绕组变形在变压器诊断试验中的应用

张文韬 国网四川省电力公司检修公司

变压器绕组由于外部短路等原因导致变形甚至破损的故障较为常见，这对电力网的稳定性和安全性有很大的影响。变压器绕组变形是设备运行时常见的故障类型，在一定程度上制约了变压器安全运行。

在复杂多变的运行环境下，由于设备质量、电网负荷波动、外界因素等原因，主变压器故障时有发生。主变压器跳闸后能否继续投入运行，就需要在现场对主变进行试验诊断及故障分析。这就对现场事故分析及诊断能力提出了更高的要求。

一、电力变压器绕组变形研究

（一）绕组变形类型分析

变压器绕组变形一般有绕组松动、径向变形以及轴向变形三种形式，当绕组出现径向变形时，绕组内应变、应力最大位置以发生在导线窄面为主，导线宽面位置几乎不发生应变，布置在导线宽面上的两根光纤几乎不会发生应变，但是绕组出现轴向变形发生概率会显著低于径向以及绕组松动。

（二）绕组变形原因分析

当电流在绕组中流动时，在绕组周围产生磁场。大部分磁通集中在铁芯上，剩下的在铁芯窗口形成漏磁通。由于变压器绕组的结构比较特殊，它会受到轴向力和幅向力的双重影响。一般情况下，漏磁通很低，绕组比较稳定。一旦出口发生短路故障，漏磁通急速增加，当绕组达到最大承受应力，绕组开始变形。

同时，在电力变压器的安装和维护中，外力使紧固件松动，这降低了绕组的短路能力。在正常状态下，由于电动力的作用，绕组也可能发生故障。特别微小的变形，如不及时排除，当发生短路时，绕组突然严重变形甚至发生非常严重的事故。主要变形包括：线饼倾斜、轴向变形、幅向变形、匝间/饼间短路等。

二、绕组故障检测方法

（一）短路阻抗法

最早的检测变压器绕组问题的方法是短路阻抗法，额定电流为负载电流以及变压器为空载时，绕组形变依靠对变压器的阻抗情况测量可以得到有效解决。这一检测原理是根据变压器原理总结所得，电阻和漏抗组成了变压器绕组。变压器绕组的机械结构决定了绕组阻抗的大小。当绕组发生形变时，阻抗也会发生变化。为了提前检测变压器绕组故障问题，可以进行周期性的阻抗测量。将周期内测得的结果与正常情况下的阻抗数值对比，如果数值对比上存在明显的差异，那么则认为发生了形变，此时就需对变压器进行检查。在长期的实践与变压器运作经验当中表明，短路阻抗法是非常有用且成熟的绕组变形监测方法，目前已形成行业规范网。但是这一方法也存在缺点，就是只能在变压器离线时进行检测。

（二）频响分析法

频响分析法（FRA）与短路阻抗测试法十分相似。二者之间的区别是频响分析法测量的是输出信号。变压器绕组由于无电源，所以可将其视作线性无源网络。对输出信号的进行观察。所以当输出信号与正常信号对比之间出现明显差异时，就可以认为变压器绕组发生了形变。与短路阻抗法一致，此种方法也需要在变压器处于离线状态时方可使用，在变压器离线状态时施加正弦波扫描信号。由于输出信号的要求并没有明确的规定要求，因此需要检测人员极高的技术水平与工作经验，同时这也是频响分析法的缺点。

（三）扫频阻抗法

扫频阻抗法是一种新型的变压器绕组变形检测方法，可以在一次测试中获得变压器绕组扫频阻抗曲线和短路阻抗值，可以有效减少多次布线引起的误差扫动阻抗测试系统的配置包括信号发生器、功率放大器、数据收集卡、采样电阻、PC机、连接线、固定装置等。

扫频阻抗法用于变压器绕组变形的检测，其结合频率响应法和短路阻抗法的优势，可以在一次测试中即获得频谱特性，同时也可以得到短路阻抗信息。

扫频阻抗谱与频率响应曲线类似，都由多个波峰和波谷构成。当等效绕组模型发生串联谐振时，串联阻抗为零，并且在幅值谱中形成波谷。当发生并联谐振时并联阻抗无穷大，在幅值谱中形成波峰。

三、案例概述

如何检测变压器绕组变形并诊断绕组的运行状况、在重大故障发生前排除故障是提高电力系统供电可靠性必须解决的问题，对推动我国坚强电力系统建设至关重要。基于此，本文以实际工程案例展开分析概述。

（一）试验背景

2018年6月21日，在一年一度的主变迎峰度夏色谱试验中，公司变电运检中心电气试验班发现某公司送检的35kVXX变2号主变烃类气体含量骤增，乙炔含量由2017年6月22日的0.52µL/L骤增到61.44µL/L，随后对该台主变绝缘油进行多次跟踪检测，并将试验结果反馈至该公司。该公司并未对2号主变做进一步处理。直至2019年12月1日，该供电公司对35kVXX变2号主变绝缘油进行滤油，在滤油后乙炔含量变为0.55µL/L，但在投运仅短暂两天后，乙炔含量再次增加到2.9µL/L。根据油色谱化验结果，试验人员判断该台主变内部存在电弧放电现象。

（二）现场试验分析

2020年4月16日，由 该 公 司 委 托 对35kVXX变2号主变进行现场电气诊断试验。根据油色谱试验数据，试验人员怀疑该主变内部存在放电缺陷，现场先进行了绝缘试验项目：绕组绝缘电阻、绕组连同套管的直流电阻，电压比、绕组连同套管的介损电容量、绕组直流泄漏、有载分接开关试验、油质化验等试验，试验数据均未发现问题。此时试验人员仍怀疑绕组存在问题，遂用频响法进行了绕组变形试验。

绕组变形试验数据：测试仪器为北京圣泰TDT6U，环境温度14.2℃，环境温度12%，对2号主变高低压绕组频响曲线分析后，发现35千伏侧CA绕组与AB、BC绕组幅频响应特性曲线，在大于350kHz的中频段及高频段的波峰、波谷发生明显变化，由此断定高压绕组存在扭曲、鼓包等局部变形现象或线圈整体移位或引线位移等情况。低压侧10kV绕组三相频响曲线一致，绕组无明显变形。

（三）返厂解体检查情况及原因分析

2020年4月27日，公司决定对绕组存在严重变形的2号主变返厂解体，县公司人员进行旁站监督，解体检查情况如下：吊罩后绕组外观检查发现，35kV侧绕组A相、C相中部分接段存在明显鼓包和变形，线饼位移现象；绕组及铁芯试验情况显示，对铁芯及绕组进行绝缘试验，绕组导线绝缘由于线饼移位而损坏。

吊心检查情况总结：变压器A、C相高压绕组在中部分接段存在明显鼓包和变形、线饼位移现象。绕组导线绝缘由于线饼移位而损坏，线饼局部有放电痕迹。变压器套装绝缘件变形、开裂，器身有积碳，油污痕迹。油箱在管接头焊接位置、组件密封处有渗油现象。

原因分析：根据运行情况分析，35kVXX变因112安龙线出口短路，造成10kV甲母A、B相电压互感器炸裂，对2号变压器本体造成冲击，且该主变为铝质绕组，抗短路能力差，在较大的短路冲击电流下而产生变形，A、C相绕组中部位移、鼓包严重，造成绝缘损坏，线饼局部产生放电，从而形成乙炔。

变压器油气相色谱分析能灵敏反应变压器内部异常和缺陷。当化验结果出现乙炔时，应及时对主变进行诊断试验；由于缺陷的部位、发展情况不一样，现场试验分析存在一定的复杂性，单纯的绝缘试验不足以全面反映主变状况，需综合分析；当主变出口短路或近区短路，应立即进行绝缘油色谱试验及停电进行绕组变形试验，确保主变健康运行。由于铝质绕组不满足抗短路能力要

求，在设备选取时应避免选用铝质绕组变压器，必要时开展抗短路能力校验。

四、结束语

变压器类设备是电力系统中重要的主设备，直接关系到电网的安全稳定运行。基于此，本文结合现场1台35千伏主变压器的诊断试验情况，对现场变压器故障分析试验的重要性进行分析，意在为同行业者提供参考意见。