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变压器绕组变形综合测试法研究与应用

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：金华明

[导读] 摘要：通过对变压器绕组变形在实际应用中三种独立检测方法介绍，并对各类方法主要的优缺点进行分析，最终确定了利用三种独立方法形成综合测试方法。

        （杭州钱江电气集团股份有限公司）
        摘要：通过对变压器绕组变形在实际应用中三种独立检测方法介绍，并对各类方法主要的优缺点进行分析，最终确定了利用三种独立方法形成综合测试方法。并通过实际运行中的110kV变压器进行验证，验证结果表明，通过单一变形测试方法存在检测误差，而利用综合测试方法加测结果准确率较高，保证了变压器绕组变形检测的可靠性。
        关键词：变压器；绕组变形；综合测试
        0 前言
        当今经济的不断增长，人们生产生活中用电量不断增加，随着电网供应电量的增加，相应的需要对变压器容量进行增大，导致变压器运行电流增加。当变压器出现二次侧短路故障的时候，过大的短路电流会形成极大的电动力，导致变压器绕组在外力作用下发生变形。一旦出现变形，就会造成变压器运行不稳定因素，因此在设计电网运行中，如何快速准确的判断出变压器绕组变形故障时目前电网维护的重要内容。
        在进行变压器绕组变形测试时，目前通常使用的方法包括频率响应法、低压阻抗法和电容法，在进行变形测试过程如果通过以上方法进行独立检测，会出现结果不精准的情况，为了提高检测精度需要制定更适合的方法。在对以上三种方法进行总结的基础上，本文制定了利用三种方法进行综合测试的方式来判断变压器绕组变形情况，并进行了工程验证，针对绕组变形以及解体试验进行了综合测试[1]。
        1、变压器绕组变形测试方法
        1.1频率响应法
        当频率在以上的情况下，可以将变压器绕组简化成由电容、电感组成的二端有源网络。此二端有源网络可以通过传递函数进行特性描述，而传递函数的变化是随着频率发生线性变化的。在变压器绕组发生变形的情况下，其等效电容、电感势必发生改变，从而使得传递函数在零点以及极点位置出现数值改变，最终使得频率响应曲线发生改变。将频率响应曲线与标准曲线进行对比分析，可以得出变压器绕组的具体变形位置[2]。
        目前，在进行变压器绕组变形检测过程，最常用的方法是频率响应法。当绕组发生变形之后，其内部的等效电容以及等效电感值势必发生数值变化，就可以利用两组数值的变化对变形具体情况进行分析判断，同时还能够判断出导致变形的主要原因，从而为解决变形问题提供进一步参考。
        频率响应法主要是利用对传递函数进行相关的数学运算，得出相关系数，并按照相关系数将频率响应曲线与正常曲线进行相似度分析，从而得出判断结论。但是在进行检测过程中需要使用高频低电压进行，由于现场测试环境的影响，很容易造成结果准确性受到影响[2]。
        1.2低压阻抗法
        变压器绕组的短路阻抗值可以客观反映绕组的连通性能，通过数值大小可以反映出绕组的铜损状况。此测试方法主要是通过绕组变形时内部等效电感发生变化引起的短路阻抗数值的改变进行判断。利用这种方法进行测试主要是通过将变压器的低压侧与地短接，通过在高压线圈输入电流测出线圈两端电压，根据电压电流比值计算得出短路阻抗值，并与变压器参数进行对照分析。根据变压器规定要求，短路阻抗数值相对变化量不能超过2%，三相之间的不平衡度不能超过2.5%。
        1.3电容法
        变压器绕组的电容值主要受到相对位置、大小以及绕组绝缘材料的影响，绕组的等效电容大小是对相间、线圈与铁心、线圈对地以及线圈性状的直接体现。当变压器绕组发生变形时，绕组之间出现空间位置变化，使线圈电容发生改变。可以通过绕组电容数值的对照对绕组变形进行判断。
        利用电容法判断时通常利用数值变化区间进行变形状况定性，当测得的电容值与原值变化超过5%~10%区间时，将其定义轻微变形；当变化范围在10%~15%区间时，将其定义为中度变形；当变化范围超过15%时，将其定义为严重变形。通过电容的数值大小可以判断出发生变形的位置，同时对发送变形的绕组进行确认。
        利用电容法进行变压器绕组变形检测时，可以对发生严重变形的故障判断准确性较高，但是对发生鼓包、扭曲等微小变形现象，电容法存在灵敏度较差的现象。

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        1.4综合测试法
        通过以上对三种主要的变压器绕组变形判断检测方法的分析以及各自的优缺点总结，可以看出利用单一方法进行绕组变形判断存在准确性不高的现象，本文设计采用三种方法相结合的方式进行综合测试，对同一变压器采用频率响应法、电容法以及短路阻抗法三种测试，通过三种方法综合判断绕组变形情况，对变压器绕组实际变形情况进行更准确判断。
        2、案例分析
        2.1绕组变形测试
        为了对综合测试法进行实际应用，针对变电站2号主变需要替换到其它位置使用的情况，对其利用综合测试法进行绕组变形测试。
        1）频率响应法测试：按照频率法分别对高中低三组绕组进行了测试，发现高压绕组频率响应曲线正常，而中压以及低压绕组存在轻微改变，根据检测结果判断该变压器变形数据正常，检验合格可以继续使用。在进行频率响应曲线绘制过程中，与以往曲线对照比较发现各相高压绕组以及低压绕组曲线与以往没有变化，但是各相中压绕组存在较大变化，并且相关系数为0.2，可以分析出此变压器的中压绕组三相都出现了变形。
        2）电容法：利用电容法对此变压器的不同电压等级线圈进行电容测试，与变压器额定数据相比，等效电容变化均大于15%，由此可以看出此变压器已经发生绕组严重变形现象。
        3）低压阻抗法：
        通过短路阻抗测试，在对低压短路对高压绕组进行测试阻抗值结果与额定值对比相差比例为0.194%，三相之间的不平衡率为0.604%，数值均小于2%；另外在低压侧短路对中亚绕组进行阻抗值测试，结果与额定值对比相差比例为10.70%，三相之间不平衡率为0.944%，从监测数据可以看出，高压线圈合格而中压线圈不合格。
        绕组间的电抗是相对绕组间距的递增函数，通过检测结果可以看出高压绕组与低压绕组之间的短路阻抗值变化很小，可以反映出此两组绕组之间的空间距离没有发生改变；而中压绕组相对低压绕组短路阻抗值变小，因此可以判断出中压绕组与低压绕组距离变小，而高压与低压距离维持不变的情况下，说明中压绕组发生向低压侧的了整体偏移。
        结合以上利用三种检测方法的结论，可以发现该变压器三相绕组均存在严重变形情况，并且是由于中压绕组向低压绕组发生偏移现象导致的。
        2.2解体检查
        为了验证综合检测方法的准确性，本文针对上述变压器进行了解体检查。通过解体检查发现，变压器的高压以及低压线圈均保持完整，而中压线圈出现了变相情况。并且三相均出现了严重变形，并呈现出向低压侧偏移的现象，并且线圈的部分位置出现了扭曲，并在端部位置出现了鼓包现象，三相之间均出现以上现象。
        根据上述解体检查结果，可以看出综合检测方法具有较高的准确性，并且对变压器的变形具体位置能够准确判断。
        3、结束语
        本文通过对变压器绕组变形独立使用的三种检测方法进行论述，分析了三种方法各自的优缺点，利用单一的检测方法可能存在绕组变形判断不准群的现象，本文制定了利用三种方法实现的综合检测方法。通过对一台110kV变压器绕组变形情况进行分析，得出了变压器变形情况以及发生变形的位置，最后通过对变压器整体解体检查，对综合检测方法进行了验证，结果表明利用综合检测方法能够准确的判断变压器绕组变形情况，能够保证检测的准确性。
        参考文献
        [1]许虎，侯勇，徐凯川．电力变压器绕组变形现场测试影响因素与对策［J］．电力科学与工程，2009(10):47-49．
        [2]刘勇，张伟，王容，等．变压器绕组变形现场试验与分析［J］．南方电网技术，2010 ( 6) : 81-84．
        [3]詹彦刚，彭广勇，潘盼盼.大型变压器绕组频响试验中常见问题分析[J]. 电气技术，2014，15(4): 92- 94.