電力變壓器繞組變形原因分析及測試方法

劉英環(huán)

摘? 要：電力變壓器繞組軸向或徑向變形會對其安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生重大影響，嚴(yán)重時會導(dǎo)致惡性放電事故，因此對大型變壓器繞組變形原因分析和測試是一個重要課題，文章通過對變壓器繞組在機(jī)械力或電動力作用下可能發(fā)生軸向或徑向尺寸變化的表現(xiàn)形式、產(chǎn)生原因及測試方法進(jìn)行了闡述詳細(xì)介紹了繞組變形的測試方法，對變壓器的運輸、安裝、運行有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：電力變壓器;繞組變形;測試方法

中圖分類號：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）26-0142-02

Abstract： The axial or radial deformation of power transformer winding will have a significant impact on its safe and stable operation， and even lead to malignant discharge accidents. Therefore， it is an important topic to analyze and test the cause of large-scale transformer winding deformation. In this paper， the manifestation， cause and test of the possible axial or radial size change of transformer winding under the action of mechanical or electrical force are discussed the test method is introduced in detail， which can be used for reference in the transportation， installation and operation of transformer.

Keywords： power transformer; winding deformation; test method

1 概述

變壓器在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它利用電磁感應(yīng)原理，把輸入的交流電電壓升高或降低為同頻率的交流電輸出，當(dāng)電壓升高時，有利于電能傳輸，降低損耗，提高經(jīng)濟(jì)性;電壓降低時，為用戶提供方便可利用的電能，滿足用戶需求。

大型電力變壓器一般為油浸式，主要由器身、油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置、出線裝置組成，器身是核心部件，鐵芯、繞組、絕緣結(jié)構(gòu)、引線、分接開關(guān)集成在器身本體外殼內(nèi)，外殼內(nèi)充滿變壓器油，起到散熱和絕緣的作用。

電力變壓器在運輸、檢修、運行過程中，遭受機(jī)械外力、電動力時，可能導(dǎo)致繞組發(fā)生變形，變壓器繞組發(fā)生變形后繼續(xù)運行屬于帶隱患運行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生線路過電壓或短路電流沖擊時，誘發(fā)放電故障，甚至發(fā)生短路現(xiàn)象，造成電網(wǎng)事故。因此，在變壓器交接試驗和預(yù)防性試驗時加強(qiáng)繞組變形測試十分必要。

2 繞組變形原因分析及預(yù)防措施

2.1 繞組變形原因

（1）變壓器繞組受外力沖擊。新出廠的變壓器在運輸、就位、安裝過程中，不可避免的要受到外力影響，例如，運輸、就位時發(fā)生碰撞或較大幅度傾斜;安裝時內(nèi)部鉆檢或吊罩檢查，工器具、機(jī)械的碰撞等，都將導(dǎo)致繞組發(fā)生損壞和變形現(xiàn)象。（2）運行過程中受短路電流沖擊。短路電流沖擊是導(dǎo)致變壓器繞組變形的主要原因之一，特別是在近變壓器本體短路，繞組經(jīng)過的短路電流數(shù)值很大，使其遭受巨大的電動沖擊力，由于電流的熱效應(yīng)，導(dǎo)致繞組溫度迅速升高，導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度迅速下降，最終將導(dǎo)致變壓器繞組發(fā)生變形。（3）保護(hù)系統(tǒng)存在死區(qū)或動作失靈。變壓器配有二次保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)故障發(fā)生時，保護(hù)動作，切除故障，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大，但有時保護(hù)存在死區(qū)或保護(hù)拒動，不能立即切除故障，使變壓器長時間受到短路電流作用，最終導(dǎo)致繞組發(fā)生變形直至燒毀。（4）自身缺陷。變壓器繞組由于自身設(shè)計、制作的缺陷，當(dāng)發(fā)生短路故障時，承受力差，在短路電流沖擊下，將導(dǎo)致繞組發(fā)生變形。

2.2 變壓器繞組變形的防范措施

變壓器繞組尺寸發(fā)生變化后，一般不會立刻發(fā)生事故，但變形部位的絕緣已破壞減弱，當(dāng)再次受到過電壓或短路電流沖擊時，極易造成絕緣擊穿，引發(fā)事故;即使在正常運行情況下，也有可能因為變形，局部放電加劇，長時間作用而導(dǎo)致絕緣擊穿，引發(fā)突發(fā)事故。因此，變壓器在制造、安裝、運行過程中，要對繞組進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)和測試，盡量減少因變壓器繞組變形引發(fā)的電力系統(tǒng)事故。

（1）變壓器設(shè)計時，充分考慮運行環(huán)境、電網(wǎng)短路電流參數(shù)等各種因素，提高變壓器抗短路能力。繞組纏繞由熟練的技術(shù)工人進(jìn)行，保證繞組的間隙、松緊度一致。（2）變壓器運輸時，本體加裝三維沖撞記錄儀，以檢測運輸過程中是否受到外力沖擊。運輸時速、道路坡度應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行廠家技術(shù)要求，特殊地理位置安裝的變壓器，采購時應(yīng)明確告知當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\輸情況，以便廠家采取相應(yīng)措施，以便滿足運輸要求。（3）變壓器的保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該完善，不留死區(qū)，目前220kV及以上電壓等級變壓器，一般配置兩套不同原理的保護(hù)裝置，確保發(fā)生故障時，能夠快速動作，切除故障。

3 繞組變形測試

變壓器繞組發(fā)生變形后，通過絕緣油的試驗和耐壓試驗很難發(fā)現(xiàn)，因此有針對性的對變壓器繞組進(jìn)行變形測試，能夠較準(zhǔn)確的判斷繞組是否變形和變形的程度，從而采取相應(yīng)措施，為變壓器安全穩(wěn)定運行提供保障，減少系統(tǒng)故障。變壓器繞組變形測試方法目前主要有三種：頻率響應(yīng)法、低電壓短路阻抗法和綜合測試判斷法。

3.1 頻率響應(yīng)法

利用電壓頻率調(diào)節(jié)試驗設(shè)備，對變壓器每一繞組的單端施加一系列特定頻率的信號，依次測量其響應(yīng)端電壓U2和激勵電壓U1，獲取其幅頻響應(yīng)曲線，即：F（f=l0kHz～1MHz）=201g（U2/U1），通過該曲線形態(tài)分析判斷繞組變形狀態(tài)。對于星形接線的變壓器繞組依次測量OA，OB，OC的頻率響應(yīng)特性，對于三角形接線的繞組依次測量AB，AC，BC的頻率響應(yīng)特性。

3.1.1 繞組變形判據(jù)

中、低頻部分（10～500kHz）的頻響曲線中諧振點變化可以靈敏地反應(yīng)變壓器繞組斷股、鼓包、扭曲、餅間錯位等變形情況;高頻部分（500kHz以上）能反應(yīng)出繞組的位移情況。對于110kV及以上電壓等級變壓器頻響曲線的高頻部分，由于影響因素較多，在進(jìn)行判斷時，應(yīng)重點注意中、低頻部分，高頻部分作為必要時的參考。

3.1.2 變形程度判斷

變壓器繞組發(fā)生變形后，還需要判斷變形程度。變形程度按上述定義劃分為正常繞組、一般變形、嚴(yán)重變形三種

3.1.3 測試時注意事項

（1）測試變壓器繞組的頻率響應(yīng)特性時應(yīng)確保每次測試時分接開關(guān)均處于同一位置（一般選額定分接），以便對試驗結(jié)果進(jìn)行前后對比。（2）變壓器套管母線對地雜散電容是不固定的，為得出準(zhǔn)確的測試結(jié)果，測試時，變壓器應(yīng)與電網(wǎng)完全脫離。（3）為防止變壓器繞組中靜電電荷損壞測試儀器，繞組變形測試需在直流試驗項目之前進(jìn)行，如已進(jìn)行相關(guān)直流試驗項目，必須對繞組進(jìn)行充分放電。（4）測試時使用專用的測試線纜，并且與變壓器繞組可靠連接，減小接地電阻。（5）測試時，試驗儀器應(yīng)可靠接地，應(yīng)聯(lián)接在變壓器鐵心接地處，接地線盡可能短且不應(yīng)纏繞，試驗電源應(yīng)采取增加隔離變壓器的措施。

3.2 低電壓短路阻抗法

當(dāng)負(fù)載阻抗為零時，變壓器的電抗分量就是繞組的漏電抗，由繞組的幾何尺寸決定，當(dāng)變壓器繞組發(fā)生變形后，會引起短路阻抗值的改變。

3.2.1 測量原理

漏電感Lk的大小與繞組位移、變形相關(guān);短路阻抗Zk、短路電抗Xk都是Lk的函數(shù);對一臺變壓器而言，當(dāng)繞組發(fā)生變形、幾何尺寸發(fā)生變化時，會引起Lk的變化，因此，對Zk、Xk相應(yīng)的變化量進(jìn)行分析判斷可以得知反應(yīng)繞組變形的情況。

3.2.2 變形判斷

變壓器繞組之間、繞組內(nèi)部與油箱之間的空間等是變壓器漏磁通的通路，當(dāng)變壓器繞組發(fā)生故障后，漏磁磁路可能發(fā)生變化，磁路的變化直接影響漏磁大小，具體如下：（1）當(dāng)短路阻抗的變化量為正偏差時，說明兩繞組間的漏磁空道變大，可以判斷兩繞組間的距離變大。（2）當(dāng)短路阻抗的變化量為負(fù)偏差時，說明兩繞組間的漏磁空道變小，可以判斷兩繞組間的距離變小。

變壓器的漏磁電抗可以反映出繞組的變形、位移及匝間短路等情況。變壓器在運輸過程中和投運后，很可能受到機(jī)械力和電動力沖擊，通過測量沖擊前后短路電抗值的變化，可以判斷繞組是否發(fā)生變形。

3.2.3 測試時注意事項

（1）測試時，一般低壓側(cè)短路，高壓側(cè)加壓，這樣試驗電流小，容易滿足條件，并且測量的高壓側(cè)阻抗電壓數(shù)值大，相對準(zhǔn)確。（2）銘牌上的短路電壓Uk%是75℃時的計算值，現(xiàn)場測試時溫度達(dá)不到75℃，結(jié)果往往比銘牌值小，必要時進(jìn)行換算。（3）分接位置對測試結(jié)果有較大影響，測試時，一般置于最高分接位置，以便測試結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。當(dāng)變壓器銘牌或出廠試驗報告中，明確了短路阻抗值測試時的分接位置，后續(xù)測試應(yīng)處于同一分接。

4 結(jié)論

頻率響應(yīng)法測試變壓器繞組變形試驗儀器簡單、易操作，靈敏度高，但該方法是采用高頻弱電測試方法，測試結(jié)果容易受到外界因素干擾，對歷史數(shù)據(jù)依賴性高，沒有歷史數(shù)據(jù)將無法進(jìn)行縱向比較，同時每次測試時盡量采用同廠家、同型號儀器進(jìn)行。低電壓短路阻抗法測試受外界影響小，數(shù)據(jù)可信度高，具有簡潔明確的診斷標(biāo)準(zhǔn)，對測試儀器依賴性低，但試驗設(shè)備笨重，試驗重復(fù)性差，同時不能準(zhǔn)確判斷繞組變形具體位置。

針對兩種測試方法的優(yōu)缺點及近些年的應(yīng)用經(jīng)驗，目前110kV及以上變壓器交接試驗、預(yù)試時均采用兩種方法測試，留有原始數(shù)據(jù)，以便發(fā)生短路事故時，能夠更準(zhǔn)確的判斷變壓器繞組變形情況，為變壓器安全穩(wěn)定運行提供依據(jù)。

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