電力變壓器繞組變形診斷

連寶晶，肖一凡，趙培成

(云南電網有限責任公司怒江供電局，云南 怒江 673100)

0 前言

繞組變形是變壓器正常運行中一種常見的故障現象，據統計由變壓器繞組變形直接或間接導致的變壓器損壞事故率居高，開展變壓器繞組變形檢測及其診斷方法研究顯得非常有必要。傳統常規試驗方法，如電氣試驗、吊罩檢查等，發展到便攜式的繞組檢測技術，如低壓脈沖法、頻率響應法、短路阻抗法等。然后產生了便攜式電力變壓器繞組變形檢測方法，如頻率響應法、低壓電抗法、低壓脈沖法等。變壓器運行穩定性對電力系統安全影響極大，只有準確地分析和判斷變壓器故障和異常運行進行，及時采取有效處理措施，才能確保整個電網的正常安全運行。

1 電力變壓器繞組試驗

某變電站一臺220 kV 三繞組電力變壓器發生近區短路故障，產生巨大短路電流強烈沖擊主變繞組，使主變繞組發生變形事件。

1)油氣色譜分析試驗:該220 kV 主變壓器在發生短路故障后，對變壓器內部本體油、瓦斯由以及瓦斯氣體取樣并進行油氣色譜分析試驗，由故障前后數據進行對比，可看出本體油樣、瓦斯油樣以及瓦斯氣體中C2H2、總烴氣體有明顯增加，從而可以判斷變壓器內部存在繞組變形故障。

2)電氣試驗分析:220 kV 主變繞組在遭受短路故障后全面檢查性試驗:繞組絕緣、介損、繞組泄漏、套管試驗、高低壓側繞組直流電阻等試驗。試驗結果可知，該220 kV 主變壓器的繞組絕緣、本體介損、繞組泄漏、套管試驗、低壓側繞組直流電阻均正常，但中壓側直流電阻異常，由此判斷中壓側B 相調壓線圈存在斷開的可能。

3)頻率響應法試驗法:是在變電壓繞組一端對地注入一個寬頻率范圍的掃頻信號，通常為10Hz～1 000 kHz，然后通過測量繞組另一端的響應信號，從而獲得變壓器繞組傳遞函數的頻率響應特性曲線。通過分析傳遞函數的頻率響應特征曲線上諧振點位置的差異，可以判斷繞組所發生的結構特征。目前頻率響應法主要是利用變壓器繞組傳遞函數的物理特性，通過對變壓器繞組頻率響應曲線進行分頻段的縱向、橫向比較，分析頻率響應曲線之間的特征數據來直觀分析變壓器繞組是否發生變形。縱向比較法是對不同時期、同一臺變壓器繞組及分接開關位置頻率響應特征進行變化比較分析繞組是否發生形。橫向比較法是對變壓器同一個電壓等級下三相繞組之間、同一廠家、時期制造相同型號變壓器三相繞組之間的頻率響應特征比較分析繞組是否發生變形。在頻率響應試驗中使用FRA－100 變壓器繞組變形綜合測量分析系統對該220 kV 主變壓器進行頻率響應法試驗，所得結果如下:

a 高壓側繞組的頻率響應特征，該主變壓器220 kV 高壓側A、B、C 三相繞組的頻率響應曲線及其相關系數、均方差值如圖1 和表1、2所示:

圖1 高壓側繞組頻率響應特征曲線

表1 高壓側繞組頻響曲線相關系數分析結果

表2 高壓側繞組頻率響應曲線均方差分析結果

由圖1 所示頻率響應特征曲線，并結合表1和表2 中的相關系數和均方差值，可以看出，高壓側三相之間的頻率響應曲線一致性較好，相關系數和均方差值較低，可以初步判斷該主變壓器220 kV 高壓側繞組無變形。

b 中壓側繞組的頻率響應特征，該主變壓器110 kV 中壓側MA、MB、MC 三相繞組的頻率響應曲線見圖2

圖2 中壓側繞組頻率響應特征曲線

由圖2 所示頻率響應特征曲線，并結合關系數和均方差值，可以看出，中壓側三相之間的頻率響應曲線一致性不是很好，150 kHz 附近A 相多出一波谷，波峰右移，300 kHz 與B、C 相諧振點相反，結合相關系數和均方差值，可以初步判斷該主變壓器110 kV 中壓側繞組已經發生變形。

c 低壓側繞組的頻率響應特征，該主變壓器35 kV 低壓側ab、ba、ca 三相繞組的頻率響應曲線及其相關系數、均方差值如圖3。

圖3 低壓側繞組頻率響應特征曲線

由圖3 所示頻率響應特征曲線，并結合相關系數和均方差值可看出，中壓側三相之間的頻率響應曲線一致性不好，ca 相(主要反映a 相)與ab (主要反映b 相)、bc (主要反映c 相)特性曲線吻合較差，結合相關系數和均方差值，可以初步判斷該主變壓器35 kV 低壓側繞組存在嚴重的繞組變形。

d 低壓電抗法試驗，短路阻抗法是通過測量外加的工頻電壓下變壓器繞組的短路阻抗或漏電抗，從而來反映電力變壓器繞組的變形情況，如繞組移位、匝間開路或短路等變形故障。當所施加的電壓頻率固定時，變壓器的漏電抗值是由繞組的幾何尺寸所決定的，變壓器繞組結構狀態的改變勢必引起變壓器漏電抗的變化，從而引起變壓器短路阻抗數值的改變。因此，可將短路阻抗的改變作為判斷被試變壓器繞組性能的一種有效手段。在現場測試中，通常是在低電壓情況下進行電力變壓器繞組對的短路阻抗、漏電抗測量，并且通常將被測變壓器低壓側短路，高壓側施加外部試驗電壓。由此可測試得到變壓器繞組短路阻抗值，從而通過與變壓器銘牌值或歷史測試值之間的比較實現電力變壓器繞組運行狀態的判斷。

本次低壓電抗法試驗中，通過使用紅相公司的FRA－100 變壓器繞組變形綜合測量分析系統對該220 kV 主變壓器進行短路阻抗試驗，所得結果:三相短路阻抗值與銘牌值的縱比誤差為均＜±1.6%，高壓－中壓和中壓－低壓這兩個繞組對三相之間的最大相對誤差(橫比)遠超過±2.0%，而高壓－低壓繞組對三相之間的最大相對誤差(橫比)接近2.0%。按照DL/T1093－2008 導則規定的要求，可初步作出判斷:該220 kV 變壓器中壓繞組和低壓繞組可能發生變形。

2 繞組變形故障綜合分析

綜合上述幾種繞組變形試驗方法及其試驗結果分析可知:通過油氣色譜分析試驗，可以確定此220 kV 電力變壓器的內部繞組已經發生變形(一般是發生放電現象);通過常規的電力試驗(如測量直阻、絕緣試驗、電容量、介損等方法)，可以確定此220 kV 電力變壓器的中壓側B相調壓線圈存在斷開的可能，而其他的電力變壓器繞組絕緣、本體介損、繞組泄漏、套管試驗、低壓側繞組直流電阻均正常。通過頻率響應特征曲線，可以看出，220 kV 高壓側繞組的頻率響應特征曲線一致性較好，未發生明顯的變形;110 kV 中壓側繞組的頻率響應特征曲線在中頻段(100 kHz～600 kHz)的一致性不是很好，出現波峰和波谷的偏移和數量不一致，相關系數和均方差值偏離正常范圍;35 kV 低壓側繞組的頻率響應特征曲線三相之間的吻合性較差，相關系數和均方差值嚴重偏離正常范圍。電力變壓器的每個繞組均可視為一個由電阻、電容、電感等分布參數構成的無源線性雙端口網絡，當變壓器內部發生變化時，其繞組的參數和函數曲線也會隨之改變。通過分析繞組頻率響應曲線，發現中壓繞組MA 相繞組的頻率響應特征曲線的中頻段出現諧振峰，與MB、MC 兩相繞組的頻率響應特征曲線差別很大。根據低壓電抗法的測量結果，高壓－中壓、高壓－低壓、中壓－低壓這三個繞組對中的A 相單相短路阻抗值均比B、C 相的單相短路阻抗值偏小。結合前述的頻率響應法測量結果，最終可以判斷110 kV 中壓側MA 相繞組發生了明顯的變形故障。

據上述繞組試驗結果，最終判定了110 kV 中壓側MA 相繞組發生了明顯變形故障。因此，為準確掌握該變壓器三相繞組的變形程度，為驗證上述繞組變形試驗診斷的準確性，建議對該臺電力變壓器進行吊罩檢修。

3 結束語

本文通過應用多種繞組試驗手段最終準確檢測出了110 kV 中壓側繞組MA 相存在明顯的繞組變形，并通過吊罩檢查驗證了試驗的有效性。為了提高電力變壓器繞組故障檢測和診斷過程中的準確性和有效性，在變壓器繞組變形檢測和診斷過程中，不僅應進行常規的油氣試驗、高壓試驗，還應進行頻率響應法、低壓電抗法等多種繞組變形試驗。通過將多種試驗手段有機結合起來，加以綜合分析和判斷，確實可以有效提高現場繞組變形綜合診斷的準確性，使變壓器繞組變形測試和分析判斷更加完善，使診斷結果更加準確和可靠。

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