电力变压器绕组变形诊断

连宝晶，肖一凡，赵培成

(云南电网有限责任公司怒江供电局，云南 怒江 673100)

0 前言

绕组变形是变压器正常运行中一种常见的故障现象，据统计由变压器绕组变形直接或间接导致的变压器损坏事故率居高，开展变压器绕组变形检测及其诊断方法研究显得非常有必要。传统常规试验方法，如电气试验、吊罩检查等，发展到便携式的绕组检测技术，如低压脉冲法、频率响应法、短路阻抗法等。然后产生了便携式电力变压器绕组变形检测方法，如频率响应法、低压电抗法、低压脉冲法等。变压器运行稳定性对电力系统安全影响极大，只有准确地分析和判断变压器故障和异常运行进行，及时采取有效处理措施，才能确保整个电网的正常安全运行。

1 电力变压器绕组试验

某变电站一台220 kV 三绕组电力变压器发生近区短路故障，产生巨大短路电流强烈冲击主变绕组，使主变绕组发生变形事件。

1)油气色谱分析试验:该220 kV 主变压器在发生短路故障后，对变压器内部本体油、瓦斯由以及瓦斯气体取样并进行油气色谱分析试验，由故障前后数据进行对比，可看出本体油样、瓦斯油样以及瓦斯气体中C2H2、总烃气体有明显增加，从而可以判断变压器内部存在绕组变形故障。

2)电气试验分析:220 kV 主变绕组在遭受短路故障后全面检查性试验:绕组绝缘、介损、绕组泄漏、套管试验、高低压侧绕组直流电阻等试验。试验结果可知，该220 kV 主变压器的绕组绝缘、本体介损、绕组泄漏、套管试验、低压侧绕组直流电阻均正常，但中压侧直流电阻异常，由此判断中压侧B 相调压线圈存在断开的可能。

3)频率响应法试验法:是在变电压绕组一端对地注入一个宽频率范围的扫频信号，通常为10Hz～1 000 kHz，然后通过测量绕组另一端的响应信号，从而获得变压器绕组传递函数的频率响应特性曲线。通过分析传递函数的频率响应特征曲线上谐振点位置的差异，可以判断绕组所发生的结构特征。目前频率响应法主要是利用变压器绕组传递函数的物理特性，通过对变压器绕组频率响应曲线进行分频段的纵向、横向比较，分析频率响应曲线之间的特征数据来直观分析变压器绕组是否发生变形。纵向比较法是对不同时期、同一台变压器绕组及分接开关位置频率响应特征进行变化比较分析绕组是否发生形。横向比较法是对变压器同一个电压等级下三相绕组之间、同一厂家、时期制造相同型号变压器三相绕组之间的频率响应特征比较分析绕组是否发生变形。在频率响应试验中使用FRA－100 变压器绕组变形综合测量分析系统对该220 kV 主变压器进行频率响应法试验，所得结果如下:

a 高压侧绕组的频率响应特征，该主变压器220 kV 高压侧A、B、C 三相绕组的频率响应曲线及其相关系数、均方差值如图1 和表1、2所示:

图1 高压侧绕组频率响应特征曲线

表1 高压侧绕组频响曲线相关系数分析结果

表2 高压侧绕组频率响应曲线均方差分析结果

由图1 所示频率响应特征曲线，并结合表1和表2 中的相关系数和均方差值，可以看出，高压侧三相之间的频率响应曲线一致性较好，相关系数和均方差值较低，可以初步判断该主变压器220 kV 高压侧绕组无变形。

b 中压侧绕组的频率响应特征，该主变压器110 kV 中压侧MA、MB、MC 三相绕组的频率响应曲线见图2

图2 中压侧绕组频率响应特征曲线

由图2 所示频率响应特征曲线，并结合关系数和均方差值，可以看出，中压侧三相之间的频率响应曲线一致性不是很好，150 kHz 附近A 相多出一波谷，波峰右移，300 kHz 与B、C 相谐振点相反，结合相关系数和均方差值，可以初步判断该主变压器110 kV 中压侧绕组已经发生变形。

c 低压侧绕组的频率响应特征，该主变压器35 kV 低压侧ab、ba、ca 三相绕组的频率响应曲线及其相关系数、均方差值如图3。

图3 低压侧绕组频率响应特征曲线

由图3 所示频率响应特征曲线，并结合相关系数和均方差值可看出，中压侧三相之间的频率响应曲线一致性不好，ca 相(主要反映a 相)与ab (主要反映b 相)、bc (主要反映c 相)特性曲线吻合较差，结合相关系数和均方差值，可以初步判断该主变压器35 kV 低压侧绕组存在严重的绕组变形。

d 低压电抗法试验，短路阻抗法是通过测量外加的工频电压下变压器绕组的短路阻抗或漏电抗，从而来反映电力变压器绕组的变形情况，如绕组移位、匝间开路或短路等变形故障。当所施加的电压频率固定时，变压器的漏电抗值是由绕组的几何尺寸所决定的，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。因此，可将短路阻抗的改变作为判断被试变压器绕组性能的一种有效手段。在现场测试中，通常是在低电压情况下进行电力变压器绕组对的短路阻抗、漏电抗测量，并且通常将被测变压器低压侧短路，高压侧施加外部试验电压。由此可测试得到变压器绕组短路阻抗值，从而通过与变压器铭牌值或历史测试值之间的比较实现电力变压器绕组运行状态的判断。

本次低压电抗法试验中，通过使用红相公司的FRA－100 变压器绕组变形综合测量分析系统对该220 kV 主变压器进行短路阻抗试验，所得结果:三相短路阻抗值与铭牌值的纵比误差为均＜±1.6%，高压－中压和中压－低压这两个绕组对三相之间的最大相对误差(横比)远超过±2.0%，而高压－低压绕组对三相之间的最大相对误差(横比)接近2.0%。按照DL/T1093－2008 导则规定的要求，可初步作出判断:该220 kV 变压器中压绕组和低压绕组可能发生变形。

2 绕组变形故障综合分析

综合上述几种绕组变形试验方法及其试验结果分析可知:通过油气色谱分析试验，可以确定此220 kV 电力变压器的内部绕组已经发生变形(一般是发生放电现象);通过常规的电力试验(如测量直阻、绝缘试验、电容量、介损等方法)，可以确定此220 kV 电力变压器的中压侧B相调压线圈存在断开的可能，而其他的电力变压器绕组绝缘、本体介损、绕组泄漏、套管试验、低压侧绕组直流电阻均正常。通过频率响应特征曲线，可以看出，220 kV 高压侧绕组的频率响应特征曲线一致性较好，未发生明显的变形;110 kV 中压侧绕组的频率响应特征曲线在中频段(100 kHz～600 kHz)的一致性不是很好，出现波峰和波谷的偏移和数量不一致，相关系数和均方差值偏离正常范围;35 kV 低压侧绕组的频率响应特征曲线三相之间的吻合性较差，相关系数和均方差值严重偏离正常范围。电力变压器的每个绕组均可视为一个由电阻、电容、电感等分布参数构成的无源线性双端口网络，当变压器内部发生变化时，其绕组的参数和函数曲线也会随之改变。通过分析绕组频率响应曲线，发现中压绕组MA 相绕组的频率响应特征曲线的中频段出现谐振峰，与MB、MC 两相绕组的频率响应特征曲线差别很大。根据低压电抗法的测量结果，高压－中压、高压－低压、中压－低压这三个绕组对中的A 相单相短路阻抗值均比B、C 相的单相短路阻抗值偏小。结合前述的频率响应法测量结果，最终可以判断110 kV 中压侧MA 相绕组发生了明显的变形故障。

据上述绕组试验结果，最终判定了110 kV 中压侧MA 相绕组发生了明显变形故障。因此，为准确掌握该变压器三相绕组的变形程度，为验证上述绕组变形试验诊断的准确性，建议对该台电力变压器进行吊罩检修。

3 结束语

本文通过应用多种绕组试验手段最终准确检测出了110 kV 中压侧绕组MA 相存在明显的绕组变形，并通过吊罩检查验证了试验的有效性。为了提高电力变压器绕组故障检测和诊断过程中的准确性和有效性，在变压器绕组变形检测和诊断过程中，不仅应进行常规的油气试验、高压试验，还应进行频率响应法、低压电抗法等多种绕组变形试验。通过将多种试验手段有机结合起来，加以综合分析和判断，确实可以有效提高现场绕组变形综合诊断的准确性，使变压器绕组变形测试和分析判断更加完善，使诊断结果更加准确和可靠。

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