频率响应法、低电压短路阻抗法测试绕组变形的应用

频率响应法、低电压短路阻抗法测试绕组变形的应用摘要：电力变压器在遭受短路电流冲击或运输过程中遭受冲击时，在电动力或 机械力作用下发生的轴向或径向尺寸变化，通常表现为绕组局部扭曲、鼓包或位 移等特征。绕组变形是电力变压器安全运行的一大隐患，及时发现和处理有问题 的变压器，有针对性地进行吊检，对变压器事故的发生及大面积停电等具有防范 作用。关键词：变压器；绕组变形；测试方法；应用1 引言十八项反措要求：110 （66） kV及以上电压等级变压器在出厂和投产前，应 采用频响法和低电压短路阻抗法对绕组进行变形测试，并留存原始记录。频响法 和低电压短路阻抗法都有很多成功的经验，也有不足的地方。因此，频响法和低 电压短路阻抗测试两者应同时开展，以分析得到更为准确的诊断结果。2 扫频响应分析法扫频响应分析法，是用扫描发生器将一组不同频率的正弦波电压加到变压器 绕组的一端，然后测量绕组两端端口特性参数的方法。频率响应法的原理指在较高频率的电压作用下，变压器的每个绕组均可视为 由线性电阻、电感、电容等分布参数构成的无源线性二端口网络，其内部特性可 通过传递函数H （j）描述。当变压器结构确定后，各绕组对应的二端口网络参 数是一定的，如果绕组发生变形，绕组内部的分布电感、电容等参数必然会改变， 从而对应的二端口网络参数改变，导致其传递函数H （j）发生变化。变压器绕 组的幅频响应特性采用频率扫描方式获得。连续改变外施正弦波激励源 Us 的频 率f （角频率=2nf），测量在不同频率下的响应端电压U2和激励电压U1的信 号幅值之比，获得指定激励端和响应端情况下绕组的幅频响应曲线。测试设备采用一台便携式的装置，用50W同轴测试导线连接到变压器绕组上, 试验过程中，对绕组输入幅值为10 Vrms的正弦信号，然后通过采集单元对绕组 的输入电压和输出电压进行采集和傅里叶变换处理。整个试验过程很慢，每相大 约用三十分钟才完成试验。因此，该方法更适合在实验室中采用。频率响应法的注意事项：（1）杂散电容的影响，变压器套管母线对地杂散电容往往是不固定的，为得 出较为精确的诊断结果，测试应在变压器处于完全与电网隔离的状态下进行。测 量前应拆除与变压器套管端头相连的所有引线，并使拆除的引线尽可能远离被测 变压器套管，以减少其杂散电容的影响。（2）分接开关位置的影响，变压器绕组的频率响应特性与分接开关的位置有 关，测试时应检查并记录分接开关的位置。建议在最高分接位置下测量，以便能 够包含整个绕组的图谱信息；或者应保证每次测量时分接开关均处于相同的位置（一般选额定分接），以便对试验结果进行前后比较。（3）静电电荷影响，为避免绕组中储存的静电电荷损坏测试系统，变压器绕 组变形测量需在直流试验项目之前进行。如果被测变压器刚刚完成直流试验项目， 则在连接测试回路前须对变压器绕组进行充分放电。（4）连接的影响，因测量信号较弱，激励信号和响应信号测量端应与变压器 绕组端头可靠联接，减小接触电阻（如接线钳子的铜接头与套管导电部位接触）。 测量引线本身的杂散电容也会影响频响特性的测试结果，测试时应使用专门配置 的测量电缆及连接引线，并尽可能使这些引线（包括注入单元和检测单元）远离 被测绕组的套管。（5）接地的影响，入单元和检测单元的接地线应共同联接在变压器铁心接地 处，接地线应尽可能短且不应缠绕。变压器铁心必须与外壳可靠接地。测试仪外壳、测量阻抗外壳必须与变压器 外壳可靠接地。如果接触不良，频率响应曲线有可能出现毛刺等异常现象。3 低电压短路阻抗法短路阻抗主要是电抗分量，变压器的电抗分量就是绕组的漏电抗，由绕组的 几何尺寸所决定，变压器绕组变形肯定会引起短路阻抗数值的改变。阻抗的变化规律：变压器绕组与绕组之间、绕组内部与油箱之间的空间等是 变压器漏磁通的通路，当变压器绕组发生故障后，漏磁磁路可能发生改变，磁路 的变化直接影响漏磁大小，具体如下：（1）如果短路阻抗的变化量是正偏差，则两绕组间的漏磁空道宽变大，即两 绕组之间的距离变大；（2）如果短路阻抗的变化量是负偏差，则两绕组间的漏磁空道宽变小，即两 绕组之间的距离变小。变压器漏磁电抗可以反映绕组的变形、位移及匝间短路和开路等故障。变压 器在运行过程中可能受到短路电流的冲击，如果短路后的短路电抗值变化很小， 则判定绕组没有变形，如果变化大，则判定为绕组有变形。低电压短路阻抗法的等效性，考虑到在漏磁通回路中油、纸、铜等非铁磁性 材料占磁路主要部分，且非铁磁性材料的磁阻是线性的，磁导率仅为铁心硅钢片 的万分之五左右，即磁压降 99.9%以上落在线性的非磁性材料上，则可以把短路 电抗看作线性的，即 Xk 在电流从 0 到短路电流的范围内都可以认为是线性的。 因此，测量 Xk 可以用较低的电流和电压而不会影响其复验性。测量漏电感可以 用较低的电流、电压而不会影响其复验性（包括与额定电流下的测试结果相比） 不大于千分之二的要求。由于漏电抗、激磁阻抗、短路电抗都未涉及与电压或电 流无关的线性因素，因此均可在不同的电流（电压）下测量上述参数，而不影响 其互比性。低电压短路阻抗法的注意事项：（1）加压与短接位置低压侧短路，高压侧加压，这样试验电流小，容易满足条件，并且测量的高 压侧表示的阻抗电压数值大，比较准确。（2）记录温度（油温及气温）铭牌上的短路电压Uk%是75C时的计算值，现场测量时油温低于75C，往往 较铭牌值小，必要时需进行换算。（3）分接位置，测试时，被加压绕组和被短接绕组均应置于最高分接位置； 外部短路故障后的检查可增加短路时绕组所在分接位置的检测；首次电抗法测试， 应在该变压器铭牌上标有短路阻抗值（或出厂试验报告上有实测值）的分接位置 测量短路阻抗Zk或Zke。4 频率响应法与低电压阻抗法的对比分析频率响应法诊断变压器绕组变形故障具有灵敏度高、试验设备轻便等优点。 但该方法是高频弱电测试方法，测试结果往往会受到各种干扰因素的影响；要求 前后测试的频率响应测试时设备为同厂家同型号的；对历史数据依赖性高，若无 历史数据无法进行纵向比较；没有简洁明确的判据，在某些情况下单一采用频响 分析法检测变压器绕组变形比较困难。低电压短路阻抗法受测试环境影响小，数据可信度高，具有简洁明确的诊断 标准，对试验设备的依赖性不高。但该方法具有试验设备笨重，试验重复性差， 不能准确判定绕组变形位置等缺点。鉴于频率响应法和低电压短路阻抗法已应用多年，拥有成熟的应用经验，且 相关标准也已颁布，建议现场检测时，应将两种检测方法的判断优点有机结合， 以便提高判断准确性。为了更准确判断变压器绕组变形情况，还需结合现场油色谱分析结果、电容 量大小及变化情况等综合分析。5 结论只有了解频率响应法、低电压短路阻抗法的原理，测试方法、优缺点，应用 二种测试方法综合判断变压器绕组是否变形，保证变压器的安全稳定运行。参考文献：1 国家电网公司十八项电网重大反事故措施2 中华人民共和国电力行业标准电力变压器绕组变形的频率响应分析法 DL/T 911-20043 中华人民共和国电力行业标准电力变压器绕组变形的频率响应分析法 DL/T 911-2004作者简介：张军（1971.7-），男（汉族），兴安盟，国网蒙东检修公司兴安运维分部， 职称：高级工程师