淺談如何應用頻響法診斷變壓器繞組變形

孫彥龍

【摘要】變壓器繞組變形試驗已在全國普遍開展，并成功地查出了多臺變壓器的繞組變形，在各方面發揮了重要作用。本文主要闡述了變壓器繞組變形的定義、判定標準及診斷實例。

【關鍵詞】變壓器繞組變形；判定標準；實例

1. 引言

（1）目前，應用頻率響應分析技術對遭受短路沖擊、突發事故和碰撞的變壓器進行繞組變形試驗已得到廣泛應用，并取得了良好效果。主要體現在以下三方面，通過對遭受過短路沖擊的變壓器進行變形試驗普查，查出了一部分繞組已發生變形的變壓器。并及時進行了停電整修或更換繞組，防止了可能的突發性損壞事故；對發生出口短路的變壓器立即進行變形試驗，未發生繞組變形的及時投運，由于這種方法不用放油吊罩檢查，因而可節省大量人力、物力，縮短停電時間。對于發生了繞組變形的變壓器，由于能及時發現而避免了再次投運可能帶來的損壞事故；通過變形試驗，能明確變壓器哪側哪相出了問題，這就減少了檢修的盲目性。

（2）通過對470臺110KV及以上變壓器進行變形試驗發現，其中有28臺發生了繞組變形（占6%）。經吊檢或解體得到證實的有23臺，其余5臺待查。在變形的23臺變壓器中，有14臺發生了嚴重變形并更換了繞組（占3%）。前蘇聯在1984～1987年間，對75臺遭受短路沖擊的大型變壓器（主要是330KV等級）進行調查發現，22臺發生了變形（占29.3%），其中16臺進行了更換。

（3）盡管目前變形試驗的重要性已得到普遍承認，電力部預試規程和反事故措施中也明文規定變壓器出口短路后需進行變形試驗，但如何應用頻響法診斷變壓器繞組變形，目前尚無統一的方法和標準。為使這一方法標準化和規范化，筆者進行了多年的分析研究，形成了一套變壓器繞組變形判定標準。這套標準經過對全國470臺110KV及以上變壓器，尤其是28臺繞組發生變形變壓器的考核，證明這套判定標準是簡單可靠的，完全可以滿足變壓器運行、檢修的需要。

2. 變壓器繞組變形的定義

2.1變壓器遭受短路沖擊時，繞組受到輻向力、軸向力和周向力（或扭矩的作用），因而變壓器繞組會發生相應的變形，即輻向位移、軸向位移和扭曲（或繞組轉動），以及包括斷股、匝間短路、引線位移和靜電板引線斷開等的特殊變形。從表面上看，特殊變形的變壓器繞組其尺寸未發生變化，但變壓器等效電路中單位長度的分布電感和電容卻發生了改變，因而繞組的頻響特性發生了變化，故把這類變形稱之為特殊變形。實際運行當中的繞組變形有時是幾種變形同時發生的。

2.2實際應用中，除需要確定變壓器是否發生了繞組變形，更需要確定繞組的變形程度，以便決定變壓器是否繼續投運。為此規定了3種狀態：正常（或無明顯變形）、中度變形和嚴重變形。具體定義如下：

（1） 正常（或無明顯變形） 。

指變壓器繞組與出廠時狀態基本一致，或存在不明顯的繞組變形但仍可以繼續運行，無需檢修。

（2） 中度變形。

指變壓器繞組發生了明顯變形，在其它試驗合格情況下，變壓器可以臨時帶病運行，但需要加強監督，應在適當時機安排檢修。若再次遭受短路沖擊或承受過電壓，則有可能造成變壓器損壞。

（3） 嚴重變形。

指變壓器發生了嚴重的繞組變形。在這種情況下，即使其它試驗均合格，也不能再繼續運行，否則隨時可能發生損壞事故。

3. 變壓器繞組變形的判定標準

3.1當頻率超過1KHz時，變壓器的等效電路是一個無源線性、單端輸入單端輸出的電感和電容網絡。這種網絡是可以用頻率特性來描述，而且一個網絡對應著唯一的一條頻響曲線。當變壓器繞組發生變形時網絡參數如電感和電容發生變化，該網絡的頻響特性也隨之變化。變壓器繞組變形試驗，實際上就是比較變壓器事故前后繞組頻響特性曲線的變化。

3.2本文采用差值計算公式來描述頻響曲線的變化。這種計算方法的優點是能夠反映變壓器繞組的各種變形，既靈敏又全面，不會遺漏特殊變形類型。其計算公式為

式中E12為兩條頻響曲線之間的差值；n為采樣點總數；V1n為第一條頻響曲線第n點處的幅值；V2n為第二條頻響曲線第n點處的幅值。

計算時頻率的選取范圍是很重要的，經多年研究和實踐認為選取10～700KHz較為合適。繞組變形判定的經驗數據為1.6MVA以上變壓器三相繞組間的E12及各繞組與原始數據相比差值均不應大于3.5dB。

3.3變壓器繞組變形診斷：

（1） 首先判定有無變形。

如果三相繞組相間差值E12大于3.5dB時，應引起注意，但該值（稱為注意值）不是唯一判據，還得進一步比較。如果與原始數據（出廠試驗、交接試驗或事故前數據）比較無明顯變化，則仍可判定該變壓器為正常。

當相間差值大于3.5dB，且與原始數據相比有明顯變大時，則可判定變壓器發生了繞組變形；當相間差值雖小于3.5dB，但與原始頻響特性曲線相比差值大于3.5dB時，則仍應判定該變壓器發生了繞組變形。如果沒有原始數據時，則可與同廠同期同型變壓器的頻響特性曲線進行比較，并以此作為參考。

（2） 變形程度診斷。

當確定變壓器發生繞組變形后，需進一步確定變形程度，以便決定是否繼續運行。繞組變形程度判定的推薦值列于表1。

4. 變壓器繞組變形診斷實例

4.1嚴重變形實例。

（1）例1.北京老君堂2號變（型號SFPS7-120000/220）在運行中低壓遭受出口短路。事故發生后進行的常規電氣試驗、局放試驗和油色譜分析均合格，按照以往的標準，該變壓器沒問題，可以繼續投入運行。但同時進行繞組變形試驗后發現：高壓繞組三相間最大差值為1.9dB，中壓繞組相間差值最大為2.9dB，均小于注意值3.5dB；低壓繞組相間差值最大達9.2dB，超過了注意值。查該變壓器交接試驗時3側差值均小于3.5dB。通過比較認為，該變壓器低壓繞組相間差值事故前后發生了明顯變化，相間差值9.2dB大于嚴重變形判據7.0dB，因此，判定該變壓器低壓側繞組發生了嚴重變形。交接試驗和事故后所測頻響曲線如圖1所示。

圖1老君堂2號變事故前后低壓繞組頻響曲線

（2）根據變形試驗結果，該變壓器及時退出了運行，并送變壓器廠進行解體后發現，高壓、中壓繞組正常，而低壓繞組出現多處軸向長條狀鼓包。由于無法修復，最后更換了3個低壓繞組。

（3）例2.秦皇島小營站4號變（型號：SFPSZ7-150000/220）低壓側發生出口短路，當時重瓦斯動作。事故后油中乙炔達56×10-6，低壓直流電阻互差達10%。可以斷定變壓器內部發生了電弧性放電故障。為確保該變壓器在30天內修復，避免重大設備損壞事故的發生，需確定損壞的繞組，以便廠家提前趕制繞組。如果等到把變壓器送廠家解體后再確定，工期至少推遲5天，30天修復好的計劃就很難保證。為此，事故當天就進行了繞組變形試驗。試驗結果為：高壓繞組相間最大差值為0.7dB，與事故前頻響特性比較，差值無明顯變化，說明高壓繞組未發生明顯變形；低壓繞組相間差值最大為13.8dB，且與事故前相間最大差值2.3dB相比發生了明顯變化。因此，判定低壓繞組發生了嚴重變形。事故前后低壓三相繞組頻響特性差值均大于3.5dB，說明低壓三相繞組均發生了變形；中壓繞組相間最大值為4.5，略大于注意值3.5dB，考慮到當低壓繞組發生嚴重變形后，中壓對低壓的絕緣距離會發生變化，引起中壓三相繞組對地電容發生變化，三相繞組頻響特性一致性也變差。因而判定中壓繞組未發生明顯變形，無需更換。

（4）根據上述試驗結論，廠家提前繞制了3個低壓繞組。最終按期完成了變壓器修復任務。變壓器的返廠解體也證實上述試驗結論完全正確，即高、中壓6個繞組未發生變形，可以繼續使用；低壓三相繞組發生了嚴重變形，不能再使用，變形特征主要是鼓包、匝間放電和斷股等。事故前后頻響特性曲線如圖2所示。

圖2小營4號變事故前后低壓繞組頻響曲線

（5）用此方法還對黑龍江省富拉爾基電廠6號主變（220KV/240MVA）和北京石景山熱電廠1號廠高變（SFFL-31500/15）進行了繞組變形試驗，為檢修提供了重要依據。其頻響特性曲線如圖3、圖4所示。

圖3富拉爾基電廠兩臺變壓器低壓繞組頻響曲線

圖4石景山熱電廠兩臺廠高變Ⅰ分支頻響曲線

圖5下花園電廠1號變中壓繞組頻響曲線

4.2中度變形實例。

（1）例1.下花園電廠1號主變電壓等級為220KV、容量為150000KVA，中壓側遭受出口短路1年后，于1992年進行了繞組變形試驗。測試結果為：高壓繞組相間最大差值為0.8dB，低壓繞組相間最大差值為1.2dB，均小于注意值3.5dB，說明高、低壓繞組無明顯變形；中壓繞組相間最大差值為5.3dB，大于注意值3.5dB。該變壓器沒有事故前頻響曲線，但查得該制造廠同期、同型號產品三相繞組頻響特性一致性較好，因而可判定該變壓器中壓繞組發生了變形。由于其相間最大差值小于7.0dB，故屬于中度變形。

（2）根據變形試驗結果以及該變壓器中壓出口短路時間較長的實際情況，對該變壓器進行了吊檢。發現中壓A、C相靠近高壓側的壓板上升了25～30mm，B相有輕微的上升。現場整修后投入運行，安全運行至今。下花園電廠1號變頻響特性曲線見圖5。

圖6山西太原城西站兩臺變壓器低壓繞組頻響曲線

圖7重慶雙山站2號變中壓繞組頻響曲線

（3）例2.山西太原城西站1號變（型號：SF2-31500/110）低壓曾遭受出口短路沖擊。變形試驗表明該變壓器高、低壓繞組相間差值均小于注意值3.5dB，繞組未發生明顯變形。該站2號變與1號變為同型號、同一廠家的同期產品，未受出口短路沖擊，但近區短路多次。為此，對2號變進行繞組變形試驗。試驗結果表明：2號變高壓繞組相間最大差值為2.1dB，低壓繞組相間差值最大為5.1dB， 大于注意值3.5dB， 且與1號變相比差值發生了明顯變化， 因此， 判定2號變低壓繞組發生了變形，差值小于7.0dB屬中度變形。

（4）經吊檢發現上夾件有變形現象，高壓繞組部分墊塊脫落。進一步解體發現，低壓繞組發生了波浪狀扭曲變形，無法修復，更換了繞組。其頻響曲線見圖6。

（5）例3.重慶雙山站2號主變（型號：SFPSZ4-120000/220）中壓側曾遭受過出口短路沖擊。繞組變形試驗結果為：高壓繞組相間最大差值為1.2dB，低壓相間最大差值為0.4dB，均小于注意值3.5dB；中壓繞組相間最大差值為5.4dB，大于注意值3.5dB，因同類型產品相間差值一般小于2.0dB，兩者比較相間差值發生了明顯變化，因此，判定中壓繞組發生了中度變形。吊檢發現：中壓A、C兩相基本正常，B相繞組軸向位移30～40mm。其頻響曲線見圖7。

5. 結論

（1） 變壓器繞組變形試驗已在全國普遍開展，并成功地查出了多臺變壓器的繞組變形，在變壓器運行檢修方面發揮了重要作用。

（2） 多年的應用實踐證明，本文提出的變壓器繞組變形判定標準和變形嚴重程度劃分標準簡單、可靠、實用，還可以判定變形繞組的所在側和所在相。

（3） 盡管絕大多數1.6MVA以上變壓器的三相繞組頻響特性一致性較好，不用跟歷史數據相比較。但為了防止誤判斷，必須進行縱向比較。

（4） 新變壓器三相繞組的頻響特性一致性不好，說明工藝水平較差。比如同心度差、各繞組高度不一致等，必將會降低變壓器的抗短路能力。

（5） 變壓器某一側繞組發生變形時，會影響鄰近繞組三相的一致性。因此，在做出繞組變形判定時，應考慮這一因素。

（6） 實踐證明，變壓器繞組變形多發生在低壓側和中壓側，高壓繞組發生變形的情況比較少見。