阻抗法和频响法诊断电力变压器绕组变形

黄华　周建国　姜益民　陈国恩

　　摘要　简要介绍了阻抗法和频响法测量电力变压器绕组变形的基本原理和实现方法，比较分析了阻抗法和频响法对两种典型变形测试的灵敏性，并指出了两种方法的互补性。在初步总结诊断绕组变形基本规则的基础上，对某次变压器绕组变形故障进行了分析和诊断。
　　关键词　变压器　绕组变形　阻抗法　频响法　试验研究　诊断

Diagnosis of Winding Deformation of Transformer by Impedance Method and FRA

　　Abstract　The Short-circuit Reactance method and Frequency Response Analysis(FRA) method which can be used to measure and diagnose the deformation of power transformer winding are introduced. With these two methods, laboratory research is made on an actual transformer model, and the sensitivity of both methods in two typical simulated winding deformation are compared. It is concluded that these two methods are mutually complementary in the diagnosis of winding deformation. Finally, some basic rules for diagnosing transformer winding deformation are presented and are put into successful application in analysis of a power transformer winding fault.
　　Key words　power transformer　winding deformation　short-circuit reactance　frequency response analysis　laboratory　diagnosis

0　前言
　　目前，检测变压器绕组变形一是阻抗法，二是频响法和低压脉冲法。从目前的技术成熟度看，频响法用于现场要比低压脉冲法易于实施，测得的图谱较稳定，重复性好，不易受试验接线、外界干扰的影响。因此，频响法的应用比较普遍。相对阻抗法，频响图谱包含的绕组特征信息丰富得多，对绕组变形的反映较灵敏。阻抗法则实施更简单，有标准可循，仍不失为一种普测和互补的手段，尤其是对量大面广的中低电压等级的变压器而言。

    由于实际的变压器种类繁多，结构多样，导致变压器绕组的数学建模相当困难，而简单的模型计算与实测的数据还相差甚远。为此，本文以试验研究的方法，摸索综合应用阻抗法和频响法诊断电力变压器绕组变形的依据和规律。通过选择实际的变压器，借助比较成熟的测试技术和手段，建立变压器绕组的物理模型进行分析。推动该测试技术的成熟和完善，促进变压器绕组的理论研究。

1　阻抗法和频响法的测试原理和接线
　　阻抗法是通过测量工频电压下变压器绕组的短路阻抗或漏抗来反映绕组的变形和移位及匝间开路和短路等缺陷。漏抗实质上是散布在变压器绕组与绕组之间，绕组内部及绕组与油箱之间的漏磁通形成的感应磁势的反映，因此对漏磁磁路的变化比较灵敏；短路阻抗则是漏抗和绕组电阻的平方和开方。由于一般大型变压器绕组电阻比漏抗要小很多，因此阻抗可以反映漏抗的变化，而且，测量阻抗比测漏抗易于实现。在现场测试中，建议在低电压下实施阻抗测量，电压根据被测变压器容量的大小一般取几百V，为避开铁芯非线性的影响，所加电流应>2A。被测变压器低压侧短路，高压侧施压，测量接线如图1所示(以两绕组变压器为例)。

　图5　轴向变形实物照片

3) 测试工况3
　　幅向变形。在C相高压线圈底部用力敲两处，凹坑深达1　cm左右(见图7中的标示圈)，测录低压短路阻抗，漏感和高压三相绕组频谱曲线(见图8)。

图7　幅向变形实物照片

针对上述3种测试工况分析为：
　　a) 轴向变形后C相的频谱曲线在第4个频峰发生了较明显的改变(箭头指处)，频峰向高频方向偏移约40　kHz，幅值变化约4　dB，A和B相的频谱基本不

变。偏移频峰位于300～400　kHz的中高频域。根据频率谐振峰与变形面积的关系，第1个频峰发生改变，说明有整体变形；第4个频峰发生改变，说明线圈可能存在1/4面积以下的局部变形；频峰向高频方向偏移，说明部分分布电感减小或分布电容减小。
　　b) 幅向变形对频谱曲线的影响颇为显著。第1个频峰向高频方向偏移约6　kHz，表明整体电感有较明显的变化；中频域的频峰向中部发生大面积的挤压，说明局部的变形相当显著(箭头指处)，导致了整体特性的变化。
　　c) 阻抗法对影响整体电感的变形较为灵敏，如幅向变形、轴向扭曲、匝间开路、短路等，但对匝、饼间的局部拉伸压缩，线圈整体位移，分接开关触头烧蚀等不灵敏。频响法对影响线圈电容和电感的变形都很灵敏，因此后者具有显著的优越性。当然，阻抗法在长期的生产实践中已建立严格的规范和标准，便于实施，易于判断。建议在实际运用中，灵活结合两种方法，作出准确的分析和判断。

3　阻抗法和频响法分析实例解析
　　以变压器型号SFPSZ3—180　000/220，231/38.5/15.75为例，变压器低压出口侧发生对地闪络。常规试验项目检测发现：C₂H₂偏高，示内部有高能量放电；直流电阻测试表明低压绕组b相偏大2倍，有断股发生；低压短路阻抗测试发现高压加压，低压短路，测量短路阻抗发现b相相对其它相变化12.38%；低压加压，中压短路，测量短路阻抗发现b相相对其它相变化-18.68%；高压加压，中压短路，测量短路阻抗发现b相相对其它相变化-2.22%，说明漏感有较大变化。为了确认哪相绕组发生变形及可能变形的部位和程度，对低压绕组进行了频响实测，如图9所示。

图9　变压器故障低压绕组三相绕组频谱

    图谱分析表明，a相和c相频谱曲线严格吻合，b相频谱第一个频峰左移约4　kHz(箭头指处)，说明整体电感增大，与阻抗法的判断相符。中高频段频响幅值略有升高，频峰向高频方向略有偏移(箭头指处)，说明分布电感略有减小，对地电容可能改变，判断可能性较大的是幅向变形。因此诊断建议仅更换b相线圈。
　　后更换线圈解体发现，线圈由两根铜线并绕，共3段，每段22匝，线圈受力向内收缩，导致幅向扭曲，有一凸缘挤出约20　cm，61～62匝处开路有数股。更换b相线圈后复测低压绕组三相频谱如图10所示，基本吻合。

图10　变压器更换线圈后低压绕组三相绕组频谱