低电压短路阻抗法在变压器绕组变形诊断中的应用
低电压短路阻抗法在变压器绕组变形诊断中的应用
作者：覃慧良
来源：《科技资讯》2014年第27期
摘要：变压器自身的主要性能参数是短路阻抗。
这一性能参数可以决定系统出现短路时变压器自身内部电动力以及短路时整体电流的大小。
变压器运行中出现事故的主要原因是变压器绕组变形造成的，它会将变压器的短路阻抗更改，引起间接或直接的变压器事故或故障。
该文通过分析低电压短路阻抗法的应用原理，结合变电站变压器进行实验，实验中变压器为220 kV，在冲击记录超标后研究变压器是否存在绕组变形情况，并针对出现的问题进行诊断。
关键词：变压器低电压短路阻抗法绕组变形变电站
中图分类号：TM51 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0081-01
1 低电压短路阻抗法在变压器故障中诊断原理
Zk为变压器短路阻抗，这一参数是变压器负载阻抗值为零时的内部等效阻抗。
Xk0为短路阻抗的无功分量，也就是常被称作是漏电阻抗以及短路阻抗的参数值表示形式。
系统设备正常运行过程中如果将中心的临近效应与绕组的电阻忽略，那么变压器短路阻抗Zk值与短路阻抗Xk0值基本相等，这一过程中产生的电抗值可以通过频率W与电感Lk两个数值的乘积显示出来，其中漏电感Lk可以更加直接、纯粹的反映出变电器绕组发生的变形程度以及位移偏差。
变压器绕组的漏电感Lk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，若这两个绕组的高度值用H表示，那么漏电感Lk的数值与H的算术平均成反比。
也就是说Lk与绕组直接是相对位置函数值关系，Lk=f（R×H）。
从中可以看出Lk受到短路阻抗Zk以及短路电抗Xk的影响，那么若变压器正常运行时发生绕组变形，自身的几何尺寸发生位移变化，那么就会直接引起Lk变化，间接影响到Zk以及Xk的改变。
若对运行中运输或安装过程中的变压器存在绕组变形等疑问，想要确定是否存在短路电流冲击或者冲撞等行为，在检查过程中需要比较变压器出厂值与受到冲撞之后的短路阻抗值做比对，可以通过数值变化推断出变压器在安装或运行过程中是否产生绕组变形或位移故障。
对变压器进行短路阻抗检测过程中，额定电流与低压小电流条件下的变压器铁芯磁通率都非常小，也就是不能达到磁通饱和状态。
磁路的主要组成部分也是构建磁通回路的主要成分，其中包括油、纸以及铜，这些非铁性材料是非常重要的结构组成，因为回路中99.9%以上的磁压都是以线性形式降落在这些非铁性材料上的，那么Lk的线性界定范围可以看作是电流值从
零至短路电流。
由此可见，短路电抗值与检测过程中的电压和电流并没有直接关系，漏抗的检测可以使用较低的电流或较低的电压，并不会对复验性产生影响。
变压器电抗值Xk在频率一定时由绕组几何尺寸决定；Zk，是低电压短路阻抗法判断变压器绕组有无变形的物理基础。
2 变电站变压器检测分析实验
该文实验选用一级变电站的变压器，该变压器型号为SFSZ10-150000/220。
变电站安装变压器过程中发生冲击超标现象，负责记录的一起上现实X方向为0.7 g，Y方向为2.0 g，Z方向为3.3 g。
这与出厂值3.0 g垂直方向进行对比的话，需要对变电站主变压器进行内部检验并进一步确定变压器运行的可靠性。
主变压器内检项目列表：
（1）需要对引线夹持、绝缘支架和引线进行检查，进一步确认上述结构是否存在松动并加以紧固。
检查绝缘部位与引线之间的安全距离，检查绝缘引线是否存在隐患，保证其无损伤。
（2）需要对铜排以及低压线圈之间的出现的螺栓进行检查，同时注意铜排之间螺栓是否存在松动现象。
（3）需要对可视范围内的引线、绕组以及开关进行检查，进一步确认分界线与开关触头是否存在松动现象，并加以紧固。
（4）需要对绕组压板以及压块之间的紧固程度做检查，一旦出现松动要加以紧固，同时要确保上部相间楔板之间不存在松动。
（5）需要对地面与铁芯连接处进行检查，确保绝缘性良好，接地部分铁芯面积不能过大。
（6）需要对上夹件、横梁、下夹件、拉板处加以紧固，防止螺栓松动。
（7）需要对隔板、围屏处做检查，防止松动。
针对各个绕组进行检查，防止垫块之间产生位移，若有松动痕迹加以紧固。
（8）需要对铁芯与上夹件、横梁、下夹件、拉板处紧固程度做检查，并保持连接处的绝缘性良好，衔接处松动需紧固。
（9）需要对所有接地线的绝缘性能做检查，并保证接地线的牢固程度，托幼松动痕迹要加以紧固。
3 结论分析
第一，主变压器发生冲击之后，若冲击记录显示的数值超过了出厂值3.0 g那么需要对其进行内检，将故障排除之后做低电压短路阻抗实验，由内检结果以及实验数据可以诊断主变压器中绕组变形现象。
第二，运输变压器过程中要注意运输方式，避免发生碰撞，加强运输过程中的防护，有效防止冲击现象发生。
第三，绕组变形诊断方法各有优点，低电压短路阻抗法与频率响应法相结合诊断变压器绕组变形可提高判断准确性。
以上方式较适合于实验过程，在实际运行过程中出现绕组形变的话，可以结合绕组的直流电阻测试、等值电容测试、空载损耗试验、局部放电等，将这种方式灵活应用到检测过程中，能够对变压器的绕组形变诊断更加准确。
第四，实验得出数据通过纵向与横向相互对比分析之后得出的数据较为准确，这种分析方法具有时效性。
所以就要求在使用变压器过程中要从出厂值开始记录，记录过程中要涵盖安装、运行等过程中的数据信息，并以此建立变压器稳定状态参数的档案资料。
最重要的是在变压器正常运行过程中需要定期检测短路阻抗，以此才能够在稳定性运行中掌握变压器绕组状态，在变压器存在隐患时给与及时的判断与维护。
参考文献
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低电压短路阻抗法在变压器绕组变形诊断中的应用
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变压器绕组变形综合测试仪低压电抗法部分操作说明
变压器绕组变形综合测试仪低压电抗法部分操作说明HZBX-V变压器绕组变形综合测试仪由测量部分及分析软件部分组成，测量部分是由信号生成及信号测量组成，分析部分由笔记本电脑安装专用软件完成，测量部分通过网线（或USB线）与笔记本电脑连接。
仪器的用途及特点本仪器可进行电抗法绕组变形测试即低进行电压的短路阻抗测试；仪器也可用于变压器空载损耗以及负载损耗等参数测试。
在变压器出厂前及大修期间，变压器的空载、负载实验是变压器厂商及供电、用电部门检测变压器质量，降低供电损耗的重要实验项目。
根据客户实际需求及现场实验条件，由我公司自主研制的变压器参数测试仪，具有测试数据准确、可靠，人机界面对话直观，操作简便，携带方便等性能特点，是变压器特性测试的更新换代产品，更是电力部门及变压器厂家的理想检测设备。
仪器内部采用先进的多路A/D同步交流采样及数字信号处理技术，成功的解决了多路信号在市电条件下同步测量和计算的难题；可完全取代传统仪表使用，从而大大提高工作效率,减轻劳动强度。
本仪器通过计算机接口操控测量，采集数据。
2、性能概述2.1该仪器可通过计算机控制测试及显示数据。
2.2空载或负载测试数据在屏幕上一次全部显示；负载损耗数据不需人为换算，屏幕上直接显示根据绝缘的耐热等级需校正到的参考温度条件下负载损耗值；空载测试时，具有三相平均电压大于400V（二次电压)自动锁存功能，且能随时锁存、解锁数据。
2.3当测试电流≤200A，测试电压≤250V（相电压）时，该仪器可直接测试。
允许短时超载不大于量程的20%。
如需更大测试电流或电压，可外接CT或PT。
2.4数字同步跟踪锁定，全部数据均在同一周期内同步测量，保证在市电条件下测量结果的准确性和合理性。
2.5在仪器允许的测量范围内可直接测量，超出测量范围时可外接一次电压互感器或电流互感器。
3、面板及各键功能介绍l 输入A（黄色接线柱）、B（绿色接线柱）、C（红色接线柱）：连接三相功率调压器输出端。
电力变压器绕组变形电抗法分析.
1.基本术语定义
短路阻抗ZK
(Ω)和ZKe (%)
在额定频率和参考温度下，短路阻抗是变压器的 某一对绕组中，某一侧绕组端子之间的等值阻抗。 确定此值时，该对绕组的另一侧绕组被短路，而 其他绕组(如果有)开路。 短路阻抗可用一个复数表示: Zk R jX K 在实际测试时，只直接测其模值: 短路阻抗用百分数表示时，可用ZKe 表示:
B相
C相 A相
249.00
245.00 三相偏差(%) 65.50
3.823
3.689 23.813
68.629
68.764 0.2 2.854
68.724
68.846 0.37 2.862
中低
B相
C相
59.80
58.90 三相偏差(%)
20.684
20.526
2.245
2.836 23.02
2.233
11.变形判断方法
建立包含出厂、交接和现场首次试验值的原始资料数据库。 每次检测后，均应分析同一参数的三个单相值的互差(横比) 和同一参数值与原始数据和上一次测试数据的相比之差(纵 比)。判断差值是否超过了注意值。首次低电压电抗法检测 后，可将测取的短路阻抗ZKe或ZK与铭牌(或出厂试验报告) 上的同绕组对、同分接位置的短路阻抗ZKe 或ZK相比。 分析纵、横比值的变化趋势。 分析相关绕组对参数变化与异常绕组对参数变化的对应性。 结合测量绕组的直流电阻、绕组对和绕组对地的等值电容、 变压器的空载电流、空载损耗、局部放电，进行绕组频率响 应的分析、油中气体的色谱分析，可使变压器绕组有无变形 及其严重程度的判断更为准确、可靠。
Z ke
2 zk zk R 2 X K
变压器绕组变形短路阻抗测试法及其结果分析
变压器绕组变形短路阻抗测试法及其结果分析摘要：本文介绍了电力变压器绕组变形的基本原理以及短路阻抗的测试和计算方法。
并通过几个实例，介绍了如何利用测得阻抗值分析、判断变压器绕组变形的方法和应用。
关键词：变压器；绕组变形；短路阻抗；结果分析引言作为电力系统中重要的主设备，变压器的安全运行将严重影响电网的安全运行。
近年来，国内许多大型变压器事故都是由于变压器低压侧短路造成的。
变压器的抗短路能力已成为衡量变压器的重要指标，是保障电网中、低压系统安全运行的必要条件。
目前，在电网中运行的变压器有些为老旧变压器，有的运行年限多达几十年，这些变压器抗短路能力差，容易在遭受突发短路时因承受不了过大的电动力而造成设备损坏。
还有的变压器损耗低，有的为节省原材料，但变压器低压绕组未采取足够的抗短路措施，在不大的短路电流下变压器就会损坏。
因此，正确地诊断变压器绕组变形程度，合理检修变压器是提高变压器抗短路能力的一项重要措施。
根据相关规定，发生出口短路要对变压器进行低电压阻抗的测试。
目前国内外对变压器的绕组变形试验方法主要有三种方法：1、阻抗法，2、低压脉冲法，3、频率响应分析法。
因低电压阻抗法其方法简单，所用仪器均是常用仪器，因此一般试验人员均能熟练掌握，是非常广泛使用的一种方法。
一、变压器绕组变形的原理及受力分析变压器遭到突发短路时，如果短路电流小，继电保护快速动作切除故障，对变压器绕组的影响是轻微的；如果短路电流大，继电保护动作时间长，甚至拒动，则对变压器绕组的影响将是严重的，甚至有可能造成变压器损坏。
对于轻微的变形，如果不及时检修，在多次短路冲击后，累积效应也会使变压器损坏。
变压器绕组发生局部机械变形后，其内部的电感、电容等分布参数必然随之发生相对变化。
然而，由于变压器结构、生产厂家的不同，其绕组承受短路电流的能力不同，在承受相同短路电流后，其绕组变形的程度、变形后内部分布参数的相对变化等往往相差较大。
特别是在一个电网中，变压器种类繁多，生产厂家各不相同，如何对遭受出口或近区短路变压器的绕组变形程度作出准确判断，仍有待探讨。
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（jω）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（jω）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ω=2πf），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。
变压器绕组变形的分析判断和处置
变压器绕组变形的分析判断和处置摘要：当变压器承受外界短路冲击跳闸时，主要采用的绕组变形判定方法是低电压短路阻抗法；因试验条件、环境等因素的影响，短路阻抗法的试验结果关联性分析不强，需要采用其他试验方法进行验证。
本文对绕组电容量和短路阻抗之间的变化关系进行定性分析，发现了变压器低压、中压绕组发生变形时，电容量和阻抗电压百分数会相应变化。
依据220kV变压器抗短路不足典型案例进行阻抗试验、电容量试验和解体分析，提出变压器绕组变形综合判定方法。
关键词：变压器；绕组变形；判断；位置引言电力系统中变压器是基础设备，它是否安全运行，直接影响了供电系统的安全。
变压器制造完成后，其线圈和内部结构及每个线圈的频率响应特性也就确定了。
变压器无论是运输过程的撞击而导致的变压器线圈相对位移，或是试验出现的匝间、相间短路，又或是运行中的短路和故障产生的电磁拉力而导致的线圈变形等现象，都会改变内部绕组的分布参数，使变压器的谐振频点偏移、频率响应幅度变化。
频率响应测试是一种量化处理，是依据变化量的大小、频率响应变化的幅度、频率响应变化的趋势等测量结果确定变压器的破坏程度。
因此有必要对变压器绕组变形测试仪的校准，而变压器绕组变形测试仪是否符合其技术指标，对变压器甚至对整个电力系统都有重要性。
1绕组变形产生的原因变压器绕组变形可分为:径向拉伸、径向压缩、轴向延伸、轴向压缩、轴向套叠和绕组扭曲。
绕组形变会导致变压器内部绕组发生不同类型的故障，为变压器的安全运行留下隐患。
绕组变形主要有以下几种原因:①变压器在遭受各种短路电流的冲击后，绕组中流过的电流远大于正常运行时的电流，在变压器内部产生较大磁场，强大的电动力引发绕组变形，绕组变形主要是由于短路故障引起。
②变压器在远距离运输或者安装时，意外的碰撞和颠簸有可能导致变压器绕组发生变形。
③变压器绕组的保护系统不完善或者动作失灵，故障时长时间承受故障电流，会加剧变压器绕组形变。
变压器绕组发生变形后，会导致内部绝缘破坏引发匝间短路或导致局部放电，由于绝缘距离发生改变造成场强过高，击穿变压器主体结构，从而降低变压器抗短路能力。
基于低电压短路阻抗法判断变压器绕组变形的影响因素分析
0 引言
变 压 器 在 运 输 和 安 装 过 程 中 受 到 碰 撞 和 冲 击 ，在 运 行 中 受到出口（或近区)短路的冲击，在电动力或机械力的作用下， 绕组的几何形状可能会发生不可逆转的变化，比如绕组整体 发生位移，或绕组发生扭曲、鼓包、匝间或饼间短路等绕组轴 向或径向尺寸的变化现象。变形严重的可能伴随绝缘材料的 损伤，甚至绝缘破裂，进而引发变压器事故。低电压短路阻抗 法作为判断变压器绕组是否变形的传统方法，有明确的判断 标准，在现场得到了广泛应用。
1
电气工程与自动化◆Dianqi Gongcheng yu Zidonghua
2.4 试验接线 测 量 时 一对 绕 组 的一 侧 需 短 接 ，短 接 用 的 导 线 应 有 足 够
的截面积，连接处必须接触良好，且接线尽可能短，以减小引 线回路电阻。测试线的长短也会影响测试结果，为保证测试精 度，电压测量回路应直接接在被试变压器的出线端子上，以免 引入电流测试线上的电压降。 2.5 其他影响判断的因素
图1 短路阻抗测试变压器T形等效电路 现场测试时由于条件有限，特别是对大型变压器，难以达 到额定电流。而变压器漏磁通回路中，油、纸、铜等非铁磁性材 料是磁路的主要部分，99.9%以上磁压降落在线性的非磁性材 料上，漏抗在电流从零到额定电流的范围内可以认为是不变 的，因此可以用低电压短路阻抗法测量，与额定电流下的测试 结果基本一致，不会影响其重复性。 短路阻抗可用无量纲的相对值表示，即表示为该绕组中 同一绕组的参考阻抗Zref的分数值z，若用百分数表示，即：
比如现场工频干扰，耦合到试验回路引起误差。另外，纵 向对比常采用变压器铭牌数据作为初始值，已有多起铭牌阻 抗电压值错误的案例，因此试验结果异常时，在排除环境、人 员、仪器等各因素后，还要注意铭牌数值和出厂试验测试值是 否有问题，这在交接试验时尤为重要。
低压短路阻抗法在变压器绕组变形试验中的应用
林 剑 ，马 明 ， 林 坚
３５０ ） ２ ０ ０ （ 州 电 力局 ， 浙 江 温 州 温
［ 摘要］ 介 绍 低 压 短 路 阻抗 法 原理 以及 用 该 方 法 判 断 变压 器绕 组 变 形 的 标 准 。 通 过 实例 ，给 出低 压 短 路 阻抗 法
始值超过 ３ 为异常 ，国标认为根据线圈结构 的不 同取
２／ 。《 ～４ ９ ５ 电力变 压 器绕 组 变 形 的 电抗 法 检 测 判 断 导 则》 中对 阻抗 电压大 于 ４ 的 同心 圆绕 组 的各 参 数 变 化 注 意值 有 以下 规定 。 （） 向 比较 ： １纵
收 稿 日期 ： ０ ０ ０ — ４ ２ １— ５２
作者简介 ： 林剑 （９ ６）主要从事 变电检修 管理 工作 ； １７ 一 ， 马明（ ９２） 硕士研 究生 ， １ ８一 ， 主要从 事高电压试验 工作 。
１ ｌ ＷＷ ｃ ｉａ ｔ ｅ ｛ ６ ｈｎ ｅ． ｔ 电工技术 Ｗ ｎ
变 电技 术
１ 低 压 短 路 阻 抗 法测 试 原 理
短路阻抗 Ｚ 是变压器的等效 内阻抗 ，若忽略铁心 Ｋ 的临近效应和绕组的直流电阻，则短路 阻抗 约等于 漏抗 Ｘ 。在 频率 一 定 时，ｘ 由绕 组 的几 何 尺寸 决 定。因而变压器绕组结构 的改变势必引起 变压器漏抗 的变化 ，从而改变变压 器短路阻抗 ，故通过测 量变压
器 的短路 阻抗 即可 检 测 出变 压器 绕组 是 否变 形 。 变压 器 铭牌 上 的 阻抗 电压 【 ， 制造 厂 做 负 载试 验 是
①容量 １０ Ａ及以下且电压 ２０ Ｖ 以下 的电力 ０ ＭＶ ２ｋ 变压器绕组参数的相对变化不应大于±２ Ｏ 。 ．
低电压阻抗法配合频响法检测变压器绕组变形位移
彦 景 审
ＧＵＡＮＧ ＸＩ ＡＮＹＥ ＤＩ
交流与探讨
低电压阻抗法配合频响法检测变压器绕组变形位移
宋运 平
（ 南宁供 电局 ， 南宁市 【 摘 ５０２ ） ３０ １
要】 采用频率响应分析 法检 测变压器绕组 变形时会 受到诸 多因素的影响而使测量结果失真 ， 分析判 断带来 困难。 给 而
先 进 的 技 术 进 行 测 试 ，可 在 以上 情
况 下 准 确 测试 变 压 器 的 动稳 定 参 数 。经过实际使用 ， 证实测量结果准
确有效 。对南宁 网区 ＩＯ Ｖ等级以 ｋ ｌ
上的变压器 三十余 台次进行 了绕组 及 铁芯动稳定状态参数检测。
国家 电力公 司颁发 的［ ０ ］８ ２ ０５ ９文件 《 ０ 防止电力生产重 大 事 故 的二十 五项 重 点要 求 》 中第 １ ．５条更 具体 的规 定 ： ５２ ．
“ １ｋ １０ Ｖ及 以上 的电压等级 变压器在 出厂和投产 前后应做低
电压 短路 阻抗测试 …… 以留原始 记录 ”。第 １． 又规定 ： ５６条
示 出变压器绕组有位移 、 变形或差异等 。
２３ 更重要的是负载试验与 电抗测试 的接线在原理上可 ． 以是 同一 回事 ， 只是所加的激励不 同。常规的负载试验要求通 入额定 电流 １（ 多制造厂只通入 了 ５ ％１， 许 ０ 甚至 ２ ％１） 而 ０ ， 低压 电抗 法加上 的是市 电 （ ８ Ｖ左 右 ） 不必调 电压 、 ３０ ， 电流 。 可 以证 明 ： ｘ Ｌ（ １ 和 Ｉ Ｘ 在测试精度 ０２ ．％的范 围内完全可以认为
为３ ％或以上的变压器 ห้องสมุดไป่ตู้ 可取不 大于 ４ ％的数值 。”， 为判 断 作
判断变压器绕组变形的三种方法
Telecom Power Technology
设计应用
判断变压器绕组变形的三种方法
李军
（国电电力大同发电有限责任公司，山西
通过案例证明判断变压器绕组变形的三种方法，即电容量法、频率响应法、低电压短路阻抗法，将这三种方法结合起来能行之有效地正确判断出变压器绕组是否发生变形，可以最大限度地避免误判断。
变压器绕组变形；电容量法；频率响应法；低电压短路阻抗法
Three Methods of Judging Transformer Winding Deformation
LI Jun
GD Power Datong Power Generation Co，Ltd.，
It proves three methods of judging transformer winding deformation through case studies frequency response method and low voltage short circuit impedance method. Combining these three methods can effectively and correctly judge whether transformer winding is deformed or not，and can avoid misjudgment to the greatest extent.
deformation；capacitance method。