变压器绕组变形检测技术分析研究

发布时间：2020-11-06

　　摘要：电力变压器作为电力传输过程中的关键设备，随着传输容量、电压等级不断提高，发生故障的概率越来越高。根据实际运行情况统计，绕组变形是电力变压器最为常见的故障。绕组变形主要是变压器遭受短路冲击时，导致绕组径向和轴向的尺寸变化引发绕组凸起或扭曲，绕组变形后给变压器安全运行留下重大安全隐患。提前发现绕组变形将有助于降低变压器设备故障率，对保障变压器及电网的安全稳定可靠运行有着重大意义。基于此，本篇文章对变压器绕组变形检测技术进行研究，以供参考。

　　关键词：变压器;绕组变形;检测技术;分析研究

　　引言

　　在电力输送中，变压器的安全运行关系到整个电网的安全。根据实际运行情况统计，绕组变形是电力变压器最为常见的故障。绕组变形主要是变压器遭受短路冲击时，导致绕组径向和轴向的尺寸变化引发绕组凸起或扭曲，绕组变形后给变压器安全运行留下重大安全隐患。通过对变压器绕组检测技术及各类检测方法进行研究分析，对比各种检测方法的优劣及适应性，将不同检测方法结合使用，有利于发现绕组是否发生形变，通过有计划的检修，降低变压器设备故障率，提高变压器的设计和制造水平，保障电力系统安全稳定可靠的运行。

　　1绕组变形原因

　　变压器绕组受外力冲击。新出厂的变压器在运输、就位、安装过程中，不可避免的要受到外力影响，例如，运输、就位时发生碰撞或较大幅度倾斜;安装时内部钻检或吊罩检查，工器具、机械的碰撞等，都将导致绕组发生损坏和变形现象。(2)运行过程中受短路电流冲击。短路电流冲击是导致变压器绕组变形的主要原因之一，特别是在近变压器本体短路，绕组经过的短路电流数值很大，使其遭受巨大的电动冲击力，由于电流的热效应，导致绕组温度迅速升高，导线的机械强度迅速下降，最终将导致变压器绕组发生变形。(3)保护系统存在死区或动作失灵。变压器配有二次保护系统，当故障发生时，保护动作，切除故障，避免事故进一步扩大，但有时保护存在死区或保护拒动，不能立即切除故障，使变压器长时间受到短路电流作用，最终导致绕组发生变形直至烧毁。(4)自身缺陷。变压器绕组由于自身设计、制作的缺陷，当发生短路故障时，承受力差，在短路电流冲击下，将导致绕组发生变形。

　　2变压器绕组变形的危害

　　在电网实际运行过程中，当变压器发生某种故障时并不直接导致绕组发生严重变形，通常只是一小部分发生损坏，但仍能继续运行一段时间，运行时间长短取决于变形的严重程度和部件性能。由于绕组变形的积累效应，会导致内部绝缘破坏引发匝间短路或导致局部放电击穿变压器主体结构，从而降低变压器抗短路能力。

　　3变压器绕组变形的防范措施

　　(1)变压器设计时，充分考虑运行环境、电网短路电流参数等各种因素，提高变压器抗短路能力。绕组缠绕由熟练的技术工人进行，保证绕组的间隙、松紧度一致。(2)变压器运输时，本体加装三维冲撞记录仪，以检测运输过程中是否受到外力冲击。运输时速、道路坡度应严格执行厂家技术要求，特殊地理位置安装的变压器，采购时应明确告知当地的交通运输情况，以便厂家采取相应措施，以便满足运输要求。(3)变压器的保护系统应该完善，不留死区，目前220kV及以上电压等级变压器，一般配置两套不同原理的保护装置，确保发生故障时，能够快速动作，切除故障。

　　4绕组变形的检测技术

　　4.1短路阻抗法

　　负荷阻抗为零时，变压器输入端的等效阻抗称为变压器的短路阻抗，反映了绕组之间或绕组和油箱之间漏磁通形成的感应磁势，由电阻分量和电抗分量组成。针对110kV及以上的变压器，主要取决于电抗分量，即变压器绕组的漏电抗。在频率一定时，变压器的几何尺寸及分布位置决定变压器漏电抗的数值，绕组变形会引起变压器的几何尺寸发生变化，漏电抗也发生相应的改变。因此，短路阻抗法主要思路是通过变压器绕组中的漏电抗的变化判断绕组变形情况，比较测量得到的短路阻抗与变压器出厂数据，可判断绕组形变状况。

　　4.2电容量变化比较法

　　各级绕组的介损可通过对应绕组的电容量计算出来，在变压器运行良好时，电容量数据没有明显变化，在绕组受到短路电流冲击发生严重形变后，电容量变化较为明显。可利用电容量的变化判断绕组变形状况。对于大型变压器，至少进行5次的电容量测试，以判断绕组变形程度。

　　4.3扫频阻抗法测试

　　扫频短路阻抗法基本思路是结合频率响应法和短路阻抗法，在宽频条件下利用扫频源测试变压器绕组的短路阻抗值，同时具备扫频阻抗和频响曲线的能力，其测试的原理随着频率变化发生变化。采用该测试方法，可在扫频阻抗曲线上获得50Hz下的变压器短路阻抗值，其与铭牌值进行比较后可利用目前通用的短路电抗测试国标得到传统意义上的绕组状态测试结果，若将该结果与项目中研究出的扫频阻抗测试标准配合使用可形成优势互补，使得变压器绕组变形的离线诊断技术更加完整、成熟(图1)。

　　4.4低压脉冲法

　　低压脉冲法最早由波兰学者提出，欧美等国家科研人员进一步研究，现已被列为IEC和IEEE变压器短路实验导则和测试标准。在频率超过1kHz情况下，变压器的每个绕组可等效为电阻、电感和电容等分布参数构成的无源线性网络，若变压器的绕组发生形变，网络参数发生变化会引起单位冲击回应的改变。因此，可将一个稳定的低电压脉冲信号加在绕组一端，记录该端和对端的电压波形，比较时域中的激励与回应波形变化即可判断绕组是否发生形变。

　　4.5频率响应法

　　利用电压频率调节试验设备，对变压器每一绕组的单端施加一系列特定频率的信号，依次测量其响应端电压U2和激励电压U1，获取其幅频响应曲线，即：F(f=l0kHz～1MHz)=201g(U2/U1)，通过该曲线形态分析判断绕组变形状态。对于星形接线的变压器绕组依次测量OA，OB，OC的频率响应特性，对于三角形接线的绕组依次测量AB，AC，BC的频率响应特性。中性点引出变压器测试接线示意图如图2所示。

　　4.6超声脉冲反射法

　　超声脉冲反射法利用超声波的反射现象，在被测变压器上固定安装超声探头，对准被测绕组发射超声波，超声探头接收反射信号并转换成电脉冲信号，可计算出超声波往返一次的所用时间。变压器邮箱表面点与绕组表面上的每一点之间的距离是固定不变的，若变压器的绕组发生异常故障，则距离就有相应的变化，从而绕组形变情况。

　　4.7低电压短路阻抗法

　　当负载阻抗为零时，变压器的电抗分量就是绕组的漏电抗，由绕组的几何尺寸决定，当变压器绕组发生变形后，会引起短路阻抗值的改变。

　　结束语

　　通过对变压器绕组变形的各类检测方法进行分析，结合不同的试验或检测条件，考虑实时性和有效性要求，采用智能化手段综合多种检测方法进行检测作出综合判断，有利于提高绕组变形检测的准确性。——论文作者：郭长顺

　　相关期刊推荐：《变压器》(月刊)创刊于1964年，由沈阳变压器研究院主办。主要刊载变压器、互感器、电抗器和调压器类产品的技术文献资料。以报道变压器类产品的应用技术为主。通过报道变压器类产品的设计计算、试验研究、工艺制造和运行维护等方面的成果和经验，促进中国变压器行业的技术进步和变压器技术水平的提高。