摘要：本文首先对电力变压器绕组变形进行简要概述，接着提出变压器绕组变形检测与诊断方法，最后结合实例进行分析，为变压器变形检测提供参考。
关键词：电力变压器，绕组变形，变形检测，诊断技术
变压器在运输、安装过程中遭受冲撞以及在运行中发生出口或近区短路等可能导致绕组发生变形，从而使变压器绕组的绝缘强度和机械强度下降，严重威胁变压器的安全运行。为了防患于未然，对于发生这些异常状态的变压器，在不解体的前提下，检测变压器绕组变形势在必行。目前，国内外检测变压器绕组变形的方法主要有频率响应分析法、低压阻抗检测法以及电容法。
1电力变压器绕组变形的简要概述
1.1电力变压器绕组变形的概念
变压器绕组变形，是指在电动力和机械力的作用一下，电力变压器绕组由于温度的升高发生了一定的形状的变化。一般它的轴向和径向的尺寸有所改变，这样会严重影响变压器的正常运行，给人们的生活和生产带来不便。
1.2电力变压器绕组变形的原因
变压器在电力系统的运行过程中，发生短路故障电流冲击故障是不可避免的。特别是处于出口和近处短路对变压器的危害最为严重。在其出现短路故障时会产生巨大的电动力和绕组的瞬间，急剧发热。由于温度过高会使变压器绕组发生变形。进而产生绕组扭曲，鼓包，匝间短路等现象。
2变压器绕组变形检测与诊断方法
2.1频率响应法
频率超过1kHz时，变压器每个绕组可看成一个由电容、电感等分布参数构成的无源线性双端网络。该网络的结构特性由传递函数H(jω)决定，H(jω)随ω变化的曲线就是频率响应特性曲线，是对变压器特性的描述。如果绕组变形，必定引起分布电感、电容等参数变化，导致传递函数H(jω)的零点和极点发生变化，从而改变网络的频率响应特性，频率响应特性曲线就发生改变，进行横、纵向比较就能判断绕组变形情况。
由于传递函数H(jω)对电感、电容变化反应灵敏，因此，频率响应法不但能灵敏的反应宏观上的绕组扭曲、拉伸、鼓包、崩塌、移位等宏观上的变形问题，还能就匝间短路、断股、分接开关接触不当、铁心接地故障、引线连接不当或移位等细小的局部性问题灵敏反应，因此，频率响应法是目前主要的测试方法。频率响应法是通过对绕组频率响应曲线的传递函数进行方差、均方差等数学计算，得到相关系数R，通过相关系数判断曲线的相似度来判断得。用相关系数判断绕组变形的方法如表1所示：
表1 相关系数法判断方法
但是，频率响应法属于高频弱电测试方法，在现场测试中易受到各种干扰因素的影响，引起误判；另外，频率响应法对移位和整体性的移位判断不准确。
2.2低压阻抗法
短路阻抗是当变压器负荷阻抗为零时变压器内部的等效阻抗，也就是绕组的漏电抗。漏电抗由绕组几何尺寸及相互位置决定，漏电感LK是绕组相对位置的函数，LK=f(R、H)。短路阻抗ZK、电抗XK都是LK的函数，当绕组变形、几何尺寸发生变化时，会引起LK的变化，ZK、XK发生相应的改变，通过与铭牌进行比较来判断其绕组是否变形。
根据DL/T1093－2008《电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》，纵向比较相对变化不应大于±2.0%(220kV及以上不应大于±1.6%)，横向比较相对变化不应大于±2.5%(220kV及以上不应大于±2.0%)，低压阻抗能反应绕组的位置信息，每一对绕组的电抗值是这两个绕组相对距离(同心圆的两个绕组的半径R之差)的增函数，因此，通过各绕组间电抗值的变化一定程度上能够判断具体哪一相绕组发生怎样的变形。
低压阻抗法对绕组明显变形反应明显，尤其是当绕组发生移位、整体性变形时很有效，对局部性的问题反应不够灵敏，因此，与频率响应法有很好的互补性。
2.3电容法
绕组电容与绕组相对位置、尺寸及绝缘介质相关，绕组的等值电容量直接反映出了各绕组间、绕组对铁心、绕组对箱体及地的相对位置和绕组的自身结构等。变压器绕组间的相对位置发生改变，引起电容量变化。根据电容量的变化判断绕组变形情况。
判断方法为：电容量变化超过初值5%为注意值，超过初值10%为中度变形；超过初值15%为严重变形。电容能反应绕组的位置信息，根据两同轴导体圆柱间的电容量与两圆柱体间的相对距离成反比，通过绕组间电容的变化也能够在一定程度上能够判断具体哪一相绕组发生怎样的变形。
绕组电容值是一个分布参数，对严重的变形和绕组的整体窜动灵敏度较高，对鼓包、扭曲、砸间短路等故障表现灵敏度很差，因此，电容法通常作为补充测试方法。
3实例分析
3.1主变情况
主变为1996年产SFPSZ9－180000/220型产品。本次故障前，在2009—2016年期间，1号主变66kV侧共遭受短路冲击5次。
3.2故障过程
2017年4月24日08:50:15.821，主变66kV出线3左、右线遭受雷击，距离I段、过流I段保护动作，重合成功；出线3左、右线断路器跳闸40ms后，主变大差、小差比率差动保护动作，跳开主二次断路器，同时通过远跳装置跳开500kV线路的断路器。主变所代66kVⅡ母线停电，66kVⅠ母线被转代，正常运行中。
3.3主变现场检查
油位正常、压力释放阀未动作、周边未发现新油迹、外绝缘未发现闪络痕迹、瓦斯继电器内未见气体。
3.4绕组变形试验
对绕组开展频率响应法变形试验，试验波形如图1—图3所示。
图1高压绕组变形试验结果
图2中压绕组变形试验结果
图3低压绕组变形试验结果
3.5绕组变形分析
a.f=1Hz，C相高、中、低的幅值都较上次试验及本次试验A、B相幅值大；
b.10Hz＜f＜20Hz，A、B、C三相高压绕组的波谷偏离上次试验结果，C相尤为明显；c.100Hz＜f＜600Hz，A、B、C三相中压绕组的波形偏离上次试验结果，C相尤为明显；
d.100Hz＜f＜600Hz，A、B、C三相低压绕组的波形偏离上次试验结果，特别C相在f≈300Hz出现了1个波谷。
综上所述，C相中压和低压绕组变形的可能性最大，可能存在鼓包、匝间短路。
3.6解体分析
a.A、B、C三相高压绕组没有发生变形；
b.中压C相绕组发生纵向贯穿性鼓包变形且绕组上部第20—31层绕组散落，发生匝间短路，并至少有7股导线熔断，如图4所示；
c.中压B相绕组上部第28—78层发生明显鼓包变形，如图5所示。
近年来，随着电网规模的不断扩大，变压器需承受的系统短路冲击强度不断增大，过电压冲击频次也不断增加，这些都可能导致主变绕组发生轴向或径向尺寸变化。这些变形会使绕组的绝缘被破坏或机械强度下降，再次遭受过电压或短路电流冲击时主变或将损坏，影响系统的安全运行，因此及早掌握变压器绕组的变形情况并加以防范对电力系统安全稳定运行具有重要的意义。
参考文献
[1]孙翔，何文林，詹江杨，等.电力变压器绕组变形检测与诊断技术的现状与发展[J].高电压技术，2016，42(4):1207－1220．
[2]胡海，邓勇，张原.变压器短路阻抗解析表达式在绕组变形诊断中的应用[J].变压器，2015，52(8):28－31.
论文作者:曹世杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：绕组论文; 变压器论文; 发生论文; 频率论文; 阻抗论文; 电容论文; 低压论文; 《电力设备》2018年第15期论文;