测量短路电抗是判断
变压器绕组变形的有效方法
曾刚远
摘要：从理论和实践的结合上阐述了测量短路电抗可以判断变压器绕组是否变形的道理，分析了三相变压器不同联结组短路阻抗的测量计算方法，介绍了测量仪器的选择和使用注意事项。
关键词：变压器 绕组 变形 短路电抗 测量
1 变压器短路阻抗与绕组结构的关系
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，即短路电抗，就是绕组的漏电抗。由变压器的理论分析可知，变压器绕组的漏电抗由纵向漏电抗和横向漏电抗两部分组成。一般情况下，横向漏电抗比纵向漏电抗两部分组成。一般情况下，横向漏电抗比纵向漏电抗小得多。无论是横向漏电抗，还是纵向漏电抗，其电抗值都是由绕组的几何尺寸所决定的。也就是说，在工作频率一定的情况下，变压器的短路电抗是由绕组的结构所决定的[1]，其可由短路阻抗求出。
对于一台变压器而言，当绕组变形、几何尺寸发生变化时，其短路电抗值也要变化。反之，如果运行中的变压器受到了短路电流的冲击，为了检查其绕组是否变形，可将短路前后的短路电抗值加以比较来判断。如果短路后的短路电抗值变化很小，则可认为绕组没有变形；如果变化较大，则可认为绕组有显著变形。所以，有关标准规定，变压器在进行短路试验前后，都要求测量每一相的短路阻抗，并把试验前后所测量的电抗值加以比较，根据其变化的程度，作为判断被试变压器是否合格的重要依据之一。
近年来，先后有66台油浸式变压器在国家变压器质检中心强电流试验室进行了短路试验。在短路试验前后，对被试变压器的每一相短路阻抗都进行了测量。有55台变压器的短路电抗值，在短路试验后变化很小，与短路试验前比较相差不到2%。吊心检查也没有发现绕组、连接线和支撑件结构的明显位移、变形或放电痕迹。重复进行例行试验，各项指标符合标准要求。说明这55台变压器经短路试验合格。另有11台变压器短路试验后的短路电抗比试验前相差2%以上，最大的相差71%。吊心检查发现，这11台变压器的绕组、连接线和支撑件均有不同程度的位移和变形，详细情况如统计表所示。理论和实践都说明，测量短路电抗是判断变压器绕组变形的一种有效方法。
2 短路阻抗的测量方法
由前面的分析可见，变压器的短路阻抗是一个很重要的参数。因此，必须掌握短路阻抗的正确测量方法，使测量所得的数据据准确可靠。三相变压器短路阻抗的测量方法与变压器的联结组有关。联结组不同，测量方法也不同。现将常见的双绕组三相变压器不同联结组的短路阻抗测量方法介绍如下，而三绕组三相变压器的短路阻抗的测量在双绕组的基础上稍加改动即可，故不作介绍。
2.1 YN yn、YN d联结组
这两种联结组的测量方法比较简单。测量时，先将二次侧的a、b、
c、o（Ynyn联结）或a、b、c（Ynd联结）短接，分别测量一次侧AO、BO、CO各相的短路阻抗，测量仪器所显示的阻抗值就是一次侧各相的短路阻抗值。
ZAO=RAO+jXAO ZBO=RBO+JxBO ZCO=RCO+jXCO
2.2 Yyn、Yy、Yd联结组
因为这三种联结组的一次侧中性点没有引出，所以不能直接测量每一相的短路阻抗，只能测量两相之间串联的短路阻抗，尔后用公式计算每一相的短路阻抗。具体方法如下：
首先，将二次侧的a、b、c短接，然后分别测量一次侧的AB、BC、AC之间的短路阻抗：
ZAB=RAB+jXAB ZBC=RBC+JxBc ZAC=RAC+jXAC
由此求得一次侧每一相的短路阻抗：
2.3 Dyn、Dd联结组
这两种联结组的一次侧各相绕组相互串联，彼此不能独立存在。为便于求得每一相绕组的短路阻抗，可以测量两相绕组并联的等效短路阻抗，然后用公式计算求得每一相的短路阻抗。具体方法如下：
首先，将二次侧的a、b、c、o（Dyn联结）或a、b、c（Dd联结）短接。然后短接AB，测量BC、AC两相的并联阻抗。再短路AC，测量AB、BC两相的并联阻抗。最后短接BC，测量AB、AC两相的并联阻抗。由此得到以下三组测量值：
油浸式变压器短路试验后短路电抗变化和绕组变形情况统计表
|
序号
|
被试品主要参数 |
试 验
日 期 |
短 路 电 抗 测 量 值 |
吊心检查情况 |
|
|
高压/kv
低压/kv |
容量/kVA |
相序 |
试前X1/Ω |
试后X2/Ω |
|
|
1 |
10/0.4 |
630 |
1994.9.8 |
A |
7.15 |
6.55 |
-8.4 |
A、B、C相绕组各旋转10°、15°、30°，垫块脱落，三相绕组变形，低压引线变形弯曲 |
|
B |
8.05 |
7.65 |
-5 |
|
C |
7.95 |
7.45 |
-6.3 |
|
2 |
1./0.4 |
315 |
1994.9.16 |
A |
11.45 |
15.225 |
33 |
A、B相绕组上、下端部和匝间绝缘胀开，两相绕组严重变形、移位 |
|
B |
12.15 |
17.625 |
45 |
|
C |
12.05 |
11.775 |
-2.3 |
|
3 |
10/0.4 |
1000 |
1994.9.16 |
A |
4.05 |
未测 |
— |
短路试验时，油箱底对地放电，储油柜排气孔喷油。吊心检查，C相绕组全部松散、损坏严重 |
|
B |
4.11 |
未测 |
— |
|
C |
3.95 |
未测 |
— |
|
4 |
10/0.4 |
315 |
1994.10.27 |
A |
12.275 |
12.275 |
0 |
B相绕组向A相方向位移15 mm,A、B相绕组紧贴在一起。B相绕组上下垫块向外突出15mm |
|
B |
12.375 |
12.935 |
4.5 |
|
C |
11.975 |
12.025 |
0.42 |
|
5 |
10/0.4 |
200 |
1994.10.27 |
A |
17.325 |
25.025 |
44 |
三相绕组上端部绝缘包扎全部脱开，导线外露，B、C相垫块向外突出，C相绕组位移10mm |
|
B |
17.975 |
30.775 |
71 |
|
C |
17.925 |
26.075 |
45 |
|
6 |
1000/0.4 |
1000 |
1994.11.15 |
A |
4.4 |
5.18 |
17.7 |
A相绕组扭曲，上端偏离B相，下端靠近B相，导线绝缘破裂，端绝缘损坏严重 |
|
B |
4.24 |
4.2 |
-0.94 |
|
C |
4.37 |
4.41 |
0.92 |
|
7 |
10/0.4 |
1000 |
1995.3.12 |
A |
3.93 |
未测 |
— |
短路试验时，低压中性点对地放电。吊心检查发现，三相绕组严重变形、损坏。C相高压绕组开路，低压绕组对地短路 |
|
B |
3.76 |
未测 |
— |
|
C |
3.94 |
未测 |
— |
|
8 |
10/0.4 |
1000 |
1995.4.4 |
A |
3.96 |
4.025 |
1.6 |
B相绕组位移10mm，低压绕组下串30mm，低压垫块脱落 |
|
B |
3.91 |
4.495 |
15 |
|
C |
3.91 |
3.865 |
-1.1 |
|
9 |
10/0.4 |
1000 |
1995.12.18 |
A |
4.075 |
4.09 |
0.36 |
B相垫块掊落，低压绕组下移 |
|
B |
4.035 |
4.18 |
3.6 |
|
C |
4.215 |
4.23 |
0.36 |
|
10 |
10/0.4 |
1250 |
1996.4.11 |
A |
3.11 |
3.16 |
1.6 |
C相高压绕组位移10mm，下端绝缘变形弯曲10mm |
|
B |
2.93 |
2.93 |
0 |
|
C |
3.03 |
3.1 |
2.3 |
|
11 |
10/0.4 |
1000 |
1996.4.24 |
A |
4.395 |
4.405 |
0.2 |
三相垫块向外突出位移10mm左右，相间绝缘压板弯曲，低压引线变形。B相低压绕组变形严重 |
|
B |
4.25 |
5.325 |
25 |
|
C |
4.415 |
4.365 |
-1.1 |
因此将式（1）的值代入式（3），再将式（3）的值代沟入式（6），最后将式（6）的值代入式（7）就可求得AB、BC、AC各相的短路阻抗。其电阻分量和电抗分量如以下两式所示：
3 测量仪器的选择
根据测量短路阻抗的技术要求，正确选择测量仪器是保证测量短路阻抗所得数据是否准确的前提条件。现将短路阻抗测量仪器的选择方法介绍如下：
3.1 仪器的测量功能
短路阻抗包括短路电阻和短路电抗两部分，其中短路电抗的变化范围是判断绕组是否变形的重要依据。因此，在测量短路阻抗时，测量仪器应同时测量、显示短路电阻和短路电抗两个数值。
3.2 仪器的测量范围
由于变压器的短路阻抗与变压器的电压等级、容量和阻抗电压有关，各种型号的变压器的短路阻抗值相差很大，最小值约为数欧姆，最大值约为数千欧姆。因此，用测量仪器测量的电阻和电抗的范围应为1Ω～10kΩ。
3.3 仪器的测量误差
有关标准规定，测量短路阻抗的重复性不超过0.2%[3]。也就是说,等精度测量的标准偏差σ=0.2%。而等精度测量的极限误差是标准偏差的3倍[4]。若用Δ极表示测量的极限误差，
则：Δ极=±3σ （10）
由于短路阻抗是变压器的重要参数，短路阻抗的测量应按精密测量来考虑，测量仪器的误差相对于测量方法的极限误差而言，可以忽略不计。为此，测量仪器的误差必须满足下式[4]：
Δ仪≤（1/3～1/10)Δ极 （11）
Δ仪≤（1/3～1/10）×3σ （12）
Δ仪≤（1/3～1/10）×3×0.2% （13）
是后得到仪器的测量误差为：
Δ仪≤（0.2～0.06）% （14）
3.4选用的测量仪器简介
我们使用YY2816精密电感分析仪，可同时测量、显示被测变压器的短路等效电感L和短路等效电阻R。此仪器的电阻测量范围是0.02mΩ～330kΩ。误差为±0.1%；电感测量范围是0.5nH～4kH，误差为± 0.1%。相应的电抗范围是0.157mΩ～1256kΩ。
在使用该仪器测量时，首先根据被测变压器的联结组标号，确定变压器的测量接线方式，将仪器的测量端子与被测点连接好。然后按技术说明书的规定，操作仪器进行测量。除此而外，还应注意以下几点：
（1）测量功能上应设常规测量，以保证测量数据准确。
（2）测试信号频率应选择为50—60Hz,与变压器在实际运行中的工作频率一致。
（3）应设定主、副参数（L、R）和等效电路。测量等效电路应设为串联等效电路。
4 结束语
由本文的分析可见，测量变压器的短路阻抗，不仅可以用于变压器的短路试验过程中，作为判断变压器短路试验是否合格的重要手段之一，而且也可以用于在电网中运行的变压器，作为监视变压器安全运行的重要手段之一。不但在变压器投入运行之前，要测量各相的短路阻抗，在运行过程中也要定期或不定期进行测量。尤其当变压器受到短路电流的冲击之后，测量短路阻抗，通过分析其电抗值的变化情况，再与其它的检测手段结合起来，分析判断变压器绕组是否存在变形、位移或短路放电等问题，这无疑是有其现实意义的。
参考文献
1 路长柏，朱英浩等，电力变压器计算，哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1990
2 俞大光，电工基础（上册），北京：人民教育出版社，1958.
3 GB1094.1-5-85电力变压器.
4 梁春裕，实用计量检测误差，北京：治金工业出版社1987.
作者单位
曾刚远， 沈阳变压器研究所，沈阳110025
