综合诊断在提高变压器绕组故障诊断准确率中的应用

黄道文

（广东电网公司茂名供电局，广东 茂名525000）

0 引言

变压器是电网中最重要的设备之一，其在运行中经常受到外部短路故障电流冲击。根据多年统计，短路冲击是导致变压器故障的最主要因素。短路冲击所导致的绕组变形是变压器最严重的故障，在变压器发生绕组变形之后，我们通常采取吊罩检修处理，工程浩大，需要花费大量人力、物力。因此在变压器遭受到短路冲击后，提高故障诊断的准确率非常重要。油色谱分析、绕组变形测试、电容量测试、变比测量、直流电阻测试在反映变压器绕组故障方面各有侧重，可以相互印证，大大提高故障判断的准确率。本文结合实例对上述诊断方法进行分析。

1 各种试验方法效果分析

1.1 油色谱分析

大型电力变压器一般都是用油来进行绝缘和散热的，在变压器运行时，变压器油和其中的固体绝缘材料在热和电场作用下老化分解出少量气体，产气速率很慢，当设备内部故障时，就会加快这些气体的产生速率，这是诊断故障存在与否和严重程度及发展趋势的一个依据。

变压器内部不同性质和类型的故障（过热、放电、受潮）产生不同的特征气体（基于氢、各种烃类和绝缘纸板纤维素分子有不同的化学键能），例如局部放电时总会有氢，较高温度的过热时总会有C2H4，而电弧放电总会有C2H2，因此，故障下产生气体的成分是诊断故障性质的重要依据。表1列出了不同故障类型对应的气体组成，可以作为故障后初步判断的基础。

表1 变压器故障类型与产生气体组成

1.2 绕组变形测试

变压器绕组发生变形后，一般采用的是频率响应法。在较高频率的电压作用下，变压器每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感、电容等分布参数构成的无源线性双口网络。如果绕组发生了轴向、径向变形，绕组内部的分布电感、电容等参数必然改变，导致其等效网络的传递函数的零点和极点发生变化，从而使网络的频率响应特性发生变化。频率响应法能灵敏地反映绕组的电容和电感的变形。

频率响应法灵敏度非常高，对绕组绝大多数故障均可以图谱反映，但是不能很好地判断绕组故障的严重程度。因此，频率响应法可以用于绕组是否发生变形的初步判断，至于发生何种变形、变形的严重程度则需要借助其他试验项目进行综合分析。

1.3 电容量测试

绕组的电容值直接反映了各个绕组间、绕组对铁芯、绕组对箱体及地的相对位置和绕组的自身结构等。变压器出厂后，其各绕组电容量基本上是一定的。当变压器遭受短路冲击后，各级绕组无变形或变形轻微，其电容变化量很小，如果某侧绕组变形严重，则其电容量变化较大。

电容量测试是利用介损测试仪器按常规方法测量电容，然后分解出绕组间或绕组对铁芯和外壳的电容，根据其变化程度来判断绕组是否发生变形，严重变形时会导致绕组电容值发生明显变化。一般被测电容值与历史数据相比差别大于10%时，绕组可能已经发生中度变形；大于15%时，变压器内部可能存在严重变形。

在绕组受到冲击后，由于变低短路电流最大（变低绕组的短路电流一般是变高、变中的十几倍乃至几十倍），变低绕组最容易受到冲击而发生变形。在发生短路故障时，由于绕组绕向和结构原因，发生较多的变形是变低绕组向内（铁芯部位）凹陷，外部绕组向外（油箱外壳）凸出，如图1所示。

图1 变压器绕组变形图

1.4 变比测试

变压器变比测试是用来确定主变绕组线圈或线段的匝数是否符合要求，各分接的引线和分接开关连接是否正确的。在变压器发生故障后，变比测试可以用来检查是否存在匝间短路。总的来说，变比测试对于诊断分接开关触头烧蚀、匝间短路类故障比较有效，而对于判断绕组整体移位或局部变形等情况效果不明显。

1.5 直流电阻测试

绕组直流电阻测试可用于检查绕组的焊接质量和绕组是否匝间短路，检查分接开关触头是否良好，引出线是否断裂，多股导线并绕的绕组是否断股，接线板连接头是否连接良好。因此，测量直流电阻对于发现绕组是否发生断股、脱焊、匝间开路、分接开关故障等有效，而对诊断绕组整体变形、匝／饼间的局部拉升／压缩等效果不明显。

2 事故案例分析

2010年9月11日，某站发生一起220kV主变低压侧短路事故，主变型号为 SFPSZ7－150 000／220，低压侧额定电流为3 200A，低压侧短路电流超过40 000A，短路电流超过额定电流的10倍。三侧开关跳闸。事故后于9月12日进行主变试验，试验完毕后有以下试验数据出现异常：

2.1 油色谱分析

油色谱试验数据如表2所示，从绝缘油的色谱分析可以看出，发生短路故障后，C2H2由0增长为16，H2也有一定的增长，其他气体较为稳定。绝缘油中出现C2H2说明发生电弧放电缺陷，问题比较严重，可能是由于绝缘结构在高电应力作用下遭到破坏，从而导致放电，但是放电位置不确定。

表2 油色谱试验数据

2.2 绕组变形测试（频率响应法）

故障发生后，进行了频率响应法测试，高、中压绕组同故障前一致，且三相较为一致，而频响法测得的事故后低压绕组波形如图2所示。

图2 事故后变低绕组频率响应波形

从上述绕组变形试验数据可以看出，事故后ca绕组与ab、bc绕组明显不一致，从而得知变低绕组发生明显变形，由于中频段（100～600kHz）反映的是局部变形，因此判断绕组发生了局部的变形。

2.3 电容量测试

电容量测试发现电容量有较明显的变化（表3），事故发生后，变中绕组对变高绕组、变低绕组及地的电容量减小了4.48%，而变低绕组对变高绕组、变中绕组及地的电容量增加了13.8%，增加较为明显。分析主变绕组内部结构得出，事故发生后变低绕组向内变形，变中绕组向外变形，从而导致变低绕组与铁芯的距离减小，电容量增大；变中绕组与铁芯及低压绕组距离增大，电容量减小。

表3 电容量测试数据

2.4 直流电阻测试

绕组直流电阻测试数据如表4所示。

表4 直流电阻测试数据

可以看到变低ab相电阻与2009年比有34%的增幅，远超过规程要求。三相不平衡率也高达32.7%，超过规程规定的2%。由此可以判断，低压绕组可能发生了扭曲、断股等变形。

2.5 试验总结

在本次事故处理中，绝缘油色谱分析、绕组变形测试（频率响应法）、电容量测试、直流电阻测试结果均出现异常，变比试验未发现异常。这些试验项目从各个方面反映了绕组的故障情况，通过综合分析可以对故障情况得出一个比较确定的结论。在后来吊罩检修时，发现低压ca相绕组向铁芯侧凹陷比较明显，绕组局部扭曲，且有断股现象，与试验数据所作出的判断基本相符。

3 结论

通过理论分析和实际试验情况可以看出，各种试验项目的侧重点不同，针对不同的故障形式和状态的灵敏度也有差异：

（1）绝缘油色谱分析能灵敏反映变压器内部过热、放电故障，但是无法确定故障部位，且当变压器绕组发生变形但是没有形成放电时，该方法不容易发现绕组变形。

（2）频率响应法对绕组内部变形测试效果较好，但对于具体为何种变形辨识比较困难，也较难确定变形的具体部位，单纯采用频响法不能很好地判断变压器绕组故障的严重程度。

（3）电容量法可以测出绕组不同部位的电容，通过电容变化判断绕组的整体变形，对局部变形则不能灵敏反映。

（4）变比测试可以发现绕组是否存在匝间短路故障。

（5）直流电阻法可以测出绕组是否存在断股、脱焊等现象，适用于诊断绕组局部缺陷。

对多种试验项目的试验数据进行综合分析，可以大大提高变压器绕组故障判断的准确性，进而提高事故处理效率。

［1］靳淑云，孙继成，董宝骅.变压器绕组变形的状态评估及有效预防变压器短路事故发生的措施［J］.电力设备，2007（6）

［2］勇明，黄芬.变压器绕组变形检测和诊断方法论述［A］.第四届江苏省电机工程青年科技论坛论文集［C］，2009