讲义变压器绕组变形测试技术及其应用Transformer Winding Deformation Test Technology & Application临沂供电公司目录1 前言1.1 什么是绕组变形?1.2 绕组变形的原因1.3 绕组变形的危害2 绕组变形的测量方法2.1 阻抗法2.2 低压脉冲法2.3 频率响应法3 频率响应法的原理3.1.1 变压器线圈的等值电路3.1.2 空心电感的电感量计算及变化分析3.2 绕组变形种类以及变形在等值电路中的等效分析3.2.1 整体变形3.2.2 局部变形4 变压器绕组变形测试仪4.1 测试仪组成4.2 主要技术参数4.3 特点5 现场测试过程中的注意事项5.1 对测试环境的要求5.2 对变压器状态的要求5.2.1对引线、周围接地体和金属悬浮物的要求5.2.2 对分接位置的要求5.2.3 对接地的要求5.2 测试接线方式5.2.1 YN接线5.2.2 Y接线5.2.3 对于Δ接线5.2.4 有平衡绕组的变压器5.2.5 套管末屏取信号的问题5.2.6 其它注意事项6 绕组变形波形分析6.1 频率响应图谱的特征6.1.1 差异是绝对的6.1.2 具有相对的一致性6.1.3 低压绕组的一致性较好6.1.4 厂用变压器的一致性较差6.1.5 三相变压器的一致性较好6.2 变形测试的判断6.2.1 低压绕组为主，高、中压绕组为辅6.2.2 横向比较为主，纵向比较为辅6.2.3 低频段为主，中、高频段为辅6.2.4 波形观察为主，相关系数判断为辅6.2.5 综合判断6.3 绕组变形程度的分类6.4 变压器绕组变形判断程序7 绕组变形测试仪的检验8绕组变形测试实例9利用频率响应法辅以阻抗电压法进行变压器绕组变形测试的应用研究1 前言变压器是电力系统中重要的设备之一，它的正常与否直接影响电力系统的安全运行。

近年来变压器短路故障呈现上升趋势，造成变压器绕组损坏的几率增加，严重威胁变压器的正常运行。

据国家电力公司不完全统计，仅在1990年至1997年间国内110kV及以上电压等级的变压器，因遭受短路故障电流冲击直接导致的损坏事故约为145台次，占同期总事故台次的31%，如表1.1所示。

而对于厂用变压器(包括厂变和备变)，该问题则显得更加突出。

一方面说明，变压器绕组抗短路能力的设计水平不够，有待变压器生产厂家的改进和提高；另一方面，迫切希望有一种方法能快速准确地对变压器绕组是否发生有害变形进行诊断，以便及时应用于变压器绕组故障的判断和决策实践。

这种方法就是变压器绕组变形测试技术。

表1.1 1990～1997年变压器短路损坏事故统计表1.1 什么是绕组变形?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》对绕组变形的定义是：电力变压器绕组在机械力或电动力作用下发生的轴向或径向尺寸变化，通常表现为绕组局部扭曲、鼓包或移位等特征。

变压器在遭受短路电流冲击或在运输过程中遭受冲撞时，均有可能发生绕组变形现象，它将直接影响变压器的安全运行。

1.2 绕组变形的原因造成绕组变形的主要原因有：1.2.1 短路故障电流冲击电力变压器在运行过程中，不可避免地要遭受各种短路故障电流的冲击，特别是变压器出口或近区短路故障，巨大的短路冲击电流将使变压器绕组受到很大的电动力(是正常运行时的数十倍至数百倍)，并使绕组急剧发热。

在较高的温度下，导线的机械强度变小，电动力更容易使绕组破坏或变形。

短路故障电流冲击是变压器绕组变形的最主要外因。

众所周知，电力变压器线圈是以绝缘垫块隔开的铜或铝线段所构成的。

这种系统的动特性在发生突发短路时是变化的。

因为绝缘垫块的弹性与其压紧程度有关，即与作用力有关。

电动力本身也不是恒定不变的，而是按照复杂的规律变化。

虽然对短路时作用在变压器线圈上的电动力的研究始于四十年代，但是由于动态过程分析的复杂性，到目前为止尚不能用理论计算结果正确反映出变压器承受突发短路电流冲击的能力。

理论分析表明，作用在变压器上的电动力可分为轴向（纵向）和径向（幅向、横向）力两种。

径向力的作用方向取决于线圈相互位置及其电流的方向，对双线圈变压器而言，径向力拉伸外部线圈，压缩内部线圈，为了提高内部线圈对径向力的刚度。

通常是将线圈绕制在由绝缘筒支撑的撑条上。

此时，该线圈不但要承受到压缩力作用，还会同时受到撑条所产生的弯曲力作用。

如果所受到的合应力超过线圈刚度的屈服点，必将导致线圈发生永久变形，出现经常见到的梅花状或鼓包状绕组变形现象。

变压器线圈遭受到的轴向力可使线段和线匝在竖直方向弯曲，压缩线段间的垫块，并部分地传递到铁轭，力求使其离开心柱。

通常，最大的弯曲力产生在位于线圈端部的线段中，而最大的压缩力则出现在位于线圈高度中心的垫块上。

当线圈不等高时（主要由于调压分接头所致）或磁势分布不均匀时，轴向力较之径向力更能引起变压器事故。

由此可见，当变压器在运行过程中遭受突发性短路故障电流冲击时，每个线圈都将受到强大的径向力和轴向力的共同作用。

变压器绕组初始故障的表现形式大多表现为内绕组出现变形（尤其是对自耦变压器），发生鼓包、扭曲、移位等不可恢复的变形现象，其发展的典型形式是绝缘破坏，随后出现饼间击穿、匝间短路、主绝缘放电或完全击穿。

1.2.2 在运输、安装或者吊罩大修过程中受到意外冲撞电力变压器在长途运输、安装或者吊罩过程中，可能会受到意外的冲撞、颠簸和振动等，导致绕组变形。

1.2.3 保护系统有死区，动作失灵保护系统存在死区或动作失灵都会导致变压器承受稳定短路电流作用的时间长，也是造成变压器绕组变形故障的原因之一。

粗略统计结果表明，在遭受外部短路时，因不能及时跳闸而发生损坏的变压器约占短路损坏事故的30%。

1.2.4 绕组承受短路能力不够当变压器绕组出现短路时，会因其承受不了短路电流冲击力而发生变形。

近几年来，对全国110kV及以上的电力变压器事故统计分析表明，因绕组承受短路能力不够已成为电力变压器事故的首要内部原因，严重影响电力变压器的安全、可靠运行。

1.3 绕组变形的危害绕组变形是电力变压器安全运行的一大隐患。

多台变压器的实际试验经验表明，绕组变形后，绝缘试验和油的试验都难于发现，所以表现为潜伏性故障。

按照第12届国际大电网会议委员会的评估，变压器绕组的许多绝缘故障均是由于绝缘的最初机械损伤造成的。

变压器在遭受短路故障电流冲击，绕组发生局部变形后，即使没有立即损坏，也有可能留下严重的故障隐患，例如：a. 绝缘距离发生改变，固体绝缘受到损伤，导致局部放电发生，当遇到雷电过电压作用时有可能发生匝间、饼间击穿，导致突发性绝缘事故，甚至在正常运行电压下，因局部放电的长期作用而发生绝缘击穿事故。

b. 绕组机械性能下降，当再次遭受短路事故时，将承受不住巨大的电动力作用而发生损坏。

既然变压器绕组变形不可避免，怎样检测变压器绕组是否发生了变形？变形的程度如何？能否继续运行？如果有严重变形，变形的位置? 怎样处理？因此，积极开展变压器绕组变形诊断工作，及时发现那些有绕组变形的变压器，并有计划地进行吊罩检查和检修，不但可节省大量的人力、物力，对防止变压器事故的发生也有及其重要的作用。

目前，世界各国都在积极开展变压器绕组变形诊断工作，有些国家（如意大利）甚至把该项工作放在变压器预防性试验项目的首要位置。

国家电力公司在国电发[2000]589号文《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中，已明确把绕组变形试验列入变压器出厂、交接和发生短路事故后的必试项目。

相关部分条款摘录如下：(1)第15.2.5条：对110kV及以上电压等级变压器在出厂和投产前应做低电压短路阻抗或用频响法测试绕组变形，以留原始记录；(2)第15.6条：变压器在遭受近区突发短路后，应做低电压短路阻抗或用频响法测试绕组变形，并与原始记录比较，判断变压器无故障后，方可投运；(3)第20.2.9条：订购变压器时，应要求厂家提供变压器绕组频率响应特性曲线、做过突发短路试验变压器的试验报告和抗短路能力动态计算报告；安装调试应增做频率响应特性试验；运行中发生变压器出口短路故障后应进行频率响应特性试验，绕组变形情况的测试结果，作为变压器能否继续运行的判据之一。

2004年12月14日，国家发改委发布了电力行业标准DL/T911－2004《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》，该标准适用于6kV及以上电压等级电力变压器及其他特殊用途的变压器。

2 绕组变形的测量方法变压器绕组发生局部的机械变形后，其内部的电感、电容分布参数必然发生相对变化。

这是开展变压器变形测试的依据和基础。

常规方法(如测量变比、直阻和电容)诊断变压器绕组是否发生变形是困难的，因其灵敏度太低。

吊罩检查除了需花费大量人力、物力、财力外，对判断内侧绕组有无变形也是困难的。

作为绕组变形测试方法，主要有阻抗法、低压脉冲法及频率响应法三种。

2.1 阻抗法最早使用的绕组变形测试方法是阻抗法。

其原理是通过测量变压器绕组在50Hz下的阻抗或漏抗，由阻抗或漏抗值的变化来判断变压器绕组是否发生了危及运行的变形，如匝间短路、开路、线圈位移等。

国标和IEC标准都规定了额定电流下漏抗变化的限值，IEC 建议超过3%为异常，国标认为根据线圈结构的不同取2%～4%。

美国ANSI标准96年版已将短路阻抗测试作为预试项目之一。

多年来的现场使用经验表明该方法由于受条件所限，现场很难达到额定电流(尤其对大型变压器)，且对测试仪表的检测精度要求很高，往往难以获得必要的检测灵敏度，有时仅对那些绕组变形严重的变压器有效。

但阻抗法实施简单，又有标准可循，仍不失为一种互补的手段，尤其是对大量的中、低压等级的变压器。

根据电工原理，一个无源、线性、单端输入、单端输出网络的特性，可以用传递函数H(jω)或H(t)来描述。

变压器绕组是一个分布参数的电路网络，是一个电阻、电感和电容链，对不同频率的信号源有不同的响应，如在低频下呈现为电感特性而在高频下为电容特性。

因此，可将绕组看作一个两端网络，其中的网络参数反映了绕组结构的固有特性，既可通过测试其传输比参量随频率的变化(即频率响应)，也可通过测试其对低压脉冲的时域响应，反映网络参数的变化，反映绕组结构本身特性的变化。

这就是频率响应法（简称FRA-Frequency Respond Analysis）和低压脉冲法（简称LVI-Low Voltage Impulse）的测试原理。

2.2 低压脉冲法低压脉冲法的测试原理如图2.1所示。

在变压器绕组的一端对地加入标准脉冲电压信号(100V)，利用数字化记录设备同时测量绕组两端的对地电压信号Vo(t)和Vi(t)，并进行相应的处理，最终得到该变压器绕组的传递函数h(t)或H(jω)，即：h(t)=Vo(t)/Vi(t)h(jω)=Vo(jω)/Vi(jω)然后根据波形变化来判断变压器绕组变形。