变压器绕组变形综合判断及实例分析

周帆，陈欣，代正元，张庆，浦通，鲁强

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南 昆明 650011）

0 前言

变压器作为电力系统中，最为重要也是价值最高的设备。其安全稳定的运行是保障电网安全的基础。但随着电网规模的不断扩大，系统短路容量也不断增大，变压器受系统内的冲击可能性也随之增加。当变压器发生近区短路时，变压器受到突然的冲击容易发生绕组变形问题。而其绕组变形由轻微发展到严重需要一段时间，常规的试验项目难以发现初期故障，最终导致故障发展造成严重损失。因此，通过对变压器运行状况及绕组变形试验数据的综合分析，对变压器进行综合的判断分析，判定变压器内部是否出现绕组故障问题，为变压器的运维提供指导意见，确保变压器的安全稳定运行。

当变压器绕组发生变形后，会使绝缘距离发生改变，电场分布发生变化，造成绝缘下降甚至损坏。长期的累积效应将会造成绕组抗机械能力下降，再次冲击造成损坏。而绕组变形测试，就是应对发生上述问题的主要手段。目前，常规的绕组变形测试主要有频率响应法，短路阻抗法及绕组电容量测试。本文中，笔者前期通过对变压器试验数据综合分析，对变压器运行状况进行评判，对异常状态变压器进行停电试验。在频响法和短路阻抗法的基础上，增加绕组电容量测试，并综合变压器运行状况，提出了变压器绕组变形综合判定方法，有效防止了变压器突发故障的发生[1-2]。

1 试验变压器情况分析

昆明供电局变电检修人员在进行2022年设备状态评价时发现多台变压器出现绕组绝缘电阻异常下降的情况。经过统计后发现，这部分绝缘电阻下降异常的变压器均为同一厂家2004年-2006年产品，为同一型号：SFSZ10-50000/110GYW。遂怀疑存在批次性内部故障问题。经过对历年高压试验及油化数据分析，发现除绝缘电阻下降外其余数据均合格，且无明显变化趋势[3-4]。结合变压器历年运行状况，将问题锁定在绝缘油微生物及铜离子污染与绕组变形上。在进行了绝缘油进一步理化分析后，排除了绝缘油问题，遂决定对该批次变压器进行绕组变形诊断性试验。目前测试结果显示三台变压器（110 kV大板桥1、2号主变，110 kV小石坝2号主变）存在绕组严重变形的情况，并对3台变压器进行解体验证了测试结果，其绝缘电阻变化情况见表1所示。

表1 变压器绝缘电阻情况（GΩ）

查阅历史资料，发现三台主变在2009-2010年各发生过一次35 kV侧主变近区短路的情况，由于当时未有明确规程规定近区短路后的试验，遂未进行绕组变形测试。且三台主变均处于同一环网，主要供应工厂用电。在2016年起每年均多次过载，最高达到过1.12倍。绕组受到冲击后，加上过载等因素，造成绕组变形的累积效应，最终发生严重绕组变形[5-8]。

2 绕组变形试验分析

2.1 频响法测试

频响法判断绕组变形是靠相关系数进行，标准见表1所示。对于运行年限较长的变压器，由于绝缘老化或受潮等因素，将会对频响测试方法造成一定的影响[9-11]。由于篇幅限制，本文仅对110 kV大板桥1号主变数据进行具体分析。其余两台变压器数据分析过程与之类似，在此不做进一步分析。

2022年03月10日 对110 kV大 板 桥1号主变进行频响法绕组变形试验，当天环境温度为22℃，油温为20℃。高压、中压、低压绕组波形见图1~3。其中相关系数见表1~3，根据国标规定有低频段为1~100 kHz、中频段100~600 kHz、高频段为600~1000 kHz，全频段为1~1000 kHz。其中表2~4中相关系数123对应示ABC，R21表示为A、B相之间的相关系数。

表2 相关系数法判断方法

图1 高压绕组频响曲线

图2 中压绕组频响曲线

试验设备为红相电力股份有限公司研制的绕组变形频响法测试系统，根据标准《变压器绕组变形测试导则》中判定标准，高、中、低压绕组均存在明显变形的情况出现。高压绕组中频段波形出现异常偏差，特别是AB与AC之间相关系数仅为0.38、0.41。中压绕组从波形上看在中频段已出现波形平移的趋势，且中频段AB之间相关系数0.601已接近明显变形限值。低压绕组AC相关系数在低频段仅为0.71，从波形上看，B相明显发生偏移现象。

表3 高压绕组相关系数分析结果

2.2 短路阻抗法测试

2022年03月短路阻抗法测试结果见表6~8。其中，表中高压侧选取1、9、17三个档位，中压侧选取3档进行测量。

表6 高对中短路阻抗测试结果（2022）

表7 高对低短路阻抗测试结果（2022）

表8 高对中短路阻抗测试结果（2007）

表4~5短路阻抗测试结果分析，高压侧对中压侧相间不平衡均超过DL/T1093中规定——相间电抗值相对误差不应大于±2%的规定。与表5~7中2007所测数据对比，高对中平衡率发生明显变化，且从相间变化看，怀疑B相中压绕组存在明显变形的情况。

表4 中压绕组相关系数分析结果

表5 低压绕组相关系数分析结果

2.3 绕组电容量测试

为进一步验证频响法与短路阻抗法测试正确性，对该变压器进行绕组电容量测试。规程规定当绕组电容量超过5%时需要注意，10%为绕组发生中度变形可能，15%为严重变形，从表9结果分析，中压及低压绕组超过15%，怀疑其中、低压绕组发生严重变形。

表9 高对低短路阻抗测试结果（2007）

表10 绕组电容量测试结果

3 解体分析

3.1 大板桥1号主变解体情况

鉴于绕组变形数据，对110 kV大板桥1号主变压器进行解体分析。发现了高压绕组无异常，中低压绕组均存在一定程度上的变形情况。具体情况如下：

1）中压绕组B相出现严重变形见图4所示，绕组整体向内挤压，形成了部分向内凹陷，部分向外凸起的形状。且绑扎绕组的辐条也有多根出现脱落情况，怀疑是受到突然的外力造成挤压导致辐条崩开。A、C相绕组未见明显变化，与试验数据相吻合。

图4 中压B相绕组情况 （110 kV大板桥变）

2）低压绕组B相同样发生严重变形，与中压绕组变形情况类似，且凸出与凹陷部位相同，但较中压严重程度相对较弱。怀疑其为中压绕组受到外力冲击发生挤压变形并向内影响到了低压绕组所致。A、C相绕组未见明显变化，与试验数据相吻合。

3）解体发现高压绕组并未有较大的变形出现，仅有些许绕组有松脱的痕迹。与测试数据对比分析可发现，短路阻抗与绕组电容量测试数据较为准确，能够清晰的判断出绕组变形情况。而频响测试法横比误差较大，受现场测试环境等因素影响较大。

图5 高压绕组解体照片 （110 kV大板桥变）

3.2 小石坝1号主变解体情况分析

在对小石坝1号主变进行绕组变形试验后，发现其低压绕组A、B相及中压绕组B相存在绕组变形情况。在对其解体后，发现低压绕组绕组变形严重。其中低压绕组B相上部出现较为严重的凸起，与之对应的中压侧也受到挤压发生变形。而低压绕组A相出现一定程度的凹陷现象。受篇幅影响，大板桥2号主变解体分析在此不做描述。

图6 低压绕组情况 （110 kV小石坝）

图7 中压B相绕组情况（110 kV小石坝）

4 结束语

1）分析这几台变形主变均有共同特征，就是绝缘电阻下降异常，但其它试验项目数据合格，几乎无变化。证明了绝缘电阻变化趋势一定条件下可作为判断绕组变形的依据之一。同绕组电容量测试原理相同，将变压器看做RLC等值电路如图8所示，当绕组发生变形、位移甚至断股时，由于绕组间距离发生变化，绝缘纸或绕组受损将会造成整个绕组的绝缘电阻降低。

图8 变压器网络

2）判断变压器绕组变形仅通过一种方法是不够准确的。频响法受外界影响波动较大，在无历史数据对比的情况下不容易得出结论。而综合短路阻抗法与绕组电容量法能够准确定位绕组变形部位情况。因此，在日常运维中，对绕组变形需要通过多种手段进行综合分析，才能及时发现变压器内部故障，有效避免变压器的潜伏性故障。

3）鉴于以上试验及解体分析，有以下情况应进行绕组变形综合测试（多种方法）：一是对于运行15年以上的变压器，二是变压器发生近区短路情况，三是变压器进行重过载之后。