生变化。

图2 变压器绕组等值网络图

采用频率响应法诊断绕组变形，主要是通过绕组的频响特性进行纵向或横向比较。纵向比较是对同一台变压器的同一相测试前后图谱进行比较，该方法要求具有历史图谱；横向比较是对同一台变压器三相的图谱进行比较，该方法不需要历史图谱，在现场大量的使用。

正常的频响图图谱特征信息丰富，包含多个明显的波峰和波谷，经验和理论分析都表明，波峰和波谷的分布位置及数量的变化是分析绕组变形的重要依据[8]。因此，通过分析波峰和波谷所在频段的位置移动情况，可以在某种程度上知道绕组的变形情况。

根据相关系数的大小，能够直观的反应出变压器绕组幅频响应特性的变化，通常可作为判断变压器绕组变形的辅助手段，用相关系数R辅助判断变压器绕组变形的方法见表1[9]。

表1 相关系数R与变压器绕组变形的关系

注：RLF为曲线在低频段(1～100kHz)内的相关系数;

RMF为曲线在中频段(100～600kHz)内的相关系数;

RHF为曲线在高频段(600～1000kHz)的相关系数。

3 案列分析

某变电站1号主变，型号为 SFSZ10-50000/110，额定电压：(110±8×1.25%)/(38.5±2×2.5%)/10.5kV，额定电流：262.4/749.8/2749.3A。进行预防性试验中，发现绕组电容量与出厂及交接试验记录相比严重异常，短路阻抗值与铭牌值相比也严重异常，而且绕组的频响曲线也发生了异常，其他常规试验项目测得的数据与出厂及交接试验数据比较均差别不大。

对绕组电容量进行了测试，出厂试验、交接试验和本次试验的测试数据如表2所示。经计算后的电容量如表3所示。

表2 出厂试验、交接试验和本次试验电容量测试值

表3 各绕组电容量的计算值

从表3计算出各绕组的电容量可以直观的看出，中压绕组与低压绕组之间的电容量增加了32.44% ，变化最大，高压绕组与中压绕组之间电容量小幅度降低，减小了4.25%，低压绕组对地的电容量增加了2.2%，说明了中压绕组在电动力作用下向铁心收缩，导致中压绕组与低压绕组间的距离大幅度减小，高中压绕组之间的距离小幅增大。

短路阻抗试验时，测量采用单相低电压短路阻抗，其试验数据如表4所示。

表4 短路阻抗试验数据

从表4试验数据可看出，高压绕组对低压绕组短路阻抗的偏差为2.48%，变化不太明显，高压绕组对中压绕组短路阻抗增加了4.1%，说明高压对中压的漏电抗增加，即高压与中压的漏磁通增加，高中压绕组之间的距离增大，中压绕组对低压绕组短路阻抗减小了7.14%，说明中压对低压的漏电抗减小，即中压与低压的漏磁通减小，中低压绕组之间的距离减小。

绕组单相电抗值的横向比较如表5所示。

表5 绕组单相电抗值的横向比较

从表5绕组单相电抗值的横向比较数据可看出，中压对低压时相间偏差最大，其中A相的电抗值与其余两相偏差较大，因此可以初步判断A相绕组可能发生严重变形。

利用频响法对变压器绕组进行测试，由于高、低压绕组频响曲线相似度较高，这里主要对中压绕组进行分析，中压绕组的频响曲线如图 3 所示。由于该变压器没有历史频响图谱，所以只利用横向比较法进行分析，图中编号1的曲线为A相，编号2的曲线为B相，编号3的曲线为C相。相关系数分析结果如表6所示，表中R21表示AB两相的相关系数，R31表示AC两相的相关系数，R32表示BC两相的相关系数。

图3 中压绕组频响曲线

从图3可以看出，在中频段三条曲线一致性很差，峰值和频率变化较大，A相曲线的谐振峰值点向低频方向偏移，并且伴随峰值点不同程度上升的波峰和波谷发生明显变化， 则可以初步判断该变压器A相绕组可能发生局部变形现象。

表6 中压绕组相关系数分析结果

综合电容量法、频响法和短路阻抗法的试验分析，可以推断出此台变压器的中压A相绕组发生局部变形。于是决定将该主变返厂修理。解体检查发现中压A相绕组确实发生了鼓包，并且绝缘破损，如图4所

图4 中压A相绕组变形情况

示。由于该变压器绕组还有一层漆包线，致使油化试验和电气试验的其他项目都是合格的，并且运行至预试。

4 结论

变压器绕组变形诊断方法都有各自的优缺点。电容量法可以测出变压器电容量的变化，经过换算可以得出变压器各绕组之间的电容量，通过与历史数据对比可以分析出各个绕组之间的变化趋势；短路阻抗法可以测出变压器绕组间漏磁通的变化，进而与铭牌比较判断出绕组间的变化趋势，因此短路阻抗法对铭牌数据的真实性要求较高；频响法可以用来检验前两种方法的正确性，如果变压器绕组发生变形，则频响法的分析结果一定是发生了变形，如果频响法的分析结果显示变压器绕组发生变形，则变压器不一定是发生了变形，因此频响法作为辅助手段。所以，只采用单一方法很难准确判断绕组变形情况，应该把三种方法相互补充，并结合其他的电气试验项目、变压器的结构、油化试验以及电压器的运行工况等因素进行综合分析，从而对故障进行准确的定位，提高变压器绕组变形的诊断效率和准确性。

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