频响法绕组变形试验PPT课件
“频率响应法”在变压器绕组变形现场试验中的运用
“频率响应法”在变压器绕组变形现场试验中的运用介绍了测量电力变压器绕组变形的基本原理和实现方法，提出频率响应分析技术是当前测量绕组变形最有效工具。
并以变电站多次主变发生绕组变形的诊断实例为依据，说明绕组变形测量在实际应用中的有效性与必要性。
标签：电力变压器；绕组变形；现场试验1.引言电力变压器作为电力系统中重要的设备，其安全运行对保障电力系统安全可靠运行极其重要，其绕组是发生故障较多的部件之一。
国内外的统计数字表明变压器绕组变形是电力系统安全运行的一大隐患。
变压器在运行中不可避免地要遭受出口短路或近区短路故障的冲击，或者在运输安装过程中也可能受到碰撞冲击。
在这些冲击力作用下，变压器绕组就可能发生轴向、径向变形、扭曲变形以及包括断股、匝间短路、引线位移、静电板断线等特殊变形。
为了检查变压器的制造及安装质量，江苏电网对电力变压器入网前均进行绕组变形试验，以防止在运输或安装中出现的绕组变形情况。
2.用频响分析法来检测绕组变形方法变压器绕组在较高频率的电压作用下，每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感（互感）、电容等分布参数构成的无源线性双端口网络，其内部特性可通过传递函数H（jω）进行描述，如图2所示。
图2 频率响应分析法的基本检测回路L、K、C分别代表绕组单位长度的分布电感、分布电容及对地分布电容；V1＼V2分别为等效网络的激励端电压和响应端电压；VS为正弦波激励信号源电压；RS为信号源输出阻抗；R为匹配电阻。
在测试时，当在绕组的端部依次输入不同频率的正弦波电压信号时，在绕组的另一端便会有相应的应信号输出，把得到的信号振幅和相位作为频率的函数，就可以绘制出一副反映变压器绕组结构特征频响特性曲线。
当绕组发生变形时，分布参数的电感、电容等会因绕组轴向或幅向尺寸的变化而改变，因此绕组变形部位的固有振荡频率也要随之变化，这样它对扫描输出信号的振荡频率也要发生移位。
这种变化会在绕组频响特性曲线上得到反映。
频响分析法对比于低压脉冲法而言，避免了低压脉冲法使用仪器笨重和测试结果重复性差等缺点。
绕组变形的检测 频响法
NDBX-Ⅳ变压器绕组变形测试仪（频响法）产品简介变压器设计制造完成后，其内部结构和各项参数基本保持不变，因此每个线圈的频域响应也随之确定，正常绕组的变压器，其三相频域响应曲线耦合程度基本一致。
当变压器在试验过程中出现匝间、相间短路，在运行中出现短路或其他故障因电磁拉力造成线圈移位，在运输过程中发送碰撞造成线圈相对移位，这些因素都会使变压器分布参数发生变化，其频域响应也发生变化，根据频域响应曲线即可判断变压器的变形程度。
基于以上思想和先进的测量技术，本公司研发生产了NDBX-Ⅳ变压器绕组变形测试仪，该仪器能准确绘制各相频域响应曲线，通过测量曲线的横向、纵向对比，可以准确的判断变压器的变形程度。
NDBX-Ⅳ变压器绕组变形测试仪符合DL/T911 2004《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》标准。
产品特征☆、采用先进的DDS扫频技术☆、采用双电源供电：市电AC220V±10%，内电源6V5AH蓄电池☆、采用高速，高集成化微处理器设计☆、输出正弦波幅值可通过软件设置☆、双通道16位AD采样☆、8寸彩色触摸屏，亮度可调☆、可以保存120组测量数据，供随时查阅或上传至PC机☆、有强大的上位机软件，曲线分析、打印和生成word文档☆、USB2.0接口,支持数据上传和联机测试☆、主机尺寸：35mm x 210mm x 210mm☆、主机重量：约5kg。
产品参数☆、设置6种不同的扫描方式：线性1K～1000kHz_1.0步进1kHz（1000点）线性1K～1000kHz_0.5步进0.5kHz（2000点）线性1K～2000kHz_1.0步进1kHz（2000点）线性1K～2000kHz_0.5步进0.5kHz（4000点）分段100HZ～1000kHz（1440点）分段100HZ～2000kHz（2440点）☆、测量范围：(-100dB）～（+20dB）☆、测量精度：0.1dB ;☆、扫描频率精度：0.01%；☆、信号输入阻抗：1MΩ；☆、信号输出阻抗：50Ω；☆、同相测试重复率：99.5%；。
一起使用频响法对新变压器绕组变形测试的分析
振的结果ꎬ谐振是绕组电感和线饼间电容引起ꎮ 因
此初步判断测量错误( ①测试方式错误ꎻ②测试仪
器存在问题) ꎮ
(３)２０２１ 年 １２ 月 ２０ 开展第一次复测(ＴＤＴ６Ｕ － 屏
蔽线接地方式 － 铁芯)
图 ８ 第二次复测高压绕组
低压绕组与第一次复测一致ꎮ
(５)２０２１ 年 １２ 月 ２２ 开展第三次复测(ＴＤＴ６Ｕ － 屏
但是与出厂比较仍存在不同的谐振点ꎮ 低压绕组的
对比分析ꎬ高压绕组从 ０ ~ ４５０ｋＨｚꎬ出厂图谱与
现场交接图谱基本一致ꎬ从 ４５０ ~ ６００ｋＨｚ 谐振点不
一样ꎮ 高压绕组从中频段分析ꎬ相关系数 > １ꎬ正常ꎮ
低压绕组的出厂与交接变形图谱基本一致ꎮ 从这次
测试的接地方式分析ꎬ三相一致性良好ꎮ
ｉｎ ｔｈｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｗｉｌｌ ｐｒｏｖｅ ｉｔ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｗｈｅｔｈｅ ｔｏ ｂｅ ｃｏｎｆｏｒｍｉｔｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｏｕｔｉｎｅ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｆｒｅｑｕｅｎｃｅ ｒｅｓｐｏｕｓｅ ｍｅｔｈｏｄꎻｎｅｗ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒꎻｗｉｎｄｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎꎻｔｅｓｔꎻａｎｓｌｙｓｉｓ
的主要数值判据ꎮ ＴＤＴ５ 型变压器绕组变形测试仪
对相关系数的规定见表 ６ꎬ在实际应用中发现ꎬ其高
频段相关系数受外界影响较大ꎬ其相关系数仅供参
考ꎮ
判断ꎮ
７ 结论
本文通过从不同接地方式和方法进行试验分
表 ６ 绕组变形相关系数注意值表
严重变形
明显变形
轻度变形
正常绕组
此三相测试时统一接地在 Ｂ 相的套管升高座外壳
电动力和机械力的作用下ꎬ绕组的尺寸或形状发生
绕组变形试验
绕组变形试验目前，应用频率响应分析技术对遭受短路冲击、突发事故和碰撞的变压器进行绕组变形试验已得到广泛应用，并取得了良好效果。
主要体现在以下三方面，通过对遭受过短路冲击的变压器进行变形试验普查，查出了一部分绕组已发生变形的变压器。
并及时进行了停电整修或更换绕组，防止了可能的突发性损坏事故；对发生出口短路的变压器立即进行变形试验，未发生绕组变形的及时投运，由于这种方法不用放油吊罩检查，因而可节省大量人力、物力，缩短停电时间。
对于发生了绕组变形的变压器，由于能及时发现而避免了再次投运可能带来的损坏事故；通过变形试验，能明确变压器哪侧哪相出了问题，这就减少了检修的盲目性通过对470台110kV及以上变压器进行变形试验发现，其中有28台发生了绕组变形(占6%)。
经吊检或解体得到证实的有23台，其余5台待查。
在变形的23台变压器中，有14台发生了严重变形并更换了绕组(占3%)。
前苏联在1984～1987年间，对75台遭受短路冲击的大型变压器(主要是330kV等级)进行调查发现，22台发生了变形(占29.3%)，其中16台进行了更换。
尽管目前变形试验的重要性已得到普遍承认，电力部预试规程和反事故措施中也明文规定变压器出口短路后需进行变形试验，但如何应用频响法诊断变压器绕组变形，目前尚无统一的方法和标准。
为使这一方法标准化和规范化，笔者进行了多年的分析研究，形成了一套变压器绕组变形判定标准。
这套标准经过对全国470台110kV及以上变压器，尤其是28台绕组发生变形变压器的考核，证明这套判定标准是简单可靠的，完全可以满足变压器运行、检修的需要。
通过对470台110kV及以上变压器进行变形试验发现，其中有28台发生了绕组变形(占6%)。
经吊检或解体得到证实的有23台，其余5台待查。
在变形的23台变压器中，有14台发生了严重变形并更换了绕组(占3%)。
前苏联在1984～1987年间，对75台遭受短路冲击的大型变压器(主要是330kV等级)进行调查发现，22台发生了变形(占29.3%)，其中16台进行了更换。
大型电力变压器频响法绕组变形状态感知技术_电力技术讲座课件PPT
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1.2 变压器绕组变形典型故障案例
2008年11月2日，220kVX变电站#2主变遭受10kV母线短路电流冲击，一次短路电流达30kA。 频响法绕组变形测试结果显示：低压侧C相绕组严重变形，A、B相绕组有轻度变形。分析故障 原因在于：主变在遭受近区短路后，绕组受到短路电流产生的电动力冲击发生了明显变形现象。
无线通讯
无线低功耗检测电路
Vs V1
V2
上位机
激励端
检测距离最小化
信号连线最短化
A
B
C
响应端
A
B
C
相相 相
绕绕 绕
组组 组
中性点
变压器
功能：目前频响法绕组变形检测均是采用有源供电、长距 离信号连线的方式开展测试。一方面，现场电源质量难以 满足高精度信号测量的要求；另一方面，长距离信号连线 的杂散效应显著降低信号测量精度。本装置基于无线低功 耗板载架构设计，能够与绕组测量端就近连接，避免现场 取电困难、信号长距离传输畸变等不利因素的影响，实现 绕组变形多测点的分布式无线检测，提高检测准确性。
时费力
✓ 频响信号注入和获取 ✓ 强激励信号技术 ✓ 高灵敏度耦合传感器技
术 ✓ 绕组状态评估算法
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目 录
CONTENTS
01 现状分析 02 离线检测提升 03 在线监测探索
2.1 频响法离线检测现存问题
频率响应法是检测变压器绕组变形的有效方法，目前多是采用有源供电、长距离信号连线的方式 开展测试。测试现场取电困难、电源质量无法满足高精度测试要求的问题时有发生，长距离信号 连线叠加杂散参数降低数据准确度及一致性的问题亟待解决。
技术缺陷 1) 测量精度低，没有明确判据
绕组变形频响、阻抗法
NDBX-III变压器绕组变形测试仪（频响法+阻抗法）武汉诺顿电气有限公司产品简介：变压器绕组变形测试仪具有频率响应法和低电压短路阻抗法两种测试方法，用两种不同的方法对电力变压器绕组进行测量，全面反映变压器的绕组特性，更加准确地分析、诊断绕组变形情况。
频响法和阻抗法两种设备完美合成，节省测试时间，提高工作效率。
产品特征：☆、频响法采用扫频法对变压器绕组特性进行测量，不对变压器吊罩、拆装的情况下，通过检测各绕组的幅频响应特性，对6kV及以上变压器，准确测量绕组的扭曲、鼓包或移位等变形情况。
☆、频响法与阻抗法均为三相自动测试，大大缩短测试时间。
测量速度快，对单个绕组测量时间1-2分钟以内。
☆、频响法频率精度非常高，频率精度高于0.001%。
☆、频响法采用数字化频率合成，频率稳定性更高。
☆、频响法采用5000V电压隔离、充分保护测试电脑安全。
☆、频响法可同时加载9条曲线，各条曲线相关参数自动计算，自动诊断绕组的变形情况，给出诊断的参考结论。
☆、频响法采用分析软件功能强大，软件、硬件指标满足DL/T911-2016标准。
☆、短路阻抗法为三相自动测试。
不用外接调压源，采用市电AC220V低压电源，便可自动对变压器的AB、BC、CA高压绕组施加电压，同步采集数据，自动计算出阻抗误差百分比，测试结果非常直观。
☆、短路阻抗法适用于任意大小容量的变压器的阻抗测试。
☆、短路阻抗法测试过程中显示测试电流、测试电压的波形图谱，方便实时监测测试情况。
☆、短路阻抗法具有测量电感的功能。
☆、短路阻抗法具有测量变压器零序阻抗的功能。
☆、采用windows平台，兼容Window 2000/WindowXP/Windows7/windows8。
☆、采用数据库保存测试数据，对测试数据的管理简洁方便。
☆、软件管理功能强大，充分考虑现场使用的需要，测量数据自动存盘、自动导出生成Word版测试报告（需安装相应的Office软件）或JPG图片报告，方便用户出测试报告。
变压器绕组变形试验培训PPT课件
变形测试周期
※ 110kV以上变压器在出厂时和投运前，应进行
频率响应试验和低电压阻抗测试，以判断变压 器在安装和运输中是否发生绕组变形，同时提 供该变压器今后运行时需要测试绕组变形时比 较用的原始数据。 ※在变压器遭受近区短路后，除有足够的理由确 认变压器无变形外，应进行频率响应试验或低 电压阻抗测试，
低压脉冲测试
改良低压脉冲测试
※从某个绕组的一端对地注入低压脉冲信号，
会传递到绕组的另一端，同时测量两端的时域 信号，并通过计算转换到频域，并计算传递函 数。 ※通过比较同一绕组不同时期，同一变压器同一 电压等级绕组不同相间，同类变压器同类绕组 的频率响应，判断被试绕组是否有变形情况。 因此原理与绕组的频率响应测试是基本相同一 致的。
部分电容法
❖绕组电容与绕组尺寸、相对位置、绝缘介质相
关，绕组的等值电容量直接反映出了各绕组间、 绕组对铁心、绕组对箱体及地的相对位置和绕 组的自身结构等。当绕组发生相对位移时，电 容值改变，从而可判断其是否有结构变化。
❖由于绕组电容值是一个分布参数，对严重的变
形和绕组的整体窜动，灵敏度较高。而对鼓包、 扭曲等故障表现为灵敏度很差，只能作为补充 测试方法。
频响法变压器绕组变形测试结果分析
幅频响应特性曲线低频段:（1kHz~100kHz） 的波峰和波谷发生明显变化，则预示绕 组可能发生整体变形，包括匝间或饼间 短路的情况。频率低时，绕组的对地电 容及饼间电容所形成的容抗较大，而感 抗较小，
频响法变压器绕组变形测试结果分析
幅频响应特性曲线中频段: （100kHz~500kHz）的波峰和波谷 发生明显变化，则通常预示绕组发 生扭曲和鼓包等局部变形现象。
的测量精度内
短路阻抗测试注意事项
频响法绕组变形测试(1)
频响法绕组变形测试（1）
绕组频率响应测试法:
采用正弦信号扫频的方法，从某个绕组的一端对地注入扫频信号，在绕组的另一端测量传递过来的信号，计算传递函数。
通常将该传递函数的幅值随频率的变化关系称为幅频响应，其相位随频率的变化关系称为相频响应，统称为该绕组的频率响应。
通过比较同一绕组不同时期，同一变压器同一电压等级绕组不同相间，同类变压器同类绕组的频率响应，判断被试绕组是否有变形情况。
频响法变形测试接线原则:
非测试绕组可悬空或一点接地。
对于同一被测试对象，其方式前后次测量方式应最大程度的保持变压器状态的一致性。
频响法变压器绕组变形测试结果分析:
纵向比较法是对同一台变压器、同一绕组、同一分接开关位置、不同时期的幅频响应特性进行比较，根据其变化判
断变压器绕组的变形。
横向比较法是对变压器同一电压等级的三相绕组幅频响应特性进行比较，如果相似性较好，则说明绕组未发生变形，如相似性较差，则要与同厂家的同型号变压器进行比较，以避免有些变压器三相绕组结构本身可能有些差异使得曲线相似性较差，导致误判。
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频率的分布与短路冲击前的有较大改变，例如谐振
峰频率左右移动或谐振峰数目减少或增多，通常可
认为绕组发生了局部变形现象。
2021
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测量方法及分析
对变形 图谱的 分析微 观上通 常分低、 中、高 三个频 段进行 分析
分析 高频段（>600kHz）的谐振峰发生明显变化时，
通常预示着绕组的对地电容改变。因为在高频条 件下，绕组的感抗增大，基本被饼间分布电路所 旁路，故对谐振峰变化的影响程度相对较低，基 本以电容的影响为主。由于绕组饼间电容通常较 大，故对地电容的改变（如绕组整体位移或分接 开关引线的对地距离发生变化）是造成该频段内 频响特性曲线变化的主要因素。
传递函数即用拉普拉斯变换形式表 示的无源双口网络的输出与输入之 比。
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原 理
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测量方法及分析
1
对变形图谱的分析宏观上通常用纵向比 较法和横向比较法。
2
纵向比较法指同一台变压器、同一绕组、同 一分接开关位置、不同时期的曲线比较。
3
横向比较法指变压器同一电压等级的三 相绕组曲线比较，必要时借鉴同一制造
短路 故障 电流 冲击
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产生原因
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。具体表现： ⑴变压器设计存在缺陷： 没有正确计算短 路冲击过程中各部件受力情况， 所选材料强 度低， 压钉数量少， 撑条少等； ⑵变压器制造工艺差， 存在先天缺陷； ⑶ 1996 年前生产得 110kV 及以上变压器 没有进行突发短路试验， 变压器本身的抗短 路能力较差， 成为一大事故隐患； ⑷除高压侧外， 变压器中压侧绕组再设分接 开关，内部结构复杂，可靠性低。
组的电感发生变化，势必会导致其频响特性曲线
低频部分的谐振峰频率左右移动。对绝大多数变
压器来说，其三相绕组低频段的响应特性曲线较
为一致。如果发现不一致的情况，一般表明线圈
整体结构出现问题，可能会危及运行，应慎重对
待，根据其它测试手段来2021重点分析判断。
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对变形 图谱的 分析微 观上通 常分低、 中、高 三个频 段进行 分析
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电感量的变化与本身的磁导率、匝数、线圈截 面积以及线圈缠绕的紧密程度等都有关系。
电容量的变化与本身介质的介电常数、板间距 离、板面积等有关系。
分
析
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测量方法及分析
分析
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在所有直流试验项目之前或者绕组充 分放电之后进行。
注意 拆除所有套管引线，引线应远离变压器套管；
厂同一时期的同型号变压器曲线。
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分析
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对变形 图谱的 分析微 观上通 常分低、 中、高 三个频 段进行 分析
测量方法及分析
低频段(1kHz～100kHz)的谐振峰发生明显变
化时，通常预示着绕组的电感变化或发生整体变 形现象。因为频率较低时，绕组的对地电容及饼
分析
间电容所形成的容抗较大，而感抗较小，如果绕
频响法绕组变形试验
2014年 2月
试验专业【一】
2021
1
频响法绕组变形试验
壹· 定义及危害 贰· 产生原因 叁· 测量方法及分析 肆· 注意事项
2021
目录
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定义及危害
定义
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。
5
产生原因
壹
短路故 障电流 冲击
贰 核心 叁 关键
在运输、 安装、 吊罩中 受到意 外冲撞
继电保 护不完 善，动 作失灵
核心肆 关键
绕组动 热稳定 性能差， 抗短路 能力不 够
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产生原因
作用在变压器上的电动力可分为轴向 和径 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。
测量方法及分析
中频段（100kHz～600kHz）的谐振峰发生明显
分析 变化时，通常预示着绕组发生扭曲和鼓包等局部变
形现象，因为在频率范围内，绕组的分布电感和电
容均发挥作用，其频率响应特性具有较多的谐振峰，
故而根据其各个谐振峰频率的变化情况能够较灵敏
地反映出绕组分布电感、电容的变化情况。对于那
些遭受突发短路电流冲击的变压器，如果其谐振峰
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3
定义及危害
定义
核心 关键
径向拉伸 径向压缩 轴向延伸 轴向压缩 轴向套叠 绕组扭曲
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定义及危害
壹· 累积效应，不能及时发现，正常 运行局放，绝缘击穿
贰· 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
叁· 绕组机械性能下降，再次遭受短 路事故，承受不住电动力
危害
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继电保 护不完 善，动 作失灵
2021
10
测量方法及分析
基
础 变压器绕组发生局部的机械变
形后，其内部的电感、电容分 布参数必然发生相对变化。这 是开展变压器变形测试的依据 和基础。即将变压器绕组视为 无源线性双口网络。
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测量方法及分析
在绕组的一端输入扫频电压信号Vs（依次输入不 同频率的正弦波电压信号），通过数字化记录设 备同时检测不同扫描频率下绕组两端的对地电压 信号Vi(n)和Vo(n)，并进行相应的处理，最终得 到被测变压器绕组的传递函数H(n): H(n)=20log[Vo(n)/Vi(n)] 并将频率响应根据频率描绘成曲线来判断变压器 绕组变形。
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绕组动 热稳定 性能差， 抗短路 能力不 够
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产生原因
受到意外的冲撞、 颠簸和振动等机械原 因， 导致绕组变形。
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在运输、 安Βιβλιοθήκη 、 吊罩中 受到意 外冲撞9
产生原因
继电保护不完善， 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重要原因。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% 。