110kV变压器绕组变形综合诊断方法及应用实例

杨帮华 刘 涛 姚文吉 陈海鹏 谢 彬

(国网黄石供电公司)

110kV变压器绕组变形综合诊断方法及应用实例

杨帮华 刘 涛 姚文吉 陈海鹏 谢 彬

(国网黄石供电公司)

变压器是电力系统最重要的设备之一，绕组变形是变压器常见故障。通过变压器油色谱法、电容量法、短路阻抗法及频率响应法等几种方法，本文测试一台受到短路冲击的110kV变压器，综合诊断变压器内部存在绕组变形缺陷情况，主变吊罩后发现变压器存在严重变形，证实了综合诊断方法的有效性。

主变压器；绕组变形；油色谱；短路阻抗法；频率响应法

0 引言

电力变压器在运行中受到近区或出口短路故障冲击，或在运输安装过程中受到碰撞冲击时，在电动力或机械力等冲击力作用下，变压器绕组可能发生一定程度的变形，包括铁心和绕组整体位移、绕组鼓包、扭曲等[1]。

根据电气试验规程，变压器绕组变形的试验项目和方法有油气相色谱法、绕组电容量法、短路阻抗测试法及频率响应法等[2]。根据多个方法测出的试验数据，对变压器绕组的变形情况进行综合分析和诊断，从而判定绕组变形的位置和程度。

1 试验方法

1.1 油气相色谱法

变压器绝缘油和固体绝缘材料中的热性故障和放电性故障时，油中的H2、CO2、CO和烃类气体显著增加。

故障气体的组成和含量与故障的类型及严重程度有密切关系，如果C2H2产生，则必然伴有放电现象，变压器绕组可能存在匝间、层间短路现象；如果没有C2H2产生，则表明没有放电现象存在，变压器绕组存在匝间、层间短路现象的可能性相对较小。

1.2 绕组电容量法

绕组之间存在电容，绕组对箱体及地也存在电容，这个电容量不仅可以反映变压器内部高低压绕组之间的相对位置，反映绕组对其他部件的相对位置，还可以反映绕组自身的结构状况。

变压器在现场安装好之后，绕组电容量是确定的。当变压器发生变形，其绕组相对位置发生改变，相应的电容量发生较大的变化。

1.3 短路阻抗法

变压器短路阻抗是变压器的一个重要参数，既可以反映变压器的铜损，还可以较为灵敏地反映变压器内部绕组的连通性和完好性。其原理是当变压器几何尺寸发生变化或绕组发生变形时，高低压绕组的电感发生变化，其短路阻抗也发生相应的改变[3-4]。

大型变压器的短路阻抗一般测试方法是将变压器低压侧短路接地，在高压侧施加一定的电流，测出相应的电压，再根据公式计算出来的。根据导则规定，220kV及以下变压器相对变化不超过±2%。进行相间比较时，相间的相对变化不超过2.5% 。

1.4 频率响应法

通过测试变压器高低压绕组的频率响应特性，根据特性曲线上波峰和波谷的数量、频率大小、零点值，进行三相比对，如果发现有较大差异，则绕组内部的电感和分布电容等参数发生了改变，从而表明绕组发生了一定的变化，包括鼓包、扭曲、引线位移、整体位移等现象。

特性曲线中的低、中、高频段的波峰或波谷位置发生明显变化，分别预示着变压器可能存在饼间或匝间短路绕组（电感发生改变）、可能发生鼓包和扭曲等局部变形（对地电容改变）、可能存在引线位移或线圈整体移位[5-9]。

2 应用实例

2016年3月27日11时35分，某市供电公司某110kV变电站2#主变高压侧刀闸过热烧损引起主变保护动作跳闸，变压器低压侧短路电流达到13kA。该变压器的型号为SZ11-50000/110，接线组别为YNd11，出厂时间为2006年8月，投运时间为2006年12月20日。电气试验人员对变压器进行诊断性试验，以便判断变压器的受损严重程度。变压器绝缘电阻、直流电阻、介损等试验数据与之前的例行试验数据相比，未发现明显变化。

2.1 油色谱试验

主变油气相色谱分析发现，油中溶解气体CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO2和总烃的含量的变化不大，而H2和CO的含量均有较大幅度的增长，C2H2含量基本无变化。由于绕组匝间、层间短路伴随放电现象发生，一般会产生C2H2气体。初步推测变压器内不存在放电现象，且绕组没有发生匝间、层间短路故障，只发生了油或固体绝缘受热分解现象，试验数据如表1所示。

表1 油色谱分析气体含量试验数据

2.2 绕组电容量试验

对变压器进行高、低压绕组进行电容量测试。高压对低压及地的电容量比交接试验值减小了2.25%，变化相对不明显；而低压绕组对高压侧及地的电容量比交接试验值最大增长17.1%，变化十分显著，可以初步判断低压绕组应有明显变形。测试数值如表2所示。

表2 电容量测试数值

2.3 短路阻抗试验

变压器铭牌阻抗为10.63%，对变压器进行短路阻抗测试，短路阻抗变化率ΔZK%为2.8%，超过规范规定的±2%，而三相阻抗之间的最大互差为5.14%，超过规范规定的2.5%。试验数值如表3所示。

表3 短路阻抗试验测试结果

2.4 频率响应试验

（1）高压绕组频率响应

高压绕组频率响应特征曲线如图1所示，相关系数如表4所示。

图1 高压绕组三相一致性

表4 高压绕组相关系数测试结果

低频段和高频段曲线一致性均较好，且相关系数均在正常的范围内；中频段曲线一致性相对差别较大，波峰或波谷位置有轻微位移，而对应的相关系数却在正常绕组数值范围（RMF≥1.0）内，表明高压绕组无严重变形，只可能存在轻微扭曲和鼓包等局部变形现象的情况。

（2）低压绕组频率响应

低压绕组频率响应特征曲线如图2所示，相关系数如表5所示。

图2 低压绕组三相一致性

表5 低压绕组相关系数测试结果

综合分析低、中、高三个频段的曲线一致性。低频段曲线一致性较高。中频段曲线一致性非常低，波峰或波谷位置有明显位移，且对应的相关系数在RMF＜0.6范围内，表明绕组存在明显扭曲和鼓包等局部变形现象的情况；且三相曲线一致性都很低，表明至少有两个绕组发生明显变形。

高频段一致性也非常低，波峰或波谷位置有明显位移，对应的相关系数在RHF＜0.6范围内，表明可能存在线圈整体移位或引线位移等情况。综上推断，变压器低压绕组至少两相绕组存在明显扭曲和鼓包等局部变形情况，同时可能存在线圈整体移位或引线位移现象。

2.5 综合诊断

综合上述几个试验的数据进行综合诊断。通过油色谱试验判断变压器高压绕组和低压绕组绝缘没有损坏，不存在匝间或饼间短路的情况。通过短路阻抗试验，可以推断变压器高、低压绕组存在问题。通过高压绕组电容量测试和高压绕组频率响应试验，判断高压绕组无严重变形缺陷，只可能存在轻微扭曲和鼓包等局部变形现象的情况。通过低压绕组电容量及低压绕组频率响应试验，可以推断变压器低压绕组至少两相绕组存在明显扭曲和鼓包等局部变形情况，同时可能存在线圈整体移位或引线位移现象。

2.6 吊罩解体检查

根据试验情况，建议主变不投运，进行吊罩解体，检查其内部的绕组受冲击程度和固体绝缘的好坏情况。

返回变压器厂家后吊罩发现，变压器高、低压绕组绝缘均良好，没有被损坏；高压绕组A、B、C三相没有变形，只是绕组与绝缘纸板发生了轻微的松动；低压绕组B相绕组完整性很好；低压绕组A、C两相存在明显扭曲和鼓包等局部变形现象，如图3和图4所示。

图3 A相低压绕组变形

图4 C相低压绕组变形

高压侧绕组并未发生变形，表明短路电流不是特别大，或者其作用时间极短，来不及造成高压绕组变形。低压绕组B相未受到强大短路电流的冲击，几乎没有变形；低压绕组A、C两相承受十分强烈的短路电流，巨大的短路冲击电流将使变压器绕组受到很大的电动力，并使绕组急剧发热，在较高的温度下，导线的机械强度变小，电动力使绕组变形。

3 结束语

本文基于一起变压器短路故障，介绍了故障后诊断方法，诊断出变压器内部低压绕组存在严重变形，得出以下结论：

1）当变压器受到短路电流冲击时，对变压器进行诊断性试验，重点关注油色谱、绕组电容量、短路阻抗和频率响应等四个测试项目。

2）结合多项试验的结果综合诊断。如果多个试验项目均表明某相绕组存在一定程度的变形，则可进一步根据试验数据变化的大小判定变形的严重程度。特别是当变压器的电容量发生较大变化时，变压器绕组发生变形的可能性极大。

3）变压器绕组的频率响应特性试验，通过波形可以大体推断变压器绕组的变形状况及部位。

[1] 罗铮. 两项检查变压器绕组变形的试验[J].高压电器，2005，41(5)：392-393.

[2] 刘效真，高占岭，李秀国，等. 一起变压器绕组变形故障的分析与判断[J]. 电气技术，2015，16(8)：92-94.

[3] 詹彦刚，彭广勇，潘盼盼. 大型变压器绕组频响试验中常见问题分析[J].电气技术，2014，15(4): 92- 94.

[4] 杨晓玲.低电压短路阻抗法在变压器绕组变形诊断中的应用[J].机电工程技术，2013，42(7)：91- 93.

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2017-01-05）