两种绕组变形判别方法的应用分析

赵春芳，王世民，蒋大伟

(1.沈阳工学院信息与控制学院，辽宁 抚顺 113122；2.国网锦州供电公司，辽宁 锦州 121000；3.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

电力变压器是电力系统最重要的设备之一，变压器的安全可靠运行是保障电力系统稳定的基础。

电力变压器在运输或安装过程中如果受到冲撞可能引起变压器绕组的变形、绕组的整体移位或者引线受损甚至变形；在运行中可能遭受外部的雷电冲击、近区短路冲击，从而引发变压器绕组严重的扭曲、鼓包或移位等，使绝缘水平下降，导致变压器严重故障。目前绕组变形主要检测方法有频率响应分析法、低电压阻抗法[1-4]。本文重点分析两种检测方法的原理、优缺点、具体过程，通过应用实例进行分析，为变压器绕组变形检测提供参考。

1 低电压阻抗法

1.1 原理

变压器绕组之间、绕组与油箱之间的空隙等是变压器漏磁通的通路，如果绕组发生变形，可导致漏磁磁路发生变化，磁路变化会对漏磁大小产生影响[5]。由于短路电抗工频电压下近似线性，可用较低的电流和电压间接测量短路电抗。低电压阻抗法原理接线如图1所示。

1.2 判断标准

依据文献[6-7]，采用纵横比较的方法判断绕组变形情况，具体判断标准见表1。

图1 低电压阻抗法原理接线图

表1 低电压阻抗法纵横比标准 %

1.3 实例分析

1.3.1 故障情况

主变型号：OSFPS7-150000/220，接线组别：YNa0yn0，出厂日期：1991年1月，投运日期：1991年6月。

2002年3月19日，某线路因外力破坏造成B相接地，1.13 s后转为A、B相接地故障，2.03 s后C相接地，2.08 s后故障切除。主变压力释放阀动作喷油，因直流电阻、油色谱等试验项目无异常，主变投入运行。

2006年6月20日，主变进行试验时仅发现本体电容量和绕组变形试验数据异常。

a. 主变本体电容量试验

2006年试验数据与2000年预试相比，高中压绕组对低压绕组及地电容量误差为+12.2%；低压绕组对高中压绕组及地电容量误差为+13.5%。

b. 低电压阻抗试验

低电压阻抗试验存在明显异常，数据见表2。

表2 某主变低电压阻抗法试验数据

1.3.2 绕组变形情况分析

根据自耦变结构和漏磁分布，低压绕组变形对高—中短路阻抗无影响，中压(公共)绕组变形对高—低短路阻抗有较大影响，绕组结构布置如图2所示，绕组漏磁分布如图3所示。根据高—中数据分析，A、B相绕组可能存在严重的向内变形。

图2 绕组结构图

图3 漏磁分布

1.3.3 解体

a. 高压绕组。三相围屏解开后，高压绕组本身未见明显变形迹象。

b. 中压绕组。三相中压绕组均有不同程度的变形，B相最严重，如图4所示，A相次之，C相变形程度最小。

图4 B相中压绕组

c. 低压绕组。A相低压绕组发生变形，如图5所示，B、C相未见明显变形。

图5 A相低压绕组

由于高—中短路电抗数据的影响，除C相中压绕组外，其余绕组解体结果与低电压阻抗试验分析结果基本一致。

2 频率响应分析法

2.1 原理

在较高频率的电压作用下，电力变压器的每个绕组均可看作由分布参数组成的无源线性二端口网络，每个绕组对应的二端口网络参数是确定的，若绕组发生变形，传递函数发生变化。

2.2 判断方法及标准

2.2.1 判断方法

横向比较法是通过对比变压器同一电压等级的三相绕组幅频响应特性来判断绕组是否变形；纵向比较法是通过对比同一台变压器、同一绕组、同一分接开关位置、不同时期的幅频响应特性来判断绕组是否变形。

2.2.2 判断标准

幅频响应特性曲线中的波峰或波谷分布位置及分布数量的变化，是分析变压器绕组变形的重要依据。具体判断如表3所示。

表3 频响法绕组变形的判断标准

2.3 实例分析

2.3.1 主变情况

主变为1996年产SFPSZ9-180000/220型产品。本次故障前，在2009—2016年期间，1号主变66 kV侧共遭受短路冲击5次。

2.3.2 故障过程

2017年4月24日08:50:15.821，主变 66 kV出线3左、右线遭受雷击，距离I段、过流I段保护动作，重合成功；出线3左、右线断路器跳闸40 ms后，主变大差、小差比率差动保护动作，跳开主二次断路器，同时通过远跳装置跳开500 kV线路的断路器。主变所代66 kV Ⅱ母线停电，66 kV Ⅰ母线被转代，正常运行中。

2.3.3 主变现场检查

油位正常、压力释放阀未动作、周边未发现新油迹、外绝缘未发现闪络痕迹、瓦斯继电器内未见气体。

2.3.4 绕组变形试验

对绕组开展频率响应法变形试验，试验波形如图6—图8所示。

图6 高压绕组变形试验结果

图7 中压绕组变形试验结果

图8 低压绕组变形试验结果

2.3.5 绕组变形分析

a.f=1 Hz，C相高、中、低的幅值都较上次试验及本次试验A、B相幅值大；

b. 10 Hz

c. 100 Hz

d. 100 Hz

综上所述，C相中压和低压绕组变形的可能性最大，可能存在鼓包、匝间短路。

2.3.6 解体分析

a. A、B、C三相高压绕组没有发生变形；

b. 中压C相绕组发生纵向贯穿性鼓包变形且绕组上部第20—31层绕组散落，发生匝间短路，并至少有7股导线熔断，如图9所示;

c. 中压B相绕组上部第28—78层发生明显鼓包变形，如图10所示。

图9 主变中压C相变形

图10 主变中压B相变形

3 频率响应法与低电压阻抗法的对比分析

频率响应法和低电压阻抗法的优缺点如表4所示。

表4 频率响应法与低电压阻抗法的对比分析

4 结论

a. 频率响应法判别绕组变形故障具有灵敏度高、测试仪器轻便等优点。但由于采用高频弱电测试方法，其测试结果易受到各种干扰因素的影响；为了判别的准确性，建议每次测试都采用同厂家同型号的试验设备；该方法对历史数据依赖性高，如果没有历史数据无法进行纵向比较。

b. 低电压短路阻抗法受测试环境影响小，具有简洁明确的诊断标准，对测试设备的依赖性不高。但该方法具有试验设备笨重，不能准确判定绕组变形位置等缺点。

c. 鉴于频率响应法和低电压短路阻抗法已拥有成熟的应用经验，且相关标准也已颁布，建议现场检测时，应将两种检测方法的判断优点有机结合，以便提高判断准确性。

d. 为了更准确判断变压器绕组变形情况，还需结合现场油色谱分析结果、电容量大小及变化情况等综合分析。

参考文献：

[1] 孙 翔，何文林，詹江杨，等.电力变压器绕组变形检测与诊断技术的现状与发展[J].高电压技术，2016，42(4)：1 207-1 220.

[2] 秦家远，刘兴文，申积良.电力变压器频率响应分析法综述[J].湖南电力，2009，29(4)：60-62.

[3] 何 平，文习山. 变压器绕组变形的频率响应分析法综述[J].高电压技术，2006,32(5)：37-41.

[4] 张晓鹏.变压器绕组变形测试分析[J].东北电力技术，2004，25(12)：16-18.

[5] 胡 海，邓 勇，张 原.变压器短路阻抗解析表达式在绕组变形诊断中的应用[J].变压器，2015，52(8)：28-31.

[6] 电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则：DL/T 1093—2008[S].

[7] 电力变压器绕组变形的频率响应分析法：DL/T 911—2004[S].