變壓器繞組變形測試的分析判斷

電氣圈

2021年6月16日 11:54

一、測試結果分析及測試報告編寫

（一）測試結果分析

根據《電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法》（DL/T 911—2004）、《輸變電設備狀態檢修試驗規程》（Q/GDW 1168-2013）、《10kV-500kV輸變電設備交接試驗規程》（Q/GDW 11447-2015）及《國家電網公司變電檢測通用管理規定》（國網運檢/3 829-2017）的規定，可以用以下方式進行分析判斷變壓器繞組變形。利用待試設備的歷史測試數據，或者同型號、同批次的另一臺待試設備的測試數據，來進行橫向、縱向比較分析，然后作出較為可靠的診斷結論。

1)用頻率響應法分析判斷待試設備繞組變形，主要是對繞組幅頻響應特性進行縱向或橫向比較，并綜合考慮待試設備遭受短路沖擊的情況、待試設備結構、電氣試驗及油中溶解氣體分析等因素。根據相關系數的大小，可較直觀地反映出待試設備繞組幅頻響應特性的變化，通?？勺鳛榇囋O備繞組變形的輔助手段。用相關系數輔助判斷待試設備繞組變形的方法見附錄B。

2)待試設備繞組幅頻響應特性曲線中波峰或波谷分布位置及數量的變化，是分析待試設備繞組變形的重要依據。待試設備繞組變形典型幅頻特性曲線參見附錄C。

3) 當頻響特性曲線低頻段(1kHz～100kHz)的波峰或波谷發生明顯變化，繞組電感可能改變，可能存在匝間或餅間短路的情況。對絕大多數待試設備來說，其三相繞組低頻段的響應特性曲線應非常相似，如果存在差異應及時查明原因。

4)當頻響特性曲線中頻段（100kHz～600kHz）的波峰或波谷發生明顯變化，繞組可能發生扭曲和鼓包等局部變形現象。

5)當頻響特性曲線高頻段（>600kHz）的波峰或波谷發生明顯變化，繞組的對地電容可能改變。可能存在線圈整體移位或引線位移等情況。

典型正常的變壓器繞組幅頻響應特性曲線如圖Z13G6002Ⅲ-1所示，通常包含多個明顯的波峰和波谷，幅頻響應特性曲線中的波峰或波谷分布位置及分布數量的變化，是分析變壓器繞組變形的重要依據。

圖Z13G6002Ⅲ-1 正常的變壓器繞組幅頻響應特性曲線圖

根據圖Z13G6002Ⅲ-1中的幅頻響應特性曲線可分為低頻段（1～100kHz）、中頻段（100～600kHz）、高頻段（600～1000kHz）三段幅頻響應特性曲線。其中：

（1）幅頻響應特性曲線低頻段（1～100kHz）的波峰或波谷位置發生明顯變化，通常預示著繞組的電感改變，可能存在匝間或餅間短路的情況。頻率較低時，繞組的對地電容及餅間電容所形成的容抗較大，而感抗較小，如果繞組的電感發生變化，會導致其頻響特性曲線低頻部分的波峰或波谷位置發生明顯移動。對于絕大多數變壓器，其三相繞組低頻段的響應特性曲線應非常相似，如果存在差異則應及時查明原因。

（2）幅頻響應特性曲線中頻段（100～600kHz）的波峰或波谷位置發生明顯變化，通常預示著繞組發生扭曲和鼓包等局部變形現象。在該頻率范圍內的幅頻響應特性曲線具有較多的波峰和波谷，能夠靈敏地反映出繞組分布電感、電容的變化。

（3）幅頻響應特性曲線高頻段（＞600kHz）的波峰或波谷位置發生明顯變化，通常預示著繞組的對地電容改變，可能存在線圈整體移位或引線位移等情況。頻率較高時，繞組的感抗較大，容抗較小，由于繞組的餅間電容遠大于對地電容，波峰和波谷分布位置主要以對地電容的影響為主。

根據測得的幅頻響應特性曲線，可以采用以下方式進行分析判斷。

（1）用頻率響應分析法：主要是對繞組的幅頻響應特性進行縱向或橫向比較，并綜合考慮變壓器遭受短路沖擊的情況、變壓器結構、電氣試驗及油中溶解氣體分析等因素。根據相關系數的大小，較直觀地反映出變壓器繞組幅頻響應特性的變化，通常可作為判斷變壓器繞組變形的輔助手段。用相關系數R輔助判斷變壓器繞組變形的方法見表Z13G6002Ⅲ-1。

表Z13G6002Ⅲ-1 相關系數R與變壓器繞組變形程度的關系

繞組變形程度	相關系數R	繞組變形程度	相關系數R
嚴重變形	RLF＜0.6	輕度變形	2.0＞RLF≥1.0或0.6≤RMF＜1.0
明顯變形	1.0＞RLF≥0.6或RMF＜0.6	正常繞組	RLF≥2.0和RMF≥1.0和RHF≥0.6

注：RLF為曲線在低頻段（1kHz～100kHz）內的相關系數；RMF為曲線在中頻段（100kHz～600kHz）內的相關系數；RHF為曲線在高頻段（600kHz～1000kHz）內的相關系數。

（2）縱向比較法：是指對同一臺變壓器、同一繞組、同一分接開關位置、不同時期的幅頻響應特性進行比較，根據幅頻響應特性的變化判斷變壓器的繞組變形。該方法具有較高的檢測靈敏度和判斷準確性，但需要預先獲得變壓器原始的幅頻響應特性，并應排除因檢測條件及檢測方式變化所造成的影響。

（3）橫向比較法：是指對變壓器同一電壓等級的三相繞組幅頻響應特性進行比較，必要時借鑒同一制造廠在同一時期制造的同型號變壓器的幅頻響應特性，來判斷變壓器繞組是否變形。該方法不需要變壓器原始的幅頻響應特性，現場應用較為方便，但應排除變壓器的三相繞組發生相似程度的變形或者正常變壓器三相繞組的幅頻響應特性本身存在差異的可能性。

繞組變形測試最終數據為同相繞組兩次測試曲線的相關系數值，按《電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法》（DL/T 911—2004）之規定可得出是否變形和變形嚴重程度的判斷。但在實際工作中，還應結合短路阻抗、直流電阻、變比等試驗項目的結果進行綜合分析，也可以通過介損試驗，測量變壓器各側繞組對地的電容量來判斷分析，其測量部位見表Z13G6002Ⅲ-2。

表Z13G6002Ⅲ-2 電力變壓器介損試驗測量部位

序號	雙繞組		三繞組
序號	被測繞組	接地部位	被測繞組	接地部位
1	低壓	高壓、鐵芯、外殼	低壓	高壓、中壓、鐵芯、外殼
2	—	—	中壓	高壓、低壓、鐵芯、外殼
3	高壓	低壓、鐵芯、外殼	高壓	中壓、低壓、鐵芯、外殼
4	—	—	高壓、中壓	低壓、鐵芯、外殼
5	高壓、低壓	鐵芯、外殼	高壓、低壓	中壓、鐵芯、外殼
6	—	—	中壓、低壓	高壓、鐵芯、外殼
7	—	—	高壓、中壓、低壓	鐵芯、外殼

通過以上測量變壓器各部位的電容量，建立方程求出變壓器各側繞組對地的電容量，與初始值比較，有無明顯變化，并根據繞組變形測試結果，結合其他試驗來判斷變壓器內部有無變形。

繞組變形測試結果不能作為判斷變壓器是否受損唯一依據。變壓器繞組變形測試結果判斷的關鍵是擁有繞組結構正常時的頻響曲線或相同結構變壓器的頻響曲線，三相頻響曲線間相互比較是一種權宜之計，它具有一定的局限性。因此，在變壓器新投前必須測量繞組變形，為以后該變壓器故障分析時提高可靠的依據。

（二）測試報告編寫

檢測工作中，應保存繞組頻率響應檢測原始數據，存放方式如下：

1) 建立一級文件夾，文件夾名稱：變電站名＋檢測日期（如：花莊變電站20150101）；

2) 建立二級文件夾，文件夾名稱：調度號（如：#1主變、#2主變）。；

3) 文件名：按照被試設備類型，分別保存所測試的圖譜，如220kV花莊站#1主變高壓側OA/OB/OC相，中壓側OmAm/OmBm/OmCm相等。

4) 當檢測到異常時，應盡量在減少外界干擾的情況下，重復該相測試至少2次，且曲線無變化。存儲不少于2組圖譜，便于信號診斷分析。

繞組變形測試報告試驗記錄應填寫信息，包括基本信息（變電站、委托單位、試驗單位、運行編號、試驗性質、試驗日期、試驗人員、試驗地點、報告日期、編寫人員、審核人員、批準人員、試驗天氣、環境溫度、環境相對濕度）；設備銘牌（生產廠家、出廠日期、出廠編號、設備型號、額定電壓、額定容量等）；試驗數據（繞組測試圖譜及相關系數、試驗儀器、項目結論等）。

二、案例

某110kV變電站一臺變壓器型號為SFSZ9-4000/110，額定電壓為110±8×1.25%/35±2×2.5%/10.5kV，阻抗電壓為Uk12=10.03%、Uk23=6.51%、Uk13=17.72%。變壓器在運行時（高壓在5檔，中壓在4檔），由于該地區普降雷暴雨，使變壓器35kV側保護動作，變壓器輕、重瓦斯保護動作。對該變壓器35kV側3檔、4檔進行繞組變形測試。測試結果如下：

35kV側3檔幅頻響應特性曲線如圖Z13G6002Ⅲ-2所示。35kV側4檔幅頻響應特性曲線如圖Z13G6002Ⅲ-3所示。

圖Z13G6002Ⅲ-2 35kV側3檔幅頻響應特性曲線圖

圖Z13G6002Ⅲ-3 35kV側4擋幅頻響應特性曲線圖

由于新安裝測得幅頻響應特性曲線使用的儀器與本次測量使用儀器的匹配阻抗不同，因此兩次的圖譜不能比較判斷，以本次的圖譜用頻率響應分析法，通過對圖Z13G6002Ⅲ-2和圖Z13G6002Ⅲ-3進行分析。

在圖Z13G6002Ⅲ-2中，其相關系數R均符合表Z13G6002Ⅲ-1中所列規定。

在圖Z13G6002Ⅲ-3中，其低頻段（1kHz～100kHz）的U相與V、W相波峰或波谷位置發生明顯變化，相關系數RLF＜0.6。中頻段（100kHz～600kHz）的波峰或波谷位置發生較為明顯變化，相關系數2.0＞RLF≈1.0。

因此該變壓器在35kV側U相發生嚴重變形，為了進一步診斷確定故障，對其進行下列試驗。

1. 單相空載試驗（見表Z13G6002Ⅲ-3）

表Z13G6002Ⅲ-3 單相空載試驗數據表

加壓	短路	電壓（kV）	電流（mA）	損耗（W）
UmVm	UmNm	10	160	1380
VmWm	WmNm	10	165	1390
WmUm	VmNm	10	235	2000

空載損耗PUmVm與PVmWm比較相差＜3%；空載電流IUmVm≈IVmWm＞1.3IWmUm。

2. 單相短路試驗（見表Z13G6002Ⅲ-4）

表Z13G6002Ⅲ-4 單相短路試驗數據表

加壓	短路UmVmWmNm
	分接開關位置
	3檔		4檔
	電壓（V）	電流（A）	電壓（V）	電流（A）
UN	240	8.0	240	2.8
VN	240	8.0	240	7.5
WN	240	8.0	240	7.5

經計算在35kV側3擋（額定擋）短路時，阻抗電壓Uk12=9.92%，與銘牌值（10.03%）相比＜±10%。而在35kV側4擋短路時，阻抗電壓Uk12=16.5%，與銘牌值（10.03%）相比＞±10%。

3. 測量35kV側直流電阻

在三擋（額定擋）測量UmNm、VmNm、WmNm直流電阻，其誤差＜2%。在四檔測量UmNm、VmNm、WmNm直流電阻，其誤差＞2%，其中UmNm直流電阻高達數百歐。

4. 測量35kV側繞組絕緣電阻

使用2500V/5000MW絕緣電阻表分別測量35kV分接開關，在3檔（額定檔）、4檔的絕緣電阻，R60/R15=5300/4000。

通過以上試驗空載損耗PUmVm與PVmWm比較相差＜3%，空載電流IUmVm≈IVmWm＞1.3IWmUm。在35kV側4檔短路時，阻抗電壓Uk12=16.5%，與銘牌值（10.03%）相比＞±10%。在4檔測量UmNm、VmNm、WmNm直流電阻，其誤差＞2%。結合所測得的幅頻響應特性曲線，判斷該變壓器在35kV側U相的調壓繞組及分接開關發生故障。繞組未發生匝間短路。經吊罩檢查35kV側U相的分接開關（4檔）與調壓繞組之間連線基本脫落。

聲明

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（來源：高壓電氣試驗部落，版權歸原作者）

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