变压器短路阻抗带电检测理论技术研究*

王海靖 王 勇 覃 煜 莫文雄 张 行

（广州供电局有限公司电力试验研究院）

0 引言

变压器是电力系统中重要的设备，变压器的健康状况是电网系统安全运行的重要影响因素。绕组移位、变形是变压器的常见故障。运输、吊装过程中的意外碰撞与外部短路电流的冲击，是引发变压器绕组变形的主要原因。根据国家电网公司 《十八项电网重大反事故措施》的内容，变压器绕组短路阻抗测试是防治大型变压器损坏事故的主要方法。变压器短路阻抗是指变压器内部在负载阻抗为零时产生的等效阻抗。对变压器短路阻抗带电检测理论技术进行探究，可以为电网系统的安全运行提供保障。

1 变压器短路阻抗带电检测理论技术的原理

一般情况下，电阻分量和电抗分量是变压器短路阻抗的主要组成部分。以110kV以上的大型变压器为例，此类变压器短路阻抗以电抗分量为主，电阻分量所占比例相对较小。变压器绕组的漏电抗是此种变压器的短路电抗分量的反映［1］，根据变压器的实际情况，变压器的漏电抗可以分为纵向漏电抗与横向漏电抗，横向漏电抗在变压器短路阻抗中所占的比例较小。绕组的几何尺寸可以被看作是变压器漏电抗值的决定因素，变压器绕组结构状态的变化，会让变压器的漏电抗有所变化。变压器短路阻抗带电检测理论技术可以根据短路阻抗的变化，判断变压器绕组的变形情况。

2 变压器短路阻抗带电检测理论技术的应用方式

2.1 变压器绕组变形测试分析判断原则

在变压器绕组变形产生以后，变压器运行过程中检测的电气参数和机械参数会改变。在电力参数与机械参数变化情况的影响下，变压器绕组变形分析是一个综合性的过程。变压器短路阻抗带电检测理论技术与以下因素之间存在着一定的联系：一是变压器三相间的短路阻抗测试结果的平衡性；二是短路阻抗的变化情况 （同出厂值相比）；三是变压器运行过程中的电气试验与绝缘油色谱分析情况；四是变压器运行过程中可能存在的异常现象；五是绝缘油的运行温度。可以说，统筹兼顾的原则是变压器绕组变形测试分析遵循的主要原则，对上述因素进行统筹分析，有助于变压器短路阻抗带电检测结果精确度的提升。

针对变压器阻抗电压值不符合技术协议或电力变压器短路阻抗允许值而出现的纠纷，相关单位在变压器产品出厂验收环节，需要根据相关技术协议，分析阻抗电压允许偏差值是否处于允许误差范围以内。并要按照现场见证的要求，对出厂验收阶段的短路阻抗检测进行强化。在订货阶段，相关人员需要在商务合同中明确短路阻抗实测值与额定分接位置保证值超出允许值时的解决措施。

2.2 短路阻抗法测试的连接方式

伏安法是变压器短路阻抗带电检测中常用的检测方法。这种检测方式主要应用于单相变压器及三相变压器的短路阻抗测量过程中。在测试工作开始之前，相关人员需要在变压器的一侧出线短接。出线短接需要保证各个出线端子的接触良好性，以便在降低引线回路电阻的基础上，提升测试结果的准确性。在出线短接完成以后，相关人员可以在变压器另一侧施加试验电压，以便在产生流经阻抗的电流以后，测量施加于阻抗之上的电流与电压。此种电压、电流的基波分量的比值可以被看作是变压器的短路阻抗［2］。

在变压器短路阻抗带电检测理论技术应用于变压器阻抗测试以后，相关人员需要在变压器高压绕组侧进行加压操作。为保证带电测试的测试精度，被试变压器出线端子需要与电压测量回路相连接。检验过程中使用的调压器的额定电流需要控制在10A以上。在带电检验进行过程中，流经被试变压器绕组的电流需要在额定电流的0.05-1%的数量级的基础之上。若带电检验中存在电流过大的问题，电源过载所导致的试验电压波形畸变现象也会影响测试精度。根据一些研究者的研究结果，在短路组抗应用于带电检验以后，变压器三项间接短路阻抗值的差异在2%以内，现场测试值与出厂值之间具有较大的分散性，这种分散性的百分率在4%以内。

3 变压器短路阻抗带电检测理论技术的应用及注意事项

3.1 试验电源电压不稳定性对检测结果的影响

实验电源电压不稳定性对变压器短路阻抗带电检测理论技术的影响，与电压基波分量在测量周期内的不稳定性之间存在一定联系。变压器短路阻抗为感性阻抗。受电流与电压之间的相位差的影响，在电压基波分量在测试周期内产生变化以后，电流并没有同步产生变化，由此而产生的测量误差会成为带电检测测量结果误差的诱因。

为解决电源电压不稳定性给短路阻抗带电检测理论技术应用效果的影响，研究者通常会借助多次测量求取平均值的检测方式，这种检测方式不仅会让带电检测的测试时间有所延长，也没有让测量误差得到有效解决。在短路阻抗测试仪应用于带电测量以后，相关人员需要利用这一设备对测量周期内所采集到的信号进行分析，以便在不延长测试时间的同时，降低测量误差。

3.2 试验现场50Hz同频干扰对检测结果的影响

50Hz同频干扰也是变压器短路阻抗带电检验的影响因素。根据电网系统的实际情况，50Hz同频干扰多用于指代变电所运行设备的电晕干扰与实验仪器使用的220V交流电源在于测量回路之间的耦合效应下产生的干扰。在带电检测实施过程中，出于提升检测结果精确性的需要，相关人员需要对同频干扰对短路阻抗测试结果的影响进行控制，如带电检验工作实施过程中使用的测试仪器需要在硬件层面控制交流电源耦合效应所引发的同频干扰。若测试现场同频干扰较为严重，检验人员可以将测试仪器换极性的方法应用于测试过程之中，并要提升被试变压器的试验电压与电流。

3.3 电源谐波对变压器短路阻抗带电检测理论技术的应用效果的影响

就带电检验的特点而言，谐波也是试验电源中可能存在的因素。电源谐波分量的幅值具有不稳定性特点。在变压器短路阻抗带电检验方面，高次谐波对变压器短路阻抗测试的测试值的影响，是与之相关的理论技术应用于实际检测领域以后所面对的挑战。受测试电源谐波的影响，变压器实测短路阻抗值与无谐波时的短路阻抗值之间会表现出一定的差异。在短路阻抗测试仪应用于带电检测过程以后，相关人员需要在检测工作开展过程中，使用滤波性能较强的测试仪器。一般情况下，软硬件相结合的方式是消除测试电源谐波对短路阻抗测试结果的影响的可行措施。它也可以让变压器绕组变形测试分析、判断的需要得到有效满足［3］。

3.4 其他注意事项

根据变压器的实际情况，同一型号的变压器技术参数的理论差异相对较小。但是在厂方工艺执行差异的影响下，由同一图纸生产的同种产品会表现出较大的技术参数差异。一些厂家会将某一台变压器的短路阻抗值及设计值视为同一批变压器产品的短路阻抗值或设计值。变压器阻抗名牌值未反映某一变压器的真实技术参数的问题是变压器短路阻抗带电检测理论应用于实际检测领域以后面对的突出问题。在变压器铭牌中的技术参数难以反映设备真实技术参数的情况下，相关人员在检测工作实施过程中，需要采用阻抗电压值、铭牌值和出厂值纵向比较的研究方法，也可以将配合绕组频响曲线的横向比较措施应用于带电检测过程之中。同一厂家生产的变压器以往的短路阻抗测试情况、短路阻抗实测值和铭牌值等因素需要视为绕组稳定性分析的参考依据，如果变压器铭牌值存在一定问题，相关人员需要对铭牌值与出厂值进行比较，并要尊重绕组单相电抗参数之间的横向比较结果。如果短路阻抗值与铭牌值之间具有明显偏差，电力企业可以要求厂家携带仪器设备进行现场频率响应实验，并要在对频响曲线进行纵向比较的基础上，判断变压器是否出现移位问题或变形问题。

4 结束语

变压器阻抗带电检测理论技术对变压器短路阻抗带电检验工作具有一定的指导作用。在这一技术投入实际应用以后，相关人员需要在明确理论技术使用原则的基础上，根据带电检验的实际情况，完善检验方案，以便对50Hz同频干扰、电源谐波等因素对带电检测结果的影响进行控制。在变压器投入运行以后，相关人员需要严格按照规程要求，开展阻抗带电检测，以便在变压器运行故障产生之前，确定变压器中存在的技术缺陷，进而为电网系统的安全运行提供保障。