变压器绕组变形测试讲义

讲义

变压器绕组变形测试技术及其应用Transformer Winding Deformation Test Technology & Application

临沂供电公司

目录

1 前言

1.1 什么是绕组变形?

1.2 绕组变形的原因

1.3 绕组变形的危害

2 绕组变形的测量方法

2.1 阻抗法

2.2 低压脉冲法

2.3 频率响应法

3 频率响应法的原理

3.1.1 变压器线圈的等值电路

3.1.2 空心电感的电感量计算及变化分析

3.2 绕组变形种类以及变形在等值电路中的等效分析3.2.1 整体变形

3.2.2 局部变形

4 变压器绕组变形测试仪

4.1 测试仪组成

4.2 主要技术参数

4.3 特点

5 现场测试过程中的注意事项

5.1 对测试环境的要求

5.2 对变压器状态的要求

5.2.1对引线、周围接地体和金属悬浮物的要求

5.2.2 对分接位置的要求

5.2.3 对接地的要求

5.2 测试接线方式

5.2.1 YN接线

5.2.2 Y接线

5.2.3 对于Δ接线

5.2.4 有平衡绕组的变压器

5.2.5 套管末屏取信号的问题

5.2.6 其它注意事项

6 绕组变形波形分析

6.1 频率响应图谱的特征

6.1.1 差异是绝对的

6.1.2 具有相对的一致性

6.1.3 低压绕组的一致性较好

6.1.4 厂用变压器的一致性较差

6.1.5 三相变压器的一致性较好

6.2 变形测试的判断

6.2.1 低压绕组为主，高、中压绕组为辅

6.2.2 横向比较为主，纵向比较为辅

6.2.3 低频段为主，中、高频段为辅

6.2.4 波形观察为主，相关系数判断为辅

6.2.5 综合判断

6.3 绕组变形程度的分类

6.4 变压器绕组变形判断程序

7 绕组变形测试仪的检验

8绕组变形测试实例

9利用频率响应法辅以阻抗电压法进行变压器绕组变形测试的应用研究

1 前言

变压器是电力系统中重要的设备之一，它的正常与否直接影响电力系统的安全运行。近年来变压器短路故障呈现上升趋势，造成变压器绕组损坏的几率增加，严重威胁变压器的正常运行。据国家电力公司不完全统计，仅在1990年至1997年间国内110kV及以上电压等级的变压器，因遭受短路故障电流冲击直接导致的损坏事故约为145台次，占同期总事故台次的31%，如表1.1所示。而对于厂用变压器(包括厂变和备变)，该问题则显得更加突出。一方面说明，变压器绕组抗短路能力的设计水平不够，有待变压器生产厂家的改进和提高；另一方面，迫切希望有一种方法能快速准确地对变压器绕组是否发生有害变形进行诊断，以便及时应用于变压器绕组故障的判断和决策实践。这种方法就是变压器绕组变形测试技术。

表1.1 1990～1997年变压器短路损坏事故统计表

1.1 什么是绕组变形?

电力行业标准DL/T911－2004《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》对绕组变形的定义是：电力变压器绕组在机械力或电动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、鼓包或移位等特征。变压器在遭受短路电流冲击或在运输过程中遭受冲撞时，均有可能发生绕组变形现象，它将直接影响变压器的安全运行。

1.2 绕组变形的原因

造成绕组变形的主要原因有：

1.2.1 短路故障电流冲击

电力变压器在运行过程中，不可避免地要遭受各种短路故障电流的冲击，特别是变压器出口或近区短路故障，巨大的短路冲击电流将使变压器绕组受到很大的电动力(是正常运行时的数十倍至数百倍)，并使绕组急剧发热。在较高的温度下，导线的机械强度变小，电动力更容易使绕组破坏或变形。

短路故障电流冲击是变压器绕组变形的最主要外因。

众所周知，电力变压器线圈是以绝缘垫块隔开的铜或铝线段所构成的。这种系统的动特性在发生突发短路时是变化的。因为绝缘垫块的弹性与其压紧程度有关，即与作用力有

关。电动力本身也不是恒定不变的，而是按照复杂的规律变化。虽然对短路时作用在变压器线圈上的电动力的研究始于四十年代，但是由于动态过程分析的复杂性，到目前为止尚不能用理论计算结果正确反映出变压器承受突发短路电流冲击的能力。

理论分析表明，作用在变压器上的电动力可分为轴向（纵向）和径向（幅向、横向）力两种。径向力的作用方向取决于线圈相互位置及其电流的方向，对双线圈变压器而言，径向力拉伸外部线圈，压缩内部线圈，为了提高内部线圈对径向力的刚度。通常是将线圈绕制在由绝缘筒支撑的撑条上。此时，该线圈不但要承受到压缩力作用，还会同时受到撑条所产生的弯曲力作用。如果所受到的合应力超过线圈刚度的屈服点，必将导致线圈发生永久变形，出现经常见到的梅花状或鼓包状绕组变形现象。

变压器线圈遭受到的轴向力可使线段和线匝在竖直方向弯曲，压缩线段间的垫块，并部分地传递到铁轭，力求使其离开心柱。通常，最大的弯曲力产生在位于线圈端部的线段中，而最大的压缩力则出现在位于线圈高度中心的垫块上。当线圈不等高时（主要由于调压分接头所致）或磁势分布不均匀时，轴向力较之径向力更能引起变压器事故。

由此可见，当变压器在运行过程中遭受突发性短路故障电流冲击时，每个线圈都将受到强大的径向力和轴向力的共同作用。变压器绕组初始故障的表现形式大多表现为内绕组出现变形（尤其是对自耦变压器），发生鼓包、扭曲、移位等不可恢复的变形现象，其发展的典型形式是绝缘破坏，随后出现饼间击穿、匝间短路、主绝缘放电或完全击穿。

1.2.2 在运输、安装或者吊罩大修过程中受到意外冲撞

电力变压器在长途运输、安装或者吊罩过程中，可能会受到意外的冲撞、颠簸和振动等，导致绕组变形。

1.2.3 保护系统有死区，动作失灵

保护系统存在死区或动作失灵都会导致变压器承受稳定短路电流作用的时间长，也是造成变压器绕组变形故障的原因之一。粗略统计结果表明，在遭受外部短路时，因不能及时跳闸而发生损坏的变压器约占短路损坏事故的30%。

1.2.4 绕组承受短路能力不够

当变压器绕组出现短路时，会因其承受不了短路电流冲击力而发生变形。近几年来，对全国110kV及以上的电力变压器事故统计分析表明，因绕组承受短路能力不够已成为电力变压器事故的首要内部原因，严重影响电力变压器的安全、可靠运行。