變壓器繞組變形測試技術應用分析與改進

林靜，楊海濤

（濟鋼集團有限公司檢修工程公司，山東濟南 250101）

生產技術

變壓器繞組變形測試技術應用分析與改進

林靜，楊海濤

（濟鋼集團有限公司檢修工程公司，山東濟南 250101）

針對變壓器繞組變形測試技術判定準確率低的問題，應用質量分析及控制手段，重點針對被試體接地點的不同、測試相兩接地線長短不一、原始數據資料缺乏及不可控未知因素、測試儀無法自校驗等技術難點，通過使用自制雙線夾固定式接地線，采用繞組電容量數據參考對比分析法，改進測試儀自檢方法等一系列控制措施，將變壓器繞組變形測試準確率由50%提高至95%。

變壓器；繞組變形；頻率響應分析法；電容量

1 前言

由于變壓器是保障電力系統穩定運行的核心設備，所以濟鋼各運行維護單位對其一直進行周期性預防試驗。然而，隨著電網容量的日益增大，短路容量亦隨之增大；同時，變電站輸配電線路運行環境不容樂觀，各種軋機、電爐等沖擊性負荷所帶來的過電壓沖擊時有發生，而變壓器繞組變形多是由于外部短路造成，當突發短路故障時，在繞組內流過巨大短路電流。盡管這種暫態維持時間很短，但短路電流在與漏磁場的互相作用下，感應產生較強電動力。如果對于此電動力作用下發生的輕微變形不能及時發現和修復，變壓器在受到多次沖擊后，累積效應會導致變壓器的損壞。因此，當變壓器發生外部短路事故后，如何及時有效地檢測出變壓器繞組是否存在變形及變形程度，是保障變壓器安全運行的重要條件。

目前，頻率響應分析法（簡稱頻響法）已經成為我國近幾年來測試和判斷變壓器繞組是否變形的重要手段。該測試方法靈敏度高，重復性好，在現場變壓器的測量工作中取得了比較好的效果。由于頻響分析屬于高頻弱電測試方法，其結果往往會受到現場環境多種因素的影響［1］；同時，繞組變形測試儀高靈敏度所帶來的抗干擾問題以及儀器檢測校驗問題等一系列技術難題，如果不能有效解決這些困難因素，頻響指紋數據［2］的真實性以及可比性將大大降低。

因此，繞組變形測試作為檢定變壓器運行狀態的重要依據技術手段之一，必須具備較高的準確率，以滿足準確有效反映設備狀態及隱患的要求。而如何解決這一課題，成為繞組變形測試能否成功應用于濟鋼供電系統，實現變壓器狀態檢修，確保設備穩定運行的關鍵所在。

2 測試技術應用情況及分析

在現場利用頻響法檢測變壓器繞組時，電源信號干擾、套管端頭是否懸空、分接開關檔位、測試線纜、電磁干擾等因素均能影響對繞組結構特征的判斷，盡可能排除這些干擾因素后，才能憑借此測試結果對繞組狀態做出準確分析。然而，由于繞組變形試驗手段為嘗試性應用于濟鋼供電系統，試驗過程的嚴謹性以及試驗結果的準確性都需驗證。因此，為了真實有效反映繞組變形測試結果，采用雙重判斷機制，即通過繞組變形測試儀器以及多種試驗方法復合分析。對濟鋼部分變壓器繞組變形測試統計情況見表1。

表1 繞組變形測試統計情況（試運行）

統計情況說明，2013年8次變壓器繞組變形測試中有4次結果進行了試驗修正，表明儀器測試技術的準確率僅為50%。結合現場工作實際情況來看，部分因素可通過人為有效控制與減免。針對被試體接地點的不同、測試相兩接地線長短不一、原始數據資料缺乏及不可控未知因素、測試儀無法自校驗等情況，分析認為，主要影響因素是單根通用接地線易受干擾，多項試驗分析費時費力，儀器檢測返廠校驗頻繁及成本過高等。

3 測試技術改進措施

針對上述分析及調查過程，提出3項技術改進措施。

3.1 自制雙線夾固定式接地線

一直以來繞組變形測試用單根接地線，長短粗細不一，并且為方便使用兩端采用夾子固定（力度有限），容易造成一端換線時的拉扯致使另一端接觸不良。而變壓器繞組變形測試儀工作頻段在1～1 000 kHz，因此接地線在工作狀態下是電阻和電感組成的阻抗值，在頻率較低情況下（包括工頻）可認為是電阻性的（電感很小），但在高頻情況下主要是電感性的，其阻抗值跟頻率是成正比的。因此，接地線接的長度不一致，其接地線阻抗值不同，在測量回路中對測試數據造成的差異不容忽視，尤其是在高頻段影響更大。其次，接地點的不同和接地是否良好，也是影響測試的重要因素。為此，通過現場測試檢驗和全面分析考慮，用自制雙線夾固定式接地線代替普通單根接地線，此地線接地端采用固定式線夾，分出兩股等長軟銅線，有效避免了以上3種弊端。經實踐測試驗證，明顯提高了測試準確性。改造前后測試情況對比見圖1。

圖1 接地線改造前后測試情況對比

3.2 繞組電容量對比分析法

雖然頻率響應法能夠為變壓器繞組變形的診斷提供一個較為準確的依據，但是由于電力系統中的變壓器有相當一部分已投運十多年，原始數據資料缺乏，并且測試系統的任何差異會給出很不相同的曲線，目前尚無可能建立起徹底控制這一差異的方法。所以僅靠繞組相間頻響曲線的判斷，并不能得出十分準確的結論，可能還會引起誤判斷。

變壓器出廠后，各繞組的電容量基本上是一定的。雖然在溫度、濕度的影響下，其電容量會有變化，但與變壓器受短路沖擊后造成的電容量變化相比可忽略不計。當變壓器遭受短路沖擊后，若各級繞組無變形或變形輕微，其電容量變化也較小；若某側繞組變形嚴重，則電容量變化大［3］。因此，在實際工作中，變壓器繞組電容變化量可以作為頻率響應法一個有益的補充，而電容量可在測量繞組介質損耗（變壓器預防性試驗必做項目）的同時利用公式計算出。以濟鋼常見三繞組變壓器介質損耗測試計算方法為例，其電容等效電路見圖2。

圖2 三繞組變壓器等效電路

電容量計算公式如下：

式中：C為電容量，C1為高壓繞組對油箱，C2為中壓繞組對地，C3為低壓繞組對鐵心；C1-2為高壓繞組對中壓繞組，C2-3為中壓繞組對低壓繞組；Cx1為高壓繞組對中壓繞組、低壓繞組及鐵心，Cx2為中壓繞組對高壓繞組、低壓繞組及鐵心，Cx3為低壓繞組對高壓繞組、中壓繞組及鐵心，Cx4為高壓繞組、中壓繞組對低壓繞組及鐵心，Cx5為高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組對鐵心。

此法利用介損測試儀按常規測量Cx1～Cx5，然后分解出繞組間或繞組對鐵心的電容，根據其變化程度并結合測試儀器檢測結果來判斷繞組是否發生了變形（電容值與歷史數據相比差別＞10%時，認為已發生中度偏輕變形；＞15%認為存在嚴重變形）。

3.3 改進測試儀自檢方法

由于影響繞組變形測試儀靈敏度的因素很多，為保證測試結果的準確性，按照設備廠家要求定期進行設備校驗，但校驗過程需將測試儀器返廠，成本高且時間長。為此，通過分析頻率響應原理，自行設計建立了“繞組變形測試儀自校驗系統”。系統主要包括激勵源、變壓器繞組模型、數據采集卡、數據顯示面板，其中數據采集卡插在工控機空余插槽中，數據顯示由工控機顯示器實現。

自校驗系統采用Agilent 33220A函數/任意波形發生器為激勵源。Agilent 33220A函數/任意波形發生器主要參數如下：正弦波1 μHz～20 MHz；任意波形為1 μHz～5 MHz；幅度范為2 mVpp～10 Vpp（50 Ω），4 mVpp～20 Vpp（Vpp指交流或脈沖信號的最低值到最高值的電壓，也稱峰峰值）（高阻）；輸出的6種波形為正弦波、方波、鋸齒波、脈沖波、噪聲、任意波形。以上這些參數能保證激勵源輸出校驗所需要的激勵信號。

為了進一步降低儀器自檢成本，同時提高自檢可靠性，充分利用繞組變形圖譜縱向比對分析的特點，自制變壓器繞組模型既可滿足儀器校驗需要，又可以根據改變繞制方式達到模擬不同故障狀態的目的。繞組模型采用規格為30mm×40mm×50mm的U型鐵作為變壓器鐵心，使用聚酯硬塑板作為絕緣材料，分別使用0.1、1.4mm漆包線繞制繞組，其中低壓側600匝，高壓側300匝，高、低壓側做出抽頭可分別模擬變壓器繞組鼓包、短路、接地、斷線等多種常見繞組變形情況。

實時數據采集程序由Lab VIEW編程實現，Lab VIEW最強大的功能在于能使用虛擬儀器實現模擬測試儀實時分析，將計算機變成完全理想狀態下的虛擬繞組變形測試儀。將Agilent 33220A激勵源發出的掃頻信號經變壓器模擬繞組后分別傳遞至被校驗測試儀及工控機信號接口，通過比對修正兩組響應信號，達到繞組變形測試儀校驗的目的。

4 改進效果

運用上述3項改進措施，鞏固期內對濟鋼第2、第3、第7變電站及各生產廠主要電力變壓器進行繞組變形測試，對改進效果進一步驗證。實踐證明15臺變壓器繞組變形測試僅出現1次結果修正情況，其余14次儀器測試結果與驗證分析結論完全相同，準確率近95%，滿足了應用于實際檢修目標要求。

繞組變形測試技術改進后在濟鋼投運至今，對變壓器的運行狀態進行了良好的掌控，在提高電力安全運行水平的同時，減少了電力中斷事故。

［1］謝宇風，謝從珍.變壓器繞組變形實測中影響因素研究［J］.華中電力，2004，17（2）：38-41.

［2］何文林，陳金法，應高亮，等.頻響分析法測試變壓器繞組變形的研究［J］.中國電力，2000，33（12）：39-42.

［3］范天元，趙亞玲，邊軍剛.繞組變形測試在電力變壓器上的應用［J］.變壓器，2005，33（5）：35-37.

Analysisand Improveof Testing Technology of Transformer Winding Deformation

LIN Jing,YANG Haitao
（The Maintenance Engineering Company of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

Pointing to low judge accuracy of testing technology of transformer winding deformation and some difficult technological problems included different contacting ground place of tested body,different length between contacting ground wire in testing phase,lack original data and existing uncontrollable unknown factors,unable self checking tester etc,through adopting a series of measures,such as using a self-made fixing double clamp ground wire,using comparative analysis method of winding capacitance data and improving the self-checking method of tester,the testing accuracy rate of transformer winding deformation was increased from 50%to 95%.

transformer;winding deformation;frequency response analysis method;capacitance

TM403.2

B

1004-4620（2014）04-0026-03

2014-01-02

林靜，女，1986年生，2009年畢業于濰坊學院自動化專業。現為濟鋼檢修工程公司助理工程師，從事高壓輸變電系統運行與管理工作。