基于低电压短路阻抗法判断变压器绕组变形的影响因素分析

邓长生 王庆东

（国网四川省电力公司资阳供电公司，四川资阳641300）

0 引言

变压器在运输和安装过程中受到碰撞和冲击，在运行中受到出口（或近区)短路的冲击，在电动力或机械力的作用下，绕组的几何形状可能会发生不可逆转的变化，比如绕组整体发生位移，或绕组发生扭曲、鼓包、匝间或饼间短路等绕组轴向或径向尺寸的变化现象。变形严重的可能伴随绝缘材料的损伤，甚至绝缘破裂，进而引发变压器事故。低电压短路阻抗法作为判断变压器绕组是否变形的传统方法，有明确的判断标准，在现场得到了广泛应用。

1 短路阻抗法基本原理

短路阻抗是指额定频率和参考温度下，一对绕组中某一绕组端子之间的等效串联阻抗Zk=Rk+jXk（Ω）。对于110kV及以上的变压器，电阻分量在短路阻抗中所占比例非常小，短路阻抗值主要是电抗分量，短路阻抗测试时变压器等效电路如图1所示。一般情况下，励磁阻抗比漏阻抗大得多，可忽略，因此短路阻抗的数值基本可以认为是变压器的漏电抗Xk的大小。若变压器绕组结构发生变化，漏磁通的磁路将发生变化，从而改变变压器短路阻抗值，这就是通过测量变压器的短路阻抗判断变压器绕组是否变形的原理。

图1 短路阻抗测试变压器T形等效电路

现场测试时由于条件有限，特别是对大型变压器，难以达到额定电流。而变压器漏磁通回路中，油、纸、铜等非铁磁性材料是磁路的主要部分，99.9%以上磁压降落在线性的非磁性材料上，漏抗在电流从零到额定电流的范围内可以认为是不变的，因此可以用低电压短路阻抗法测量，与额定电流下的测试结果基本一致，不会影响其重复性。

短路阻抗可用无量纲的相对值表示，即表示为该绕组中同一绕组的参考阻抗Zref的分数值z，若用百分数表示，即：

其中，Zref=UN2/SN，UN为Z和Zref所属绕组的电压，SN为额定容量基准值。

此相对值等于该对绕组的短路电压，通常用百分数表示，即阻抗电压Uk%。

2 影响短路阻抗测试结果的因素

2.1 铁芯剩磁

短路阻抗测试是建立在励磁阻抗远大于漏阻抗的前提下，而变压器铁芯的剩磁会导致励磁电感测量值减小，直接造成变压器阻抗值偏小，从而增加了低电压短路阻抗测试的误差。剩磁量越大，误差就越大，如不注意，容易造成试验人员误判断，所以低电压短路阻抗测试宜安排在所有直流试验项目之前，当怀疑有剩磁影响时，应先对变压器进行消磁。

2.2 绕组温度

由于短路阻抗包括电阻分量Rk和电抗分量Xk，前者与温度有关，随温度增加而增加，所以应准确记录测试时的绕组温度，以便将短路阻抗试验数据校正到参考温度。一般换算到75℃：

式中，k=（235+75）/（235+t）；Ukt和Pkt为绕组温度为t℃时的短路阻抗和负载损耗；SN为变压器额定容量。

2.3 试验电源

短路阻抗包括电阻分量Rk和电抗分量Xk，后者与频率有关，一般为工频参数。有时因为检修电源或发电机电源频率不满足工频条件，会对短路阻抗值产生影响，应对测试结果进行校正。当试验频率与额定频率偏差小于5%时，短路阻抗可以认为近似相等，阻抗电压则按下式折算：

式中，f为试验电源频率，fN为工频50Hz，UX%与Ur%分别为试验频率下的短路阻抗无功分量和有功分量。

若同时考虑温度和频率换算，则有下式：

另外，试验电源的电压波动可能造成较大的测试误差，因此测量要选取较稳定的试验电源，并且可以通过平均法多次测量数据，对其进行处理，最大限度降低数据误差。当现场测试结果异常时，应监测电源质量，必要时更换稳定可靠的试验电源进行复测，排除试验电源对测试结果的影响。

2.4 试验接线

测量时一对绕组的一侧需短接，短接用的导线应有足够的截面积，连接处必须接触良好，且接线尽可能短，以减小引线回路电阻。测试线的长短也会影响测试结果，为保证测试精度，电压测量回路应直接接在被试变压器的出线端子上，以免引入电流测试线上的电压降。

2.5 其他影响判断的因素

比如现场工频干扰，耦合到试验回路引起误差。另外，纵向对比常采用变压器铭牌数据作为初始值，已有多起铭牌阻抗电压值错误的案例，因此试验结果异常时，在排除环境、人员、仪器等各因素后，还要注意铭牌数值和出厂试验测试值是否有问题，这在交接试验时尤为重要。

现场测试时往往受各种因素综合影响，容易使人产生误判，因此在排除各种影响因素后，如果数据仍然异常，应结合频率响应法、绕组电容法、绕组直流电阻测试、油色谱分析等其他试验进行综合判断。

3 测试案例及数据分析

四川某供电公司在对某220kV变压器做例行试验时，发现低电压短路阻抗异常，变压器型号为SFPSZ8-120000/220，测试时绕组温度为44℃，数据如表1所示。

表1 短路阻抗试验数据

其高压侧额定档对低压侧短路阻抗初值差达到1.39%，接近注意值1.6%，中对低短路阻抗最大相间互差达到3.32%，超过标准值2.0%。

从表2可知，中对低短路阻抗C相增加较大，低压C相绕组可能存在变形。为进一步分析，还需要利用绕组电容量测试、频响法进行验证。

表2 中压对低压绕组短路阻抗

为便于分析绕组电容量变化情况，按文献[1]的方法换算各绕组间和绕组对地的电容量，结果如表3所示。

从试验数据上看，低压绕组对铁芯及地电容量增加，初值差达10.2%，低压绕组存在变形。

图2是低压绕组的频响曲线，从幅频特性图谱分析，中频段A相与B相、B相与C相相关系数均低于0.6，参照DL/T911—2016《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》，低压绕组存在明显变形。最后对该变压器返厂吊罩检查，发现高、中压绕组未发生变形，低压绕组A、B相未明显变形，C相发生变形，证明了试验分析的有效性。

表3 换算后的电容量

图2 低压绕组频响曲线

4 结语

低电压短路阻抗测试简单易行，试验数据直观，通过横向比较能分析出变形绕组的相别。在实际测试时，要注意消除可能的影响因素，同时还应结合频率响应法、电容量变化法、绕组直流电阻测试等其他试验结果进行综合分析，增加绕组变形判断的准确性。