变压器绕组变形检测与评估方法

变压器绕组变形检测与评估方法

许昊陆浩杨君闫治平

（国网焦作供电公司河南焦作454000）

摘要：根据变压器绕组发生变形故障后电气量、部件几何尺寸以及温度等特征量的变化产生了检测绕组变形故障的相关方法。这些检测方法需根据长时间积累的经验来评估绕组变形的程度，确定变形的具体位置，尚缺乏统一衡量特征量规则来判断绕组变形的程度。深入对频率响应法和短路阻抗法进行理论研究，在算法和接线方式上对两种方法实现改造创新，提出的基于频响法和短路阻抗法的扫频阻抗法，是新型的较为有效的变压器绕组变形检测方法，从一定程度上避免了现有方法的不足，具有较大的发展应用前景。

关键词：变压器；绕组变形；检测与评估

1.引言

电力变压器作为电力系统中最重要的电气设备之一，其运行的安全可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。随着智能电网、超高压以及特高压电力系统的建立，要求变压器能够承受较高短路电流所产生的较大电动力和机械力。绕组变形是电力变压器安全运行的一大隐患。一般的常规试验比如油色谱分析、直流电阻试验、变压器变比试验等试验并不能有效地发现绕组变形。对变压器进行吊罩检查，虽然能够很直观的观察到绕组变形情况，但是费时费力费财，而且对内侧绕组的变形情况也不易观察得到。针对这种状况，在对变压器不进行拆卸的情况下对其进行绕组变形诊断就很有必要性。

2．绕组变形检测法

2.1低压脉冲检测法

波兰的Lech和Tyminski提出了低压脉冲检测方法。其基本原理是，从变压器绕组一侧输入端子施加低压脉冲信号，测量并记录输入、输出端子的电压信号，将激励信号与相应信号比较，来判断绕组的状态。若变压器绕组发生变形，会引起绕组内部相关的分布参数的改变，在输入端子施加低压脉冲信号，输出端子电压响应信号也会发生变化。低压脉冲法己经成为IEEE及IEC的变压器绕组测试的标准，但其在现场试验过程中，受到各种干扰因素的影响，测试重复性差，测试数据不具有可比性，并且对绕组首端部位变形的反应不灵敏，难以确定绕组变形的具体位置。

2.2频率响应法

加拿大的C.C.Erven和E.P.Dick于1978年最先提出频率响应法，随后在国内外得到了广泛应用。在输入信号频率较高时，变压器绕组可视为一个由电感、电容等参数组成的无源线性双端口网络。将一稳定的扫频信号施加到绕组一侧的输入端子上，测量输入、输出的信号，通过信号处理得到绕组的频率响应曲线，并与以往的频率响应曲线比较，可判断绕组是否发生变形。频响法的基本思想就是建立输入激励与输出响应函数关系，也就是绕组的传递函数。对传递函数进行逐点描绘，即可得到反映变压器绕组特性的传递函数特性曲线。变压器内部结构固定后，其等值网络中的分布参数就固定，传递函数特性曲线也就固定。如果变压器绕组发生了轴向、幅向尺寸等物理变形，也会引起等值网络各分布参数的变化，进而使传递函数的谐振点发生变化。频响分析法属于运用高频弱电信号检测变压器强电设备的技术，实际测试当中易受外部设备因素的影响；同时它的使用操作复杂，准备实验时间较长，对测试人员的经验要求高，有时在高频段测试结果重复性不好、产生毛刺等；频响法对某些类型的变压器绕组变形反应比较灵敏，而对另外一些变形则反应不明显，单一采用频响法测试判断时，有可能因为频响法对该类型绕组变形反应不明显，而导致忽略真实绕组变形的情况。

2.3短路阻抗法

短路阻抗法（Short-CircuitReactance）又称短路试验法（Short-Circuittest）是在工频电压下，通过测量的电压、电流值，计算短路阻抗的大小作为来判断绕组是否已发生变形的依据。短路阻抗主要由漏电抗和电阻分量两部分组成。当频率一定时，变压器漏电抗是由绕组的几何尺寸决定的，在绕组发生变形后，定会引起变压器漏电抗的值发生变化，进而变压器短路阻抗大小也发生改变。因此，可以根据短路阻抗值的大小判断变压器绕组是否发生变形。在长期生产中人们建立了严格的规范和标准，能够对绕组变形后的短路阻抗值进行定量分析，便于实施和判断，而且短路阻抗法操作简单，变压器可以不用拆线，而且能够直接与出厂数据进行比较，但在实际应用中对严重变形能够有所反映，但是对于中度以下的变形反映不灵敏，另外对一些局部变形反应不如频响法。

3．绕组动稳定性计算与评估

一台大型电力变压器在系统运行时如发生短路损坏，会导致大面积的停电，其检修期也要半年以上，将会造成巨大的损失。与发电机直接相连的主变压器的损坏将迫使发电机停止发电，严重影响供电的可靠性，造成巨大的经济损失。因此，国家标准GB1094和国际标准IEC76均对电力变压器的承受短路能力作出了相应规定，要求电力变压器在运行中应能承受住各种短路事故。近年来对全国110kV及以上电压等级电力变压器事故统计分析表明，因短路强度不够引起的事故已成为电力变压器事故的首要原因。据国家电力公司的统计，在1995-1999年的5年间，全国110kv及以上的变压器共发生短路损坏事故共125台次，相当容量7996MVA，占变压器总事故容量的37.5%，而且占变压器总事故台次的44.0%。电力变压器短路强度不够己成为导致电力变压器损坏的事故的主要原因之一，提高大型电力变压器抗短路能力势在必行。

大型电力变压器短路时电动力及绕组强度与稳定性问题一直备受国际电工委员会与国际大电网会议高度重视，制定了各种设计与实验考核标准，有关课题也多次被列入国际大电网会议变压器组的重点攻关项目中，受到各国学者的重视。我国一直十分重视变压器短路强度研究，分别在西安和沈阳建立变压器短路试验站以检查变压器出厂时的短路强度，确保质量。然而，变压器短路试验研究周期长、费用大。因此，对电力变压器短路过程中的漏磁磁场、短路电动力、短路强度以及短路绕组结构变形的仿真计算研究也是非常重要的，这点也一直受到国内外学者和工程技术人员的重视。

目前，许多学者已经对变压器短路强度的进行了深入地研究，并且取得了一定的成果。然而，大部分研究集中在绕组短路强度及电磁力分析方面，对绕组结构及其瞬态动力学分析还不够深入。本项目主要根据扫频阻抗法频率响应特性曲线进行绕组变形分析，基于二维有限元法的电磁-结构计算，对变压器中的各相绕组进行了电磁、力学、结构形变响应分析，建立绕组动稳定性评估方法，为变压器绕组动稳定性评估提供分析手段。

4.结论

根据变压器绕组发生变形故障后，其电气量、部件几何尺寸以及温度等特征量的变化反映绕组的状态，产生了文中介绍的几种检测绕组变形故障的方法。但是这些检测方法没有形成统一衡量特征量规则来判断绕组变形的程度，而是根据长时间积累的经验来评估绕组变形的程度、确定变形的具体位置。深入对频率响应法和短路阻抗法进行理论研究，在算法和接线方式上对两种方法实现改造创新，提出的基于频响法和短路阻抗法的扫频阻抗法，是新型的较为有效的变压器绕组变形检测方法，从一定程度上避免了现有方法的不足，具有较大的发展应用前景。

参考文献：

[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T911-2004电力变压器绕组变形的频率响应分析法[S].北京：中国电力出版社.2005.

[2]桂峻峰，高文胜，谈克雄.用结构参数法研究变压器绕组变形判据[J].清华大学学报，2004，44（1）：93-96.