变压器低电压短路阻抗测试异常案例分析

《高压电器》    2009年　　第2期　

    曾军   程盛   陈三运  马强  邱劲  邹少勇

湖北省宜昌供电公司，湖北 宜昌443003

摘要  本文列举五起交接试验时变压器阻抗电压与铭牌值相比偏差超过注意值的案例,分析了超标原因，介绍了投运前绕组移位、变形判定过程，提出了其电抗法判定原则及对新变压器加强全过程技术监督管理的建议。

关键词  变压器； 短路阻抗；偏差； 变形； 电抗法；  

Analyses of the exceed case about the short circuit

impedance test on the transformer

ZENG Jing,CHENG Sheng,CHEN San-yun,MA Qiang, QIU Jing

Yichang power Supply Company of Hubei, Yichang 443003, China

Summary: The author had listed 5 cases which the deviation between the impedance voltage and nameplate are out over the specified range during the short circuit impendence testes on the transformer before running, analyses the courses of the deviation, and introduced the diagnosis procedures  of the winding shift and deformation before running, and finally come up the distorted reactance methods about it and the principles suggestions of the entire process of management on the new transformer.

Key words: transformer; short circuit impedance; deviation; deformation; reactance method

中图分类号  TM51        文献标识码:B

0        前言

作为电力系统中重要的主设备，变压器的健康状况将严重影响电网的安全运行。从变压器事故情况分析来看，绕组移位、变形已成为电力变压器事故的首要原因。绕组变形是指绕组在受力后,发生轴向或径向的尺寸变化、器身位移、线圈扭曲等。造成变压器绕组变形的主要原因有:在运输、吊装过程中发生意外碰撞；在运行过程中不可避免地遭受外部短路电流的冲击。变压器绕组发生局部变形以后，有的会立即发生损坏事故，更多的是运行一段时间后突发故障，运行时间长短取决于变形程度和部位。绝缘距离发生改变或绝缘受到损伤会导致局部放电发生，遇到过电压作用时有可能发生匝间、饼间击穿，导致突发性绝缘事故，甚至在正常运行电压下，因局部放电的长期作用造成绝缘击穿；绕组机械性能下降，抗短路能力降低，当遭受故障短路电流冲击时，绕组的变形现象加剧，因承受不住巨大的电动力作用而发生损坏。

变压器短路阻抗是当负载阻抗为零时变压器内部的等效阻抗。短路阻抗的电抗分量X_k，一般可认为即是变压器绕组的漏电抗，它是两个绕组相对距离（同心圆的两个绕组的半径R之差）的增函数，而且漏电感L_k与这两个绕组高度的算术平均值近似成反比。短路阻抗的无功分量即是通常所称的漏电抗或短路电抗，由于绕组对的短路电抗X_k和短路阻抗Z_k都是L_k的函数，因此，若绕组出现变形、位移，U_k、Z_k、X_k 、L_k亦均会有所反映。

2005年6月国家电网公司在《十八项电网重大反事故措施》9.2.3条中明确要求：“110kV及以上电压等级变压器在出厂和投产前，应做低电压短路阻抗测试，以留原始记录”，“110kV及以上电压等级变压器在遭受出口短路、近区多次短路后，应做低电压短路阻抗测试，并与原始记录进行比较，同时应结合短路事故冲击后的其他电气试验项目进行综合分析。判断变压器无故障后，方可投运。正常运行的变压器应至少每6年测一次。”

即将颁布实施的《电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》（以下简称《电抗法检测导则》）中4.1条明确规定了绕组变形的检测时机：“变压器经运输到现场安装就位后。若运输过程中有剧烈震动，或受到冲撞，或倾斜超出规定的，可在缷车（船）前进行。”

《电抗法检测导则》中对阻抗电压>4%的同心圆绕组对动稳定参数变化注意值有以下规定：

纵比：容量100MVA及以下且电压220kV以下的电力变压器绕组参数的相对变化均不应大于±2.0%；容量100MVA以上或电压220kV及以上的电力变压器绕组参数的相对变化不应大于±1.6%。

横比:容量100MVA及以下且电压220kV以下的电力变压器绕组三个单相参数的最大相对互差不应大于2.5%。容量100MVA以上或电压220kV及以上的电力变压器绕组三个单相参数的最大相对互差不应大于2.0%。

1        检测情况介绍

宜昌供电公司自2002年起在历年的反措中规定变压器交接试验时必须进行变压器首次低电压短路阻抗测试，在投运前的交接试验中进行低电压短路阻抗测试目的有三点：①建立原始数据库，方便以后变压器遭受出口短路、近区短路后有原始“指纹”数据进行纵向比较；②判断上下车船、吊装运输、本体就位过程中有无倾斜、冲撞、震动、跌落等不利因素造成绕组和铁芯变形、移位；③检验变压器的制造工艺水平。三相变压器的三个单相线圈或同一批同类型同规格的变压器线圈的结构和组装尺寸设计值是一样的，三相参数的差异主要是由工艺过程造成的。宜昌供电公司规定的判断原则为：1、单相电源法测试的各单相绕组参数（短路电抗X_k、漏电感L_k）的横向比较，2、三相电源法测试的三相绕组综合阻抗电压U_K与铭牌值U_ke或出厂试验值U_ke1的纵向比较。由于《电抗法检测导则》在2005年才开始制定，2007年才出台初稿，可供参考的依据只有GB1094-85《电力变压器》第5部分《承受短路能力》中的“圆形同芯式变压器的电抗在短路电流冲击前后的变化不大于2%”,故宜昌供电公司规定低电压短路阻抗试验注意值均为2%。

宜昌供电公司于2002年配置了西安天城电力仪器设备厂生产的《CD9882型变压器动稳定状态参数测试仪》和北京圣泰实电气技术有限公司生产的《TDT5型电力变压器绕组变形测试仪》，并于当年在交接试验和停电预防性试验时开展用低电压电抗法和频响法进行绕组动稳定参数的原始数据建档工作，也对电网中发生出口短路、近区短路的十多台次变压器进行绕组变形检测，累积检测变压器近三百台次。

2005年至今共进行110kV及以上变压器交接试验38台，其中220kV变压器11台，110kV变压器27台，交接试验时绝大多数变压器阻抗电压实测值与铭牌值的相对偏差小于注意值，但也发现7台变压器阻抗电压实测值与铭牌值相对偏差超过注意值，其中220kV变压器2台，110kV变压器5台，分别占测检总数的18.2%、18.5%。

2        案例分析

案例1

2006年8月某110kV变电站一台A厂2000年生产的容量2000MVA变压器，因容量不够移至另一变电站，该厂2006年出厂了一台新变压器接替老变压器运行。变压器型号SSZ11-31500，额定电压110±8×1.25%/38.5±3×2.5%/11kV，组别YnYnd11(事例中各变压器均为此组别)。

2006年6月进行变压器投运前的交接试验。绕组高对中阻抗电压实测值U_k为10.44%，与铭牌值U_ke=10.17%相比，偏差ΔU_k为2.65%。高对中绕组三相电抗值X_k分别为38.52、38.38、38.27Ω，偏差ΔX_k为0.65%。虽然阻抗电压值的纵向比较大于注意值，但考虑到绕组单相电抗值和三相频响曲线的横向比较都无较大差异，仔细分析后判定该变压器绕组无异常。投入电网后运行至今。

案例2

事例二中提到了A厂2000年生产一台型号为SFSZ9-20000/110的变压器因容量不够迁至另一变电站运行，该变压器迁移就位后，于2007年2月进行了该变压器的交接试验。该变压器自出厂后未曾进行过短路阻抗和频率响应试验。

绕组高对低阻抗电压实测值U_k值为17.53%，与铭牌值U_ke=16.58%相比，偏差ΔU_k为5.72%；高对中U_k值为10.29%，与铭牌值U_ke=10.74%相比，偏差ΔU_k为-4.2%。高对低三相电抗X_k分别为99.80、99.95、99.42Ω,三相电抗最大偏差ΔX_k为0.5%；高对中三相电抗X_k分别为59.70、59.55、59.46Ω,三相电抗最大偏差值ΔX_k为0.3%。频响法结果显示三相绕组横向比较波峰波谷位置无明显变化。高压三相绕组低频段相关系数分别为1.66、1.48、1.48，中频段相关系数分别为2.97、2.46、2.51；中压三相绕组低频段相关系数分别为2.02、3.03、2.09，中频段相关系数分别为1.07、1.20、1.49；低压三相绕组低频段相关系数分别为2.48、2.25、2.77，中频段相关系数分别为1.74、1.52、1.31。

虽然低电压阻抗法测试显示高对低，高对中绕组短路阻抗值与铭牌值均超过2%的注意值，但单相法测出的三相电抗值基本无差异，而且频响法测试显示波形良好，在仔细分析后认定绕组无异常，随后在征得各方面同意后进行了操作波感应耐压试验。A、B相感应耐压试验通过，但C相耐压时出现击穿，波形显示击穿时高压侧电压为298kV，中压侧为110kV。

随后厂家派人参加了该变压器的复试，试验结果仍然如上所述，两方协商后决定返厂拨线圈解体检查，宜昌供电公司也派人参加了此次检查，但线圈未发现异常，也未见击穿痕迹。该变压器重新组装后，进行了出厂试验，高对中、高对低阻抗电压值U_ke1分别为10.4%、17.22%（与铭牌值U_ke10.74%、16.58%分别相差-3.2%、3.9%）。2007年5月运抵安装就位后再次在现场按厂家要求进行了低电压短路阻抗试验。现场高对中、高对低阻抗电压值分别为10.3%、17.56%，与出厂试验值10.4%、17.22%分别相差0.98%、1.95%,与铭牌值分别相差为-4.1%,5.9%。

表2为2007年2月、2007年5月两次绕组阻抗电压值与铭牌值、出厂值的偏差，表3为两次试验时高对低、高对中各绕组单相参数的对比。

表2  两次绕组阻抗电压与铭牌值、出厂值的偏差

U_k分别为两次试验实测值，U_ke为变压器铭牌值，U_ke1为变压器出厂试验值，ΔU_k为实测值与铭牌值的相对偏差，ΔU_k1为实测值与出厂试验值的相对偏差

表3  绕组单相参数两次试验的纵向比较

X_k 为各绕组对电抗值，L_k为各绕组对电感值

从表2，表3可以看出，现场2007年2月、2007年5月两次阻抗电压实测值相差甚小，偏差分别为0.1%、0.17%,单相电抗值最大偏差也仅为-0.43%,这说明解体前后绕组动稳定状况（布置、结构、距离等）没有变化,这也进一步说明解体前绕组动稳定状况良好。由于解体前后各绕组的布置、结构、距离等没有任何改变,那么铭牌值就应该和2007年5月的出厂试验结果一致，让人疑惑不解是出厂试验值与铭牌值偏差达-4.10%、5.91%，远大于导则规定的复验分散性不大于0.2%的要求。

鉴于在变压器内部未发现击穿痕迹，耐压时击穿疑为外部放电或闪络，试验击穿与绕组动稳定状态无直接联系。

案例3

同是A厂生产的型号SSZ11-40000/110，额定电压110±8×1.25%/38.5±3×2.5%/11kV新变压器在安装就位后于2007年4月进行低电压短路阻抗试验。试验数据见表1。

表1  高对低绕组阻抗电压与铭牌值、出厂值的偏差

U_k为实测阻抗电压值，U_ke为变压器铭牌值，U_ke1为变压器出厂试验值，ΔU_k为实测值与铭牌值的相对偏差，ΔU_ke为铭牌值 U_ke与出厂值U_ke1的相对偏差，ΔU_k1为实测值与出厂试验值的相对偏差

高对低绕组阻抗电压实测值U_k=18.41%，与铭牌值U_ke=17.84%相比，相对偏差ΔU_k为3.2%，大于2％（注意值）。单相电源法测出的高对低绕组的单相电抗值分别为52.35、52.32、52.48Ω，最大偏差ΔX_k=0.18%。

查阅出厂试验报告，报告中只有阻抗电压的最终换算结果，而无具体电流、电压实测试验数据。由于A厂已出现过两起阻抗电压现场实测值与铭牌值偏差较大的异常情况（见案例1和2），与厂家取得联系后，传真来出厂试验时的原始试验数据:低压绕组短接,高压绕组加压,电流2A时，OA、OB、OC电压分别为112.6、112.5、113.0V。

根据厂家原始试验数据，可以计算出阻抗电压出厂值U_ke1应为18.63%，铭牌值 U_ke与出厂值U_ke1相比，偏差ΔU_ke为4.43%。铭牌值U_k与出厂值U_ke1相比，相对偏差ΔU_k1=-1.18%，小于注意值，判定绕组无移位、变形。

案例4

某220kV变电所已有一台1#变运行,2007年新增一台2#新变压器。该变压器由B厂生产，型号SFSZ10-180000/220，额定电压230±8×1.25%/115/10.5kV。2007年11月，试验人员对2#变压器进行交接试验。

表4  绕组阻抗电压与铭牌值、出厂值的偏差

绕组高对中阻抗电压实测值U_k为13.55%，与铭牌值U_ke12.91%相比，相对偏差ΔU_k为4.96%。单相电抗值测试结果：高对低，高对中，中对低单相电抗值偏差分别为0.38%、1.7%、1.71%。

频响法测试显示，三相绕组横向比较波峰波谷位置无明显变化。高压绕组低频段相关系数分别为2.14、 1.59 、1.70，中频段相关系数分别为2.14 、2.16、 3.16；中压绕组低频段相关系数分别为2.08、 2.26、 2.05，中频段相关系数分别为1.37 、1.50 、1.30；低压绕组低频段相关系数分别为3.99、 4.29、 3.81，中频段相关系数分别为2.42、 1.95、 2.40。

阻抗电压值与铭牌值的横向比较与单相电抗值、频响曲线的横向比较相矛盾，在反复试验后与生产商联系，厂家给出答复：一实习生错打了铭牌数值，铭牌值应为13.51%。U_k与U_ke1（正确铭牌值）13.51%的偏差为0.29%，判定绕组无异常。值得一提的是，①此台变压器抵达现场后在现场验收时发现冲撞记录仪未打开，只得进行吊罩检查，检查中未发现有变形、移位现象。②绕组高对中原铭牌值为12.91%，与1#变铭牌值一样。

案例5

2008年４月，试验人员对C厂生产的一台SSZ11-40000/110，编号7101009，额定电压115±8×1.25%/38.5±3×2.5%/10.5kV新变压器进行交接试验。

绕组高对低阻抗电压实测值U_k为18.99%，与铭牌值U_ke18.16%相比，相对偏差ΔU_k为4.55%。单相电抗值的测试结果:高对低，高对中单相电抗值偏差分别为0.97%、1.6%。频率响应曲线显示，三相绕组横向比较波峰波谷位置无明显变化，高压绕组低频段相关系数分别为1.81、 1.96、 2.12，中频段相关系数分别为：1.69、 1.60、 1.81；中压绕组低频段相关系数分别为：2.18、 2.26、 2.22，中频段相关系数分别为：2.03、 1.94、 2.27；低压绕组低频段相关系数分别为：2.37、 2.38、 4.57，中频段相关系数分别为：1.58 、1.57、 2.83。由于出厂试验报告中只有最终测试结果而无电流、电压值及测试方法，故要求厂家提供试验电流、电压试验值。温度35℃时，厂家施加电流686A，阻抗电压为595V，归算到额定电流下阻抗电压为1907V，短路阻抗为18.16%。

现场阻抗电压实测值与铭牌值相差达4.55%，厂家解释是出厂试验与现场试验时施加电流值不一样造成了测试结果的差异。变压器漏磁通回路中油、纸、铜等非铁磁性材料占磁路长度的一多半以上，非铁磁性材料的磁阻是线性的，且磁导率仅为矽钢片的万分之五左右，亦即磁压的99.9%以上降在线性的非磁性材料上。因此在电抗法测试导则中把漏电感L_k看作线性,引起的偏差小于千分之一。由于L_k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，低电压下测量L_k与额定电流下的测试结果相比可以认为等效（不大于千分之二的误差），这是构成低电压电抗法可以在施加不同电压、电流情况下检测绕组各项参数并进行对比的物理基础。厂家的解释与低电压电抗法的测试原理相抵触。厂家派人参加了现场操作波感应耐压试验，试验结束后投运至今。

3        思考及建议

(1)    短路阻抗与铭牌值、出厂值虽然出现一定偏差，但产生偏差的原因在于部分变压器短路阻抗铭牌值未能真实反映变压器的技术参数，且与出厂试验值相比不一致，这已被案例2、3、4所证实。

(2)    同类已定型的产品在理论上来说各项技术参数是完全一样的，差异很小，可是实际上每台产品质量控制、工艺控制执行上的差异，往往会造成了同类产品由同一图纸生产但技术参数相差较大。不能排除个别变压器厂家将某一台变压器的短路阻抗值套用到同一类变压器铭牌上的可能,也不能排除铭牌值即是设计值的可能。

(3)    国家电网公司在《十八项电网重大反事故措施》的9.2.3中虽然明文要求对110kV及以上电压等级变压器在出厂和投产前，应做低电压短路阻抗测试，以留原始记录，但对如何判断投产前动稳定状态有无异常并无明确说明。铭牌值不能真实反应变压器的实际技术参数，这就给投运前判断运输过程中的绕组变形、移位及无“指纹”数据的变压器出现出口、近区短路后的试验判断比较带来了难度。笔者认为鉴于:①个别变压器出厂值与铭牌值存在差异，②出厂试验值与铭牌值一致，但与现场低电压实测值差异较大的具体情况，对投运前绕组变形、松动的判断应采取阻抗电压值与铭牌值、出厂值纵向比较与各绕组电抗值横向比较相结合的原则，必要时配合绕组频响曲线的横向比较进行判断，并要充分考虑同一厂家生产的变压器在短路阻抗试验中的以往测试情况。短路阻抗实测值与铭牌值、出厂值的相对偏差只能参考，不能作为绕组稳定性较差的唯一依据。当与铭牌值相比超过导则注意值时应再与出厂值相比，与出厂值相比依然超过注意值时，应充分尊重绕组单相电抗参数之间的横向比较结果。

(4)    短路阻抗是变压器极为重要的技术参数，它不仅反映了变压器绕组动稳定状态，而且影响到供电电压的质量（电压波动率）、运行时负荷的分配，进而影响到经济效益，同时还是继电保护整定计算的基础数据，其准确性影响到系统运行安全。出厂试验时进行短路阻抗测试可以考核产品的这一主要技术参数是否达到了订货合同或技术协议书中规定的标准，而目前的出厂试验见证执行得不够彻底，即使参加见证，往往重点放在绝缘项目上,对参数测试重视程度不够，对参数的重点又放在损耗、噪音上，这跟在1990年前后国内变压器因绝缘问题引起事故的比例较高,而短路阻抗问题暴露得较少有关。然而阻抗电压值不符合技术协义或国标GB1094.1-1996关于短路阻抗允许值并引起纠纷的事例已多次出现^[1]。出厂验收时应根据技术协议中的规定值和GB1094.1-1996《电力变压器》中允许偏差值（技术协义中规定的允许偏差值）确定阻抗电压是否在允许误差范围内，按照DL/T-586-1995《电力设备用户监造技术导则》中关于现场见证W点的要求，加强出厂验收时的短路阻抗检测。如果未进行出厂试验见证或见证时无专业人员参与，一旦现场试验结果与出厂试验值差异过大，其原因就很难分析清楚。订货时的商务合同中对短路阻抗实测值与额定分接位置的保证值相比超过允许值时规定了具体的降低销售价格条款，而目前国内110kV变压器生产厂家就有一百多家，设计能力、工艺质量控制水平曾差不齐，验收时业主应派专业技术人员见证试验，防止生产商因实测值达不到合同要求而有意弄虚作假欺骗用户。确保改进措施控制在设备制造环节，不将问题带到运输、安装后，这对制造厂和用户来说都是最理想的结果。

(5)    低电压下阻抗电压值与铭牌值、出厂值的差异，铭牌值与出厂值的差异都暴露出个别厂家在质量控制上的一些问题，作为用户单位应高度重视投运前的检测，检验变压器的制造工艺水平，并将试验结果、同厂家变压器“家族”历史等全过程数据资料纳入状态评估信息库，以此为依据对变压器状态进行评估。同时，还要督促制造商加强质量各个环节的控制，杜绝同一厂家生产的变压器超过注意值事例一再发生。国家电网公司在《十八项电网重大反事故措施》的9.2.3中明文要求：“110kV及以上电压等级变压器在出厂和投产前，应做低电压短路阻抗测试，以留原始记录”，但从试验报告中来分析，这条反措执行情况尚不理想，至少报告中未出具原始试验电流、电压等数据，建议在技术协议中规定出厂试验报告中应详细记录低电压短路阻抗测试时电流、电压等参数的实测值及换算过程，方便运输、安装就位后的纵向比较。

(6)    湖北省电力公司2001年11月颁布的《防止电力生产重大事故二十五项重点要求实施细则》20.2.9.1规定:“变压器出厂时，制造厂应进行变压器绕组变形频率响应特性试验，并提供其曲线，标明试验所用仪器、分接位置、接线方式等，现场安装竣工后，必要时由制造厂家用同型号的仪器再进行绕组变形频率响应特性试验，以判断变压器在运输和安装过程中绕组有无变形。”当交接试验中短路阻抗值与铭牌值相比有较明显偏差时,可依据该条规定要求厂家携带仪器进行现场频率响应试验，将两次频响曲线进行纵向比较以判定变压器是否存在移位和变形。

(7)    变压器耐压前后、冲击合闸后、投入运行后应按预防性试验、交接试验规程要求进行绝缘油中溶解气体的色谱分析，监测气体含量及增长趋势，尽早的在变压器发生事故之前发现缺陷。在某种意义上来说，可以亡羊补牢，防止确有变形移位的变压器因漏判混入电网运行。

4        结语

(1)    加强对变压器从选型、定货、验收到投运的全过程管理，严格按规定对新变压器验收，确保改进措施落实在设备制造、试验阶段。

(2)    个别变压器短路阻抗铭牌值未能反映变压器的真实技术参数，且与出厂试验值不一致。

(3)    对投运前绕组变形、松动的判断应采取阻抗电压值与铭牌值、出厂值纵向比较与各绕组电抗值横向比较相结合的原则，必要时结合绕组频率响应曲线的横向、纵向比较进行分析，并要充分考虑同厂家的变压器在交接试验中的以往测试情况。

作者简介：

曾军（1976-），男，湖北宜昌，工程师，硕士，从事项目及设备管理。

程盛（1971-），男，湖北宜昌，高级工程师，大学，从事电气试验技术管理。

陈三运（1951-），男，湖北宜昌，副总工程师、总工程师顾问，三峡大学兼职教授, 硕士导师，

马强（1976-），男，湖北宜昌，高级工程师，硕士，从事科技进步管理工作。

邱劲（1968-），男，湖北宜昌，高级工程师，大学，从事基建工程质量管理。

邹少勇（1968-），湖北宜昌，工程师，大学，从事电气试验。

参考文献：

[1]　 邬伟民，孙强，李建强.　低电压电抗法诊断电力变压器动稳定状态的实测分析.电力设备.2003,(1)：50～55