變壓器繞組變形測(cè)試講義

1、講義變壓器繞組變形測(cè)試技術(shù)及其應(yīng)用Transformer Winding Deformation Test Technology & Application臨沂供電公司目錄1 前言1.1 什么是繞組變形 ?1.2 繞組變形的原因1.3 繞組變形的危害2 繞組變形的測(cè)量方法2.1 阻抗法2.2 低壓脈沖法2.3 頻率響應(yīng)法3 頻率響應(yīng)法的原理3.1.1 變壓器線圈的等值電路3.1.2 空心電感的電感量計(jì)算及變化分析3.2 繞組變形種類以及變形在等值電路中的等效分析3.2.1 整體變形3.2.2 局部變形4 變壓器繞組變形測(cè)試儀4.1 測(cè)試儀組成4.2 主要技術(shù)參數(shù)4.3 特點(diǎn)5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2、過(guò)程中的注意事項(xiàng)5.1 對(duì)測(cè)試環(huán)境的要求5.2 對(duì)變壓器狀態(tài)的要求5.2.1 對(duì)引線、周圍接地體和金屬懸浮物的要求5.2.2 對(duì)分接位置的要求5.2.3 對(duì)接地的要求5.2 測(cè)試接線方式5.2.1 YN 接線5.2.2 Y 接線523對(duì)于接線5.2.4 有平衡繞組的變壓器5.2.5 套管末屏取信號(hào)的問題5.2.6 其它注意事項(xiàng)6 繞組變形波形分析6.1 頻率響應(yīng)圖譜的特征6.1.1 差異是絕對(duì)的6.1.2 具有相對(duì)的一致性6.1.3 低壓繞組的一致性較好6.1.4 廠用變壓器的一致性較差6.1.5 三相變壓器的一致性較好6.2 變形測(cè)試的判斷6.2.1 低壓繞組為主，高、中壓繞組為輔6.2.2

3、 橫向比較為主，縱向比較為輔6.2.3 低頻段為主，中、高頻段為輔6.2.4 波形觀察為主，相關(guān)系數(shù)判斷為輔6.2.5 綜合判斷6.3 繞組變形程度的分類6.4 變壓器繞組變形判斷程序7 繞組變形測(cè)試儀的檢驗(yàn)8 繞組變形測(cè)試實(shí)例利用頻率響應(yīng)法輔以阻抗電壓法進(jìn)行變壓器繞組變形測(cè)試的應(yīng)用研究21前言變壓器是電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備之一，它的正常與否直接影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。近年來(lái)變壓器短路故障呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，造成變壓器繞組損壞的幾率增加，嚴(yán)重威脅變壓器 的正常運(yùn)行。據(jù)國(guó)家電力公司不完全統(tǒng)計(jì)，僅在1990年至1997年間國(guó)內(nèi)110kV 及以上電壓等級(jí)的變壓器，因遭受短路故障電流沖擊直接導(dǎo)致的損壞事故約為

4、145臺(tái)次，占同期總事故臺(tái)次的31%，如表1.1所示。而對(duì)于廠用變壓器（包括廠變和備變），該問題則顯 得更加突出。一方面說(shuō)明，變壓器繞組抗短路能力的設(shè)計(jì)水平不夠，有待變壓器生產(chǎn)廠家 的改進(jìn)和提高；另一方面，迫切希望有一種方法能快速準(zhǔn)確地對(duì)變壓器繞組是否發(fā)生有害 變形進(jìn)行診斷，以便及時(shí)應(yīng)用于變壓器繞組故障的判斷和決策實(shí)踐。這種方法就是變壓器 繞組變形測(cè)試技術(shù)。表1.119901997年變壓器短路損壞事故統(tǒng)計(jì)表年份19901991199219931994199519961997事故總臺(tái)次3456766957595855短路事故臺(tái)次23182221292921短路事故占總事故比例（）65243237

5、4950381.1什么是繞組變形？電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T911 2004電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法對(duì)繞組變形的定義是：電力變壓器繞組在機(jī)械力或電動(dòng)力作用下發(fā)生的軸向或徑向尺寸變化，通常 表現(xiàn)為繞組局部扭曲、鼓包或移位等特征。變壓器在遭受短路電流沖擊或在運(yùn)輸過(guò)程中遭 受沖撞時(shí)，均有可能發(fā)生繞組變形現(xiàn)象，它將直接影響變壓器的安全運(yùn)行。1.2繞組變形的原因造成繞組變形的主要原因有：1.2.1短路故障電流沖擊電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地要遭受各種短路故障電流的沖擊，特別是變壓器出口或近區(qū)短路故障，巨大的短路沖擊電流將使變壓器繞組受到很大的電動(dòng)力（是正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)十倍至數(shù)百倍），并使繞組急劇

6、發(fā)熱。在較高的溫度下，導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度變小，電 動(dòng)力更容易使繞組破壞或變形。短路故障電流沖擊是變壓器繞組變形的最主要外因。眾所周知，電力變壓器線圈是以絕緣墊塊隔開的銅或鋁線段所構(gòu)成的。這種系統(tǒng)的動(dòng)特性在發(fā)生突發(fā)短路時(shí)是變化的。因?yàn)榻^緣墊塊的彈性與其壓緊程度有關(guān)，即與作用力有關(guān)。電動(dòng)力本身也不是恒定不變的，而是按照復(fù)雜的規(guī)律變化。雖然對(duì)短路時(shí)作用在變壓 器線圈上的電動(dòng)力的研究始于四十年代，但是由于動(dòng)態(tài)過(guò)程分析的復(fù)雜性，到目前為止尚 不能用理論計(jì)算結(jié)果正確反映出變壓器承受突發(fā)短路電流沖擊的能力。呂）擴(kuò)張徑向力b）壓縮徑向力理論分析表明，作用在變壓器上的電動(dòng)力可分為軸向（縱向）和徑向（幅向、橫向） 力

7、兩種。徑向力的作用方向取決于線圈相互位置及其電流的方向，對(duì)雙線圈變壓器而言， 徑向力拉伸外部線圈，壓縮內(nèi)部線圈，為了提高內(nèi)部線圈對(duì)徑向力的剛度。通常是將線圈 繞制在由絕緣筒支撐的撐條上。此時(shí)，該線圈不但要承受到壓縮力作用，還會(huì)同時(shí)受到撐 條所產(chǎn)生的彎曲力作用。如果所受到的合應(yīng)力超過(guò)線圈剛度的屈服點(diǎn)，必將導(dǎo)致線圈發(fā)生 永久變形，出現(xiàn)經(jīng)常見到的梅花狀或鼓包狀繞組變形現(xiàn)象。變壓器線圈遭受到的軸向力可使線段和線匝在豎直方向彎曲，壓縮線段間的墊塊，并 部分地傳遞到鐵軛，力求使其離開心柱。通常，最大的彎曲力產(chǎn)生在位于線圈端部的線段 中，而最大的壓縮力則出現(xiàn)在位于線圈高度中心的墊塊上。當(dāng)線圈不等高時(shí)（主要由

8、于調(diào) 壓分接頭所致）或磁勢(shì)分布不均勻時(shí)，軸向力較之徑向力更能引起變壓器事故。鐵心鐵心由此可見，當(dāng)變壓器在運(yùn)行過(guò)程中遭受突發(fā)性短路故障電流沖擊時(shí)，每個(gè)線圈都將受到強(qiáng)大的徑向力和軸向力的共同作用。變壓器繞組初始故障的表現(xiàn)形式大多表現(xiàn)為內(nèi)繞組 出現(xiàn)變形（尤其是對(duì)自耦變壓器），發(fā)生鼓包、扭曲、移位等不可恢復(fù)的變形現(xiàn)象，其發(fā)展 的典型形式是絕緣破壞，隨后出現(xiàn)餅間擊穿、匝間短路、主絕緣放電或完全擊穿。1.2.2在運(yùn)輸、安裝或者吊罩大修過(guò)程中受到意外沖撞電力變壓器在長(zhǎng)途運(yùn)輸、安裝或者吊罩過(guò)程中，可能會(huì)受到意外的沖撞、顛簸和振動(dòng)等，導(dǎo)致繞組變形。1.2.3保護(hù)系統(tǒng)有死區(qū)，動(dòng)作失靈保護(hù)系統(tǒng)存在死區(qū)或動(dòng)作失靈都會(huì)

9、導(dǎo)致變壓器承受穩(wěn)定短路電流作用的時(shí)間長(zhǎng)，也是造成變壓器繞組變形故障的原因之一。粗略統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在遭受外部短路時(shí)，因不能及 時(shí)跳閘而發(fā)生損壞的變壓器約占短路損壞事故的30%。1.2.4繞組承受短路能力不夠當(dāng)變壓器繞組出現(xiàn)短路時(shí)，會(huì)因其承受不了短路電流沖擊力而發(fā)生變形。近幾年來(lái)， 對(duì)全國(guó)110kV及以上的電力變壓器事故統(tǒng)計(jì)分析表明，因繞組承受短路能力不夠已成為電 力變壓器事故的首要內(nèi)部原因，嚴(yán)重影響電力變壓器的安全、可靠運(yùn)行。1.3 繞組變形的危害繞組變形是電力變壓器安全運(yùn)行的一大隱患。多臺(tái)變壓器的實(shí)際試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)表明，繞組 變形后，絕緣試驗(yàn)和油的試驗(yàn)都難于發(fā)現(xiàn)，所以表現(xiàn)為潛伏性故障。按照第 12

10、屆國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議委員會(huì)的評(píng)估，變壓器繞組的許多絕緣故障均是由于絕 緣的最初機(jī)械損傷造成的。變壓器在遭受短路故障電流沖擊，繞組發(fā)生局部變形后，即使 沒有立即損壞，也有可能留下嚴(yán)重的故障隱患，例如：a. 絕緣距離發(fā)生改變，固體絕緣受到損傷，導(dǎo)致局部放電發(fā)生，當(dāng)遇到雷電過(guò)電壓作 用時(shí)有可能發(fā)生匝間、餅間擊穿，導(dǎo)致突發(fā)性絕緣事故，甚至在正常運(yùn)行電壓下，因局部 放電的長(zhǎng)期作用而發(fā)生絕緣擊穿事故。b. 繞組機(jī)械性能下降， 當(dāng)再次遭受短路事故時(shí)， 將承受不住巨大的電動(dòng)力作用而發(fā)生 損壞。既然變壓器繞組變形不可避免，怎樣檢測(cè)變壓器繞組是否發(fā)生了變形？變形的程度如 何？能否繼續(xù)運(yùn)行？如果有嚴(yán)重變形，變形的位置

11、? 怎樣處理？因此，積極開展變壓器繞組變形診斷工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)那些有繞組變形的變壓器，并有 計(jì)劃地進(jìn)行吊罩檢查和檢修，不但可節(jié)省大量的人力、物力，對(duì)防止變壓器事故的發(fā)生也 有及其重要的作用。目前，世界各國(guó)都在積極開展變壓器繞組變形診斷工作，有些國(guó)家(如意大利)甚至 把該項(xiàng)工作放在變壓器預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目的首要位置。國(guó)家電力公司在國(guó)電發(fā) 2000589 號(hào)文防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要 求中，已明確把繞組變形試驗(yàn)列入變壓器出廠、交接和發(fā)生短路事故后的必試項(xiàng)目。相 關(guān)部分條款摘錄如下：(1) 第 15.2.5 條：對(duì) 110kV 及以上電壓等級(jí)變壓器在出廠和投產(chǎn)前應(yīng)做低電壓短路 阻抗或用頻響法測(cè)

12、試?yán)@組變形，以留原始記錄；(2) 第 15.6 條：變壓器在遭受近區(qū)突發(fā)短路后，應(yīng)做低電壓短路阻抗或用頻響法測(cè)試 繞組變形，并與原始記錄比較，判斷變壓器無(wú)故障后，方可投運(yùn)；(3) 第 20.2.9 條：訂購(gòu)變壓器時(shí)，應(yīng)要求廠家提供變壓器繞組頻率響應(yīng)特性曲線、做 過(guò)突發(fā)短路試驗(yàn)變壓器的試驗(yàn)報(bào)告和抗短路能力動(dòng)態(tài)計(jì)算報(bào)告；安裝調(diào)試應(yīng)增做頻率響應(yīng) 特性試驗(yàn)；運(yùn)行中發(fā)生變壓器出口短路故障后應(yīng)進(jìn)行頻率響應(yīng)特性試驗(yàn)，繞組變形情況的 測(cè)試結(jié)果，作為變壓器能否繼續(xù)運(yùn)行的判據(jù)之一。2004 年 12 月 14 日，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T911 2004 電力變壓 器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法 ，該標(biāo)

13、準(zhǔn)適用于 6kV 及以上電壓等級(jí)電力變壓器及其他特 殊用途的變壓器。2 繞組變形的測(cè)量方法變壓器繞組發(fā)生局部的機(jī)械變形后， 其內(nèi)部的電感、 電容分布參數(shù)必然發(fā)生相對(duì)變化。 這是開展變壓器變形測(cè)試的依據(jù)和基礎(chǔ)。常規(guī)方法 （ 如測(cè)量變比、直阻和電容 ） 診斷變壓器繞組是否發(fā)生變形是困難的，因其靈 敏度太低。吊罩檢查除了需花費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力外，對(duì)判斷內(nèi)側(cè)繞組有無(wú)變形也是 困難的。作為繞組變形測(cè)試方法，主要有阻抗法、低壓脈沖法及頻率響應(yīng)法三種。2.1 阻抗法 最早使用的繞組變形測(cè)試方法是阻抗法。其原理是通過(guò)測(cè)量變壓器繞組在 50Hz 下的 阻抗或漏抗，由阻抗或漏抗值的變化來(lái)判斷變壓器繞組是否發(fā)生

14、了危及運(yùn)行的變形，如匝 間短路、開路、線圈位移等。國(guó)標(biāo)和 IEC 標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了額定電流下漏抗變化的限值， IEC 建議超過(guò)3%為異常，國(guó)標(biāo)認(rèn)為根據(jù)線圈結(jié)構(gòu)的不同取 2%4%。美國(guó)ANSI標(biāo)準(zhǔn)96年 版已將短路阻抗測(cè)試作為預(yù)試項(xiàng)目之一。多年來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)表明該方法由于受條件所限， 現(xiàn)場(chǎng)很難達(dá)到額定電流 （尤其對(duì)大 型變壓器 ） ，且對(duì)測(cè)試儀表的檢測(cè)精度要求很高，往往難以獲得必要的檢測(cè)靈敏度，有時(shí)僅 對(duì)那些繞組變形嚴(yán)重的變壓器有效。但阻抗法實(shí)施簡(jiǎn)單，又有標(biāo)準(zhǔn)可循，仍不失為一種互補(bǔ)的手段，尤其是對(duì)大量的中、 低壓等級(jí)的變壓器。根據(jù)電工原理，一個(gè)無(wú)源、線性、單端輸入、單端輸出網(wǎng)絡(luò)的特性，可以用傳遞函

15、數(shù)H（j 3或H（t）來(lái)描述。變壓器繞組是一個(gè)分布參數(shù)的電路網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)電阻、電感和電容 鏈，對(duì)不同頻率的信號(hào)源有不同的響應(yīng)，如在低頻下呈現(xiàn)為電感特性而在高頻下為電容特 性。因此，可將繞組看作一個(gè)兩端網(wǎng)絡(luò)，其中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)反映了繞組結(jié)構(gòu)的固有特性，既 可通過(guò)測(cè)試其傳輸比參量隨頻率的變化 （即頻率響應(yīng) ），也可通過(guò)測(cè)試其對(duì)低壓脈沖的時(shí)域 響應(yīng)，反映網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化，反映繞組結(jié)構(gòu)本身特性的變化。這就是頻率響應(yīng)法（簡(jiǎn)稱 FRA-Frequency Respond Analysis ）和低壓脈沖法 （簡(jiǎn)稱 LVI-Low Voltage Impulse ） 的測(cè)試原理。2.2 低壓脈沖法低壓脈沖法的測(cè)試原

16、理如圖 2.1 所示。在變壓器繞組的一端對(duì)地加入標(biāo)準(zhǔn)脈沖電壓信號(hào)(100V)，利用數(shù)字化記錄設(shè)備同時(shí)測(cè)量繞組兩端的對(duì)地電壓信號(hào)Vo(t)和Vi(t)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終得到該變壓器繞組的傳遞函數(shù)h(t)或H(j 3),即：h(t)=Vo(t)/Vi(t)h(j 3 )=Vo(j 3 )/Vi(j 3)然后根據(jù)波形變化來(lái)判斷變壓器繞組變形標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)Vi(t)被測(cè)變壓器繞組Vo(t)數(shù)字采樣數(shù)字采樣Vi(k)VokFFT外理FFT處理V»(n)H(n)=Vo(n)/Vi(n) Vi(n)圖2.1低壓脈沖法的測(cè)試原理圖最早提出并使用低壓脈沖法的國(guó)家是波蘭(1966年)，此后英國(guó)和美國(guó)

17、又對(duì)其進(jìn)行了 改進(jìn)，其主要用途是確定變壓器是否通過(guò)短路試驗(yàn)，現(xiàn)已被列入IEEE電力變壓器短路試驗(yàn)導(dǎo)則和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。低壓脈沖法克服了阻抗法靈敏度不高的缺點(diǎn)，能檢出繞組23mm的彎曲變形。然而，由于LVI法采用的是時(shí)域脈沖分析技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)抗干擾能力差， 雙屏蔽電纜和接地線排列方式、周圍物體等均對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響。另外易受靈敏度校正過(guò) 程的影響，需要使用一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)和精細(xì)調(diào)整的測(cè)試系統(tǒng)，以消除脈沖傳遞過(guò)程中的折反 射問題和脈沖信號(hào)源的不穩(wěn)定性問題，故現(xiàn)場(chǎng)使用往往重復(fù)性不好。2.3頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法的測(cè)試原理如圖2.2所示。在繞組的一端輸入掃頻電壓信號(hào) Vs (依次輸入 不同頻率的正弦波電壓信號(hào))

18、，通過(guò)數(shù)字化記錄設(shè)備同時(shí)檢測(cè)不同掃描頻率下繞組兩端的對(duì) 地電壓信號(hào) Vi(n)和Vo(n)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終得到被測(cè)變壓器繞組的傳遞函數(shù)H(n):H(n )=20logVo( n)/Vi( n)并將頻率響應(yīng)根據(jù)頻率描繪成曲線來(lái)判斷變壓器繞組變形止弦掃頻信號(hào)源被測(cè)變壓器繞組H(n)=Vo(n)/Vi(n)Vo(n)I Vs(n)Vi(nI.圖2.2頻率響應(yīng)法的測(cè)試原理圖傳統(tǒng)的高壓測(cè)試技術(shù)一般講究定量分析，并在確定量的基礎(chǔ)上作出判斷，這對(duì)單一參 量的測(cè)試非常有效。然而，在技術(shù)發(fā)展到能測(cè)試多種參量的復(fù)合信息時(shí)，確定量的分析變 得困難。頻響測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)代表了這樣的方向。頻率響應(yīng)法(FRA)診斷

19、變壓器繞組變形的思想，最早是由加拿大的E.P.Dick在1978年提出的，隨后在世界各國(guó)得到了較為廣 泛的應(yīng)用，普遍反映使用效果較好，認(rèn)為能夠在變壓器不吊罩的情況下快速檢測(cè)出相當(dāng)于 短路阻抗變化0.2%和軸向尺寸變化0.3%的繞組變形現(xiàn)象。與低壓脈沖法(LVI)相比, 由于FRA法采用了先進(jìn)的掃頻測(cè)量技術(shù)，所測(cè)量的均是幅值較高、頻率預(yù)先已知且低于 1MHz的正弦波信號(hào)，便于用數(shù)字處理技術(shù)消除干擾信號(hào)的影響，信號(hào)傳播過(guò)程中的折反 射問題也容易得到解決，故具有較強(qiáng)的抗干擾能力，測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性也易于得到保證。低壓脈沖法和頻率響應(yīng)法實(shí)際上是從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面對(duì)同一事物的兩個(gè)不同側(cè)面 的描述。從數(shù)學(xué)

20、上講，這兩個(gè)方法是有聯(lián)系的、是等價(jià)的。但是這兩個(gè)方法從實(shí)際實(shí)施方 法來(lái)說(shuō)，在技術(shù)上是有很大差異，從發(fā)生波形的穩(wěn)定性、可記錄性及分辨率和目前技術(shù)水 平來(lái)說(shuō)，低壓脈沖法可實(shí)施性要遠(yuǎn)小于頻率響應(yīng)法。所以，目前變形檢測(cè)技術(shù)主要采用頻 率響應(yīng)法。頻響法的實(shí)際應(yīng)用是隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐漸成熟的。從目前的技術(shù)成熟程 度看，頻響法用于現(xiàn)場(chǎng)要比低壓脈沖法易于實(shí)施，測(cè)得的圖譜較穩(wěn)定，重復(fù)性好，不易受 試驗(yàn)接線、外界干擾的影響。因此，頻響法的應(yīng)用比較普遍。3頻率響應(yīng)法的原理3.1.1變壓器線圈的等值電路變壓器線圈一般都設(shè)計(jì)為餅式結(jié)構(gòu)，其目的是為了絕緣和耐壓考慮的，同時(shí)各餅之間 都有間隙，便于散熱，各線圈餅對(duì)地及對(duì)

21、其它相、其它電壓等級(jí)線圈都有一個(gè)臨近電容， 線圈自然也有電感。另外套管還有對(duì)地電容，引線及接頭對(duì)地也有電容，所有這些按其所 在結(jié)構(gòu)的位置，都有其所代表的結(jié)構(gòu)參數(shù)，所以按其結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成一個(gè)變壓器的線圈在 進(jìn)行測(cè)試時(shí)的一個(gè)等值電路。當(dāng)頻率超過(guò)1kHz時(shí)，變壓器的鐵心基本不起作用。每個(gè)繞組均可視為一個(gè)由電阻、電容、電感等分布參數(shù)構(gòu)成的無(wú)源線性雙端口網(wǎng)絡(luò)，并且忽略繞 組的電阻(通常很小)，則繞組的等效網(wǎng)絡(luò)如圖3.1表示，10其中：Cg為繞組對(duì)地電容Cb為套管對(duì)地電容Ls為線圈電感Rs為掃頻信號(hào)輸出電阻R為匹配電阻Vi為掃頻輸入信號(hào)，Vo為響應(yīng)輸出信號(hào)，它實(shí)際上代表流經(jīng) Ro的電流，貝U Vo/Vi

22、的比值就代表了一種電抗的變化。如果繞組發(fā)生了軸向、徑向尺寸變化等變形現(xiàn)象，勢(shì)必 會(huì)改變網(wǎng)絡(luò)的Ls、Cs、Cg等分布參數(shù)，導(dǎo)致其傳遞函數(shù) H(j 3)的零點(diǎn)和極點(diǎn)分布發(fā)生變 化。因此，變壓器繞組的變形是可以通過(guò)比較變壓器繞組的頻率響應(yīng)來(lái)診斷的。變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，是不會(huì)允許在 50Hz以及附近頻率處產(chǎn)生諧振的，所以在低頻段，線 圈是感性的。由于變壓器油的介電常數(shù) &與油溫有一定的關(guān)系，所以用三相繞組之間在同一油溫下 圖譜的比較，更容易判斷，以免由于溫度改變而產(chǎn)生判斷上的失誤。電力變壓器繞組的傳遞函數(shù) H(j 3)主要取決于其內(nèi)部電感、電容分布等參數(shù)，大量試驗(yàn)研 究結(jié)果表明，變壓器繞組的頻率相應(yīng)

23、特性通常具有如下特征：a當(dāng)頻率低于100kHz時(shí)，其頻率響應(yīng)特性主要由線圈的電感所決定，諧振點(diǎn)通常很 少，對(duì)分布電容的變化較不敏感；b當(dāng)頻率超過(guò)1MHz時(shí)，繞組的電感又被分布電路所旁路，諧振點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)減少，對(duì) 電感的變化較不敏感，而且隨著頻率的提高，測(cè)試回路(引線)的雜散電容也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié) 果造成明顯影響；c在100kHz1MHz的范圍內(nèi)，繞組的分布電感和電容均發(fā)揮作用，其頻率響應(yīng)特 性具有較多的諧振點(diǎn)，能夠靈敏的反映出繞組電感、電容的變化情況。3.1.2空心電感的電感量計(jì)算及變化分析1 o從工程計(jì)算及電感設(shè)計(jì)手冊(cè)可以計(jì)算空心電感LL=KL X NX Dcp X 10e -6 (H)其中:Dcp

24、為線圈的平均直徑，N為線圈圈數(shù)，H為線圈高度，b為線圈厚度KL為電感系數(shù)KL=f(b,H,Dcp)Dcp增加，電感量增加。b增加，電感量減小。H增加，電感量減小。在單位高度內(nèi)，線圈圈數(shù)N增加，則電感量增加；即線圈在單位高度內(nèi)壓縮，則電感 量增加。如果線圈在單位高度內(nèi)被拉開，線圈等效匝數(shù)減小，電感量減小。對(duì)于線圈的等效直徑看，一般線圈的導(dǎo)線長(zhǎng)度不會(huì)變化。如果線圈失圓，則會(huì)使等效 直徑變小。變形時(shí)，電感量則會(huì)減小。線圈厚度一般變形后會(huì)發(fā)生改變，線圈在受力后壓縮成波浪狀，厚度減小，電感量會(huì) 略有增加。3.1.3電容量簡(jiǎn)化公式假設(shè)兩板之間的電場(chǎng)為均勻靜電場(chǎng)，平行板邊長(zhǎng)a，b與板間距d的比值無(wú)限大，忽略

25、的邊緣效應(yīng)，則電容量的簡(jiǎn)化公式為:C =；乎，以介質(zhì)的介電常數(shù)d電容量大小與板間距d成反比。3.1.4諧振條件ViLsCs丄Cg VoI1 21 #1_j Cg11 jCsj Ls1"sCg-?LsCs簡(jiǎn)化等值網(wǎng)絡(luò)頻域傳遞函數(shù):、VogH j Vi(j+諧振條件:©2LsCg1 ； g 01 - *.2Ls(Cs Cg) =1=2 二fjLs(Cs +Cg) 11= 2(CsCg)3.2繞組變形種類以及變形在等值電路中的等效分析3.2.1 整體變形整體變形：這種變形最常見是在運(yùn)輸過(guò)程中震動(dòng)沖擊力造成的，這種變形一般整體情 況良好，只是線圈之間相對(duì)移動(dòng)。這種變形一般不改變線圈

26、的電感量和餅間電容，只改變 線圈對(duì)地電容。所以其頻譜圖上各諧振點(diǎn)都存在，只是都向咼頻方向平移。另外在受電動(dòng) 力時(shí)，如有幾根撐條受力移動(dòng)位置或脫落，在受力消失后，則在原來(lái)的壓緊力的作用下向 一邊偏心，同時(shí)由于電動(dòng)力造成內(nèi)線圈收縮或外線圈擴(kuò)張，高低壓線圈之間的距離改變， 對(duì)地電容減小，使諧振頻率均向高頻方向移動(dòng)。諧振頻率的改變量在較小的變化時(shí)與變形 量成正比。其頻譜圖上的最大特征是，各諧振峰都對(duì)應(yīng)存在，只是平移。這種變形一般引 線都分別牽動(dòng)，300kHz以上將有一定的改變。整體壓縮：線圈在電磁力或制造工藝的原因，會(huì)出現(xiàn)高度尺寸上的壓縮。線圈在高度 上的減小，將使線圈的總電感增加；同時(shí)使線圈餅間的電

27、容增加。在對(duì)應(yīng)的頻譜圖上，變 形相曲線將出現(xiàn)第一個(gè)諧振峰向低頻方向移動(dòng)；同時(shí)第一諧振峰還將伴隨著幅值升高；中 高頻部分的曲線與正常相的頻譜曲線相同。整體拉伸：線圈在出現(xiàn)固定壓板松動(dòng)、墊塊失落等情況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高度尺寸上的拉伸 線圈在高度上的增加，將使線圈的總電感減?。煌瑫r(shí)使線圈餅間的電容下降。在對(duì)應(yīng)的頻 譜圖上，變形相曲線將出現(xiàn)第一個(gè)諧振峰向高頻方向移動(dòng)；同時(shí)第一諧振峰還將伴隨著幅 值下降；中高頻部分的曲線與正常相的頻率曲線相同。3.2.2局部變形局部變形是指線圈的總高度未發(fā)生改變，或等效直徑和線圈厚度尚未出向大面積的改 變；只是部分線圈的尺寸分布均勻度改變，或部分線餅出現(xiàn)小程度等效直徑的改變，

28、線圈 的總電感基本不變，所以故障相和非故障相的頻譜曲線在低頻段的第一個(gè)諧振峰點(diǎn)處將重 合，隨著部分變形面積的大小，對(duì)應(yīng)的后續(xù)幾個(gè)諧振峰將發(fā)生位移。局部壓縮和拉開變形：這種變形一般認(rèn)為是由于電磁作用力造成的，由于同方向的電 流產(chǎn)生的斥力，在線圈兩端被壓緊時(shí)，這種斥力會(huì)將個(gè)別墊塊擠出，造成部分被擠壓，而 部分被拉開。這種變形在兩端壓釘未動(dòng)的條件下，一般不會(huì)牽動(dòng)引線；這種變形一般只改 變餅間的距離（軸向），在等值電路中體現(xiàn)在并聯(lián)電感上的電容（餅間電容）的改變上。引 線未被牽動(dòng)力的條件下，頻譜的高頻部分將變化很小。線圈整體并未被壓縮，只有部分餅 間距離拉開，部分餅間距離壓縮。頻譜圖上可以看到，有部分諧

29、振峰向高頻方向移動(dòng)，并 伴隨著峰值下降；而有部分諧振峰向低頻方向移動(dòng)，并伴隨著峰值升高。變形面積和變形 程度可以通過(guò)比較諧振峰點(diǎn)明顯移動(dòng)所處的位置，（第幾個(gè)峰）及諧振峰的移動(dòng)量來(lái)估計(jì)分 析。局部壓縮和拉開變形影響到引線時(shí)，頻譜圖的高頻部分將發(fā)生變化。局部壓縮和拉開 變形程度較大時(shí)，低頻與中頻段有些諧振峰會(huì)重疊，個(gè)別峰會(huì)消失，有些諧振峰幅值升高。匝間短路：如果線圈發(fā)生金屬性匝間短路，線圈的整體電感將會(huì)明顯下降，線圈對(duì)信 號(hào)的阻礙大大減小。對(duì)應(yīng)到頻譜圖，其低頻段的諧振峰將會(huì)明顯的向高頻方向移動(dòng)，同時(shí) 由于阻礙減小，頻響曲線在低頻段將會(huì)向衰減減小的方向移動(dòng)，即曲線上移20dB以上；另外由于Q值下降，

30、頻譜曲線上諧振峰谷間的差異將減少。中頻和高頻段的頻譜曲線與正 常線圈的圖譜重合。線圈斷股：線圈斷股時(shí)，線圈的整體電感將會(huì)略有增大。對(duì)應(yīng)到頻譜圖，其低頻段的 諧振峰將會(huì)向低頻方向略有移動(dòng)，幅值上的衰減基本不變；中頻和高頻段的頻譜曲線與正 常線圈的譜圖重合。金屬異物：在正常線圈中，如果在餅間中存在金屬異物，雖然對(duì)低頻總電感影響不大， 但餅間電容將增大。頻譜曲線的低頻部分諧振峰將向低頻方向移動(dòng)，中高頻部分曲線的幅 值將有所升高。引線位移：引線發(fā)生位移時(shí)，不影響電感，所以頻譜曲線的低頻段應(yīng)完全重合，只在 200kHz500kHz 部分的曲線發(fā)生改變，主要是衰減幅值方面的變化。引線向外殼方向 移動(dòng)，貝擻

31、譜曲線的高頻部分向衰減增大的方向移動(dòng)，曲線下移；弓I線向線圈靠攏，則頻 譜曲線的高頻部分向衰減減小的方向移動(dòng)，曲線上移。軸向扭曲：軸向扭曲是在電動(dòng)力作用下，線圈向兩端頂出，在受到兩端壓迫時(shí)，被迫 從中間變形，若原變壓器的裝配間隙較大或有撐條受迫移位，則線圈在軸向扭成S形；這種變形由于兩端未變動(dòng)，所以只改變了部分餅間電容和部分對(duì)地電容。屏間電容和對(duì)地電 容將減小，所以頻譜曲線上將發(fā)生諧振峰向高頻方向移動(dòng)， 低頻附近的諧振峰值略有下降， 中頻附近的諧振峰點(diǎn)頻率略有上升，而且300kHz500kHz的頻譜線基本上保持原趨勢(shì)。線圈幅向（徑）變形：在電動(dòng)力作用下，一般內(nèi)線圈是向內(nèi)收縮，由于內(nèi)撐條的限制，

32、線圈可能發(fā)生幅向變形，其邊沿成鋸齒狀，這種變形將使電感略有減小，對(duì)地電容也略有 改變，所以在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的諧振峰均向高頻方向略有移動(dòng)。外線圈的幅向變形主要是 向外膨脹，變形線圈總電感將增加，但內(nèi)外線圈間的距離增大，線餅對(duì)地電容減小。所以頻譜曲線上第一個(gè)諧振峰和谷將向低頻方向移動(dòng)， 后面的各峰谷都將向高頻方向略有移動(dòng)。變形種類電感Ls餅間電容Cs對(duì)地電容Cg諧振點(diǎn)頻率諧振點(diǎn)峰值整體變形運(yùn)輸沖撞-(all)整體壓縮71)T (1)整體拉伸-(1)J (1)局 部 變 形局部壓縮 和拉伸匝間短路-(L)T (L)線圈斷股7L)金屬異物7L)T (M、H)引線位移靠外殼T靠線圈；7H)-(H)J (

33、H)T (H)軸向扭曲J (L) T (M)幅（徑）向變形內(nèi)J外T內(nèi)T外；J (1) (MH)注：all :全部；1 :第1個(gè)諧振峰；L、M、H :低頻段、中頻段和高頻段分接開關(guān)燒蝕（各檔位檢查）:帶有分接開關(guān)的線圈，如果觸點(diǎn)燒蝕而較大時(shí)，在高頻 小電流通過(guò)時(shí)，由于油膜的影響，會(huì)出現(xiàn)小電流下的接觸問題，其等值電路可以認(rèn)為是一 個(gè)低阻值電阻和一個(gè)電容并聯(lián)，這個(gè)電路插在電感電路上時(shí)，與各分支電感電容諧振，會(huì) 產(chǎn)生很多的諧振峰，由于電阻的存在，無(wú)法形成大的諧振，使諧振曲線上產(chǎn)生很多毛刺， 特別曲線在40dB以下時(shí)。諧振曲線的總輪廓與正常曲線基本重合。4變壓器繞組變形測(cè)試儀4.1測(cè)試儀組成變壓器繞組變

34、形測(cè)試儀采用的是頻率響應(yīng)法工作原理，其系統(tǒng)的基本組成如圖4.1所示。通過(guò)計(jì)算機(jī)的管理和控制，掃頻信號(hào)發(fā)生器依次把輸出的不同頻率的正弦波電壓信號(hào)Vs(t)加到變壓器繞組的末端，咼速采集系統(tǒng)同時(shí)記錄該端子及繞組對(duì)應(yīng)首端上的電壓信號(hào) Vi(t)和Vo(t)的波形，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字化處理，得到其在不同掃描頻率下的幅值和相位, 然后根據(jù)下式求得被測(cè)繞組的幅頻響應(yīng)特性或相頻響應(yīng)特性，顯示在計(jì)算機(jī)屏幕中并可由 彩色打印機(jī)進(jìn)行輸出。幅頻響應(yīng)特性：H(f)=20logAvo(f)/Avi(f)相頻響應(yīng)特性：© (f)=變?cè)榔骼@細(xì)變I枚測(cè)試位ZDZ接地輸入© vo(f) - © vi

35、(f)輸入測(cè)腎閨抗輸抗械試變壓鶉圖4.1繞組變形測(cè)試儀的基本組成4.2主要技術(shù)參數(shù)測(cè)試頻率范圍：12000kHz頻率分辨率：0.05kHz動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍：-10020dB輸出電壓幅度：20Vp-p量化分辨率：12位測(cè)試電纜波阻抗：50 Q匹配阻抗：50 Q4.3特點(diǎn)A具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的適合嵌入式應(yīng)用的 BIOS系統(tǒng)，功耗小，使硬件系統(tǒng)非常的穩(wěn) 定，非常適合惡劣的試驗(yàn)環(huán)境。B具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一體化主板，集信號(hào)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸于 一體，能保證主機(jī)高度的可靠性。1 8C 采用 USB 接口，即插即用，通訊速度快，測(cè)量時(shí)間短D 同時(shí)測(cè)量輸入信號(hào) Vi 和輸出信號(hào) Vo ，并以 Vo/

36、Vi 來(lái)表征繞組的頻響特性，徹底消 除由于掃描電壓信號(hào)幅度不穩(wěn)定造成的測(cè)量誤差；E 采用 FFT 等數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)信號(hào) Vi 和 Vo 進(jìn)行預(yù)處理， 極大的增強(qiáng)了測(cè)試系統(tǒng)的抗 干擾性能；F 開發(fā)的基于 Windows2000/XP 操作系統(tǒng)的采集和分析系統(tǒng)軟件，使得參數(shù)設(shè)置、 數(shù)據(jù)采集、文件保存、圖形分析及報(bào)告輸出等操作簡(jiǎn)單易行，數(shù)據(jù)管理得心應(yīng)手。5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中的注意事項(xiàng)可靠的測(cè)試是變壓器繞組變形判斷的基礎(chǔ)。盡管頻率響應(yīng)法是一種高靈敏度的繞組變 形診斷方法，能夠檢測(cè)出微弱的繞組變形現(xiàn)象，且基本不受外界雜散干擾信號(hào)的影響，但 由于測(cè)試回路中任何電氣參數(shù)的改變都會(huì)靈敏地在頻響特性中反映出來(lái)，故

37、在測(cè)試過(guò)程中 應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題，以獲得較好的使用效果。5.1 對(duì)測(cè)試環(huán)境的要求 如果變壓器繞組中存在靜電電荷，一方面將對(duì)頻率響應(yīng)特性產(chǎn)生影響，有時(shí)甚至無(wú)法 保證前后兩次測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性；另一方面可能損壞測(cè)試儀器。因此，試驗(yàn)前應(yīng)將被試變 壓器線端充分放電。 并最好安排在所有直流試驗(yàn)項(xiàng)目 （如繞組直流電阻試驗(yàn)、 泄漏電流試驗(yàn) ） 之前進(jìn)行繞組變形測(cè)試工作。5.2 對(duì)變壓器狀態(tài)的要求5.2.1 對(duì)引線、周圍接地體和金屬懸浮物的要求繞組變形測(cè)試應(yīng)在解開變壓器所有引線 （包括架空線、 封閉母線和電纜 ）的前提下進(jìn)行。 變壓器引線的對(duì)地雜散電容往往是不固定的，三相之間也不會(huì)完全平衡，引線雜散電容將

38、 改變頻響特性曲線。為保證測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性，得出精確的診斷結(jié)果，應(yīng)拆除所有與被試 變壓器套管連接的引線， 并使這些引線盡可能的遠(yuǎn)離變壓器套管 （ 周圍接地體和金屬懸浮物 需離開變壓器套管 20cm 以上） ，以減少雜散電容的影響。尤其是與封閉母線連接的變壓 器。5.2.2 對(duì)分接位置的要求繞組的頻率響應(yīng)特性與分接開關(guān)位置有關(guān)，分接開關(guān)的位置不同時(shí)，頻譜圖有較大的 區(qū)別。測(cè)試時(shí)必須正確記錄分接開關(guān)的位置。應(yīng)盡可能將被試變壓器的分接開關(guān)放置在第一分接，以獲取較全面的繞組信息，特別 對(duì)有載調(diào)壓變壓器。對(duì)于無(wú)載調(diào)壓變壓器，應(yīng)保證每次測(cè)量在同一分接位置，便于比較。523 對(duì)接地的要求測(cè)量過(guò)程中接地非常重

39、要，它除了保護(hù)儀器設(shè)備外，主要是使高頻電流的流向必須正 確，否則測(cè)量結(jié)果將無(wú)法一致。變壓器鐵心必須與外殼可靠接地。測(cè)試儀外殼、測(cè)量阻抗外殼必須與變壓器外殼可靠 接地。如果接觸不良，頻率響應(yīng)曲線有可能出現(xiàn)毛刺等異?，F(xiàn)象。5.3測(cè)試接線方式頻率響應(yīng)測(cè)試的掃頻信號(hào)建議從繞組的末端注入，首端輸出。根據(jù)變壓器的不同接線 組別，繞組變形測(cè)試的接線方式也不同。5.3.1 YN 接線掃頻信號(hào)輸入阻抗接于中性點(diǎn) 0,輸出測(cè)量阻抗分別接在 A、B、C上。這種測(cè)量方法, 可以將非測(cè)量相上接收到的干擾信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器上的低阻抗來(lái)吸收。如圖5.1所示。1 81 #圖5.1 YN接線5.3.2 Y接線由于中性點(diǎn)未引出，應(yīng)

40、按以下方式接線，如圖 5.2所示輸入阻抗接于A，輸出阻抗接在B測(cè)試輸入阻抗接于B，輸出阻抗接在C測(cè)試巳端輸入，C端測(cè)竝C端輸入，A端測(cè)量114 tt IA B 丫 CA B CA B輸入阻抗接于C，輸出阻抗接在CA測(cè)試。1 #1 #圖5.2 丫接線1 #1 95.3.3 對(duì)于接線如果有可能將線圈解開測(cè)量則是最好,如無(wú)法解開則應(yīng)以下方式接線，如圖5.3所示輸入阻抗接于C,輸出阻抗接在A相，代表A相。輸入阻抗接于A，輸出阻抗接在B相，代表B相。輸入阻抗接于B，輸出阻抗接在C相，代表C相。L r u1 #由于接線非測(cè)量的兩個(gè)繞組串聯(lián)后并聯(lián)在回路中，理論上說(shuō)對(duì)測(cè)試過(guò)程是有影響的 如果衰減超過(guò)10dB后

41、，貝U可以認(rèn)為非測(cè)量線圈的影響可以忽略。5.3.4 有平衡繞組的變壓器對(duì)于有平衡繞組的變壓器，測(cè)試時(shí)必須解開接地。如圖5.4所示Cp圖5.4平衡繞組接線5.3.5套管末屏取信號(hào)的問題220kV及以上（特別是500kV）變壓器的套管很高，給接線帶來(lái)一定的困難。由于變壓 器套管是一無(wú)感電容，信號(hào)取自套管末屏相當(dāng)于在變壓器繞組上串聯(lián)一個(gè)電容，如圖5.5所示。這種接線方式同套管首端取信號(hào)方式相比，頻響曲線波形規(guī)律完全一致，只是幅值 衰減增大了 310分貝，即將原曲線向上平移了一段距離。因此前后兩次用相同接線方式時(shí)，不影響判斷及靈敏度1 #5.3.6其它注意事項(xiàng)應(yīng)保證測(cè)量阻抗的接線鉗與套管線夾緊密接觸。

42、如果套管線夾上有導(dǎo)電膏或銹跡，必 須使用砂布或干燥的棉布擦拭干凈。6繞組變形波形分析雖然目前繞組變形的頻率響應(yīng)分析法有了專門的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T911 2004電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法，它的形成主要來(lái)源于對(duì)物理現(xiàn)象的直覺分析和現(xiàn)場(chǎng) 的經(jīng)驗(yàn)積累，但是由于電力變壓器發(fā)生故障是少數(shù)， 標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)系數(shù)的判斷邊界還不完善， 一方面需要在長(zhǎng)期的實(shí)踐中積累判斷經(jīng)驗(yàn)，另一方面，要加快變壓器繞組的理論頻響模型 的研究。6.1頻率響應(yīng)圖譜的特征6.1.1 差異是絕對(duì)的從微觀的角度看，變壓器由于型號(hào)、容量、電壓等級(jí)、線圈繞法、繞組結(jié)構(gòu)、位置和 引線等的不同，不同繞組的頻譜圖肯定不同，且有的存在較大的差異

43、，就算是同一廠家生 產(chǎn)的也一樣。這一方面說(shuō)明頻響法的靈敏度高，另一方面，使得頻譜特征歸類不容易。國(guó) 產(chǎn)和進(jìn)口變壓器，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有一定的差異，頻譜有較明顯的差別。6.1.2具有相對(duì)的一致性從宏觀的角度看，對(duì)于制造工藝良好的同一臺(tái)變壓器，其同一側(cè)三相繞組的結(jié)構(gòu)基本 是一致的，測(cè)得的頻響特性曲線通常具有一定的可比性，特別是對(duì)沒有分接開關(guān)的低壓繞 組。這是進(jìn)行變形診斷的基礎(chǔ)。6.1.3 低壓繞組的一致性較好低壓線圈多為連續(xù)式繞組，匝數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻抗小，無(wú)分接繞組，因此工藝上三 相易做到一致，頻響曲線干擾毛刺少，三相頻譜曲線一致性較好。高、中壓繞組則多為餅式或糾結(jié)式，匝數(shù)多，阻抗大，大多帶有分接

44、繞組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 反映在頻譜曲線上，響應(yīng)較小，毛刺多，相與相之間的一致性較差。6.1.4 廠用變壓器的一致性較差廠用變壓器 （ 包括廠變和備變 ）由于多采用雙分裂結(jié)構(gòu)，相與相之間的一致性普遍都比 主變的差，且廠用變壓器遭受短路故障的幾率較高，累積效應(yīng)造成一致性較差。6.1.5 三相變壓器的一致性較好 三相變壓器特征圖譜上相與相之間的一致性比單相變壓器好。 另外，從繞組的特征圖譜上諧振峰的分布情況，可以判斷變壓器繞組的防陡波特性， 為改善變壓器繞組的絕緣設(shè)計(jì)提供依據(jù)。從整體上看，如果一個(gè)繞組的頻譜曲線上諧振峰 少，比較平坦，則說(shuō)明一旦陡波（如雷電波，操作波）侵入繞組后，繞組內(nèi)部發(fā)生諧振的 可能性

45、小。因此，危害繞組絕緣的電位分布發(fā)生的可能性小，說(shuō)明設(shè)計(jì)合理。另一方面， 如果諧振峰上升很快，說(shuō)明繞組的阻抗函數(shù)存在高階極點(diǎn)，繞組對(duì)陡波的響應(yīng)快，易損壞。6.2 變形測(cè)試的判斷 并非所有的變形都會(huì)立即危及到變壓器的安全運(yùn)行。因此，就有必要對(duì)變形發(fā)生的部 位、程度和種類進(jìn)行仔細(xì)的分析和判斷，從而為維修決策提供依據(jù)。6.2.1 低壓繞組為主，高、中壓繞組為輔 實(shí)際上，低壓繞組發(fā)生短路故障的幾率要比高、中壓繞組高的多。因此，對(duì)于大型變 壓器而言，低壓繞組的頻譜是判斷變形的重要特征圖譜。無(wú)論是相與相之間的橫向比較， 還是與上次 （或原始值 ） 的縱向比較，低壓繞組的特征頻譜是主要依據(jù)。在分析高、中壓繞

46、組的頻譜時(shí)，應(yīng)仔細(xì)判斷頻峰的特征。 值得指出的是，各繞組之間的變形會(huì)相互影響，這是因?yàn)榫€圈的壓縮或膨脹會(huì)明顯的 改變另一側(cè)線圈的電氣分布參數(shù)，甚至連帶變形。所以，需綜合各側(cè)線圈的頻譜變化，作 出全面的分析和判斷。6.2.2 橫向比較為主，縱向比較為輔 由于橫向比較的曲線測(cè)試條件、接線方式基本一致，因此應(yīng)優(yōu)先考慮進(jìn)行相與相之間 的橫向比較，再進(jìn)行與原始數(shù)據(jù)或上次數(shù)據(jù)的縱向比較。另外，應(yīng)優(yōu)先考慮與原始數(shù)據(jù)的縱向比較。 在沒有原始數(shù)據(jù)的情況下，橫向比較時(shí)有時(shí)需要考慮特殊結(jié)構(gòu)對(duì)頻響特性曲線影響。例如對(duì)于那些帶有平衡繞組的變壓器， 受平衡繞組的不對(duì)稱性 （通常位于低壓繞組的內(nèi)側(cè)， 且以開口三角形的方式聯(lián)

47、接）的影響，測(cè)得的三相繞組的頻響特性往往有較大的差異。因 此，在沒有原始測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果，單純根據(jù)三相繞組間頻響特性的差異來(lái)判斷特殊結(jié)構(gòu)變壓 器的繞組變形時(shí)，往往具有一定的局限性。如果測(cè)得的頻響特性三相一致性較好，通?？?得出較為明確的診斷結(jié)果，即可以認(rèn)為變壓器繞組沒有發(fā)生明顯的變形現(xiàn)象。但如果測(cè)得 的頻響特性一致性較差，或者僅有其中兩相的頻響特性較為一致，則有可能得出錯(cuò)誤的診 斷結(jié)果，即把正常的變壓器繞組判斷為變形。6.2.3 低頻段為主，中、高頻段為輔從等值電路上可知，頻率響應(yīng)的頻率范圍各有所代表。a當(dāng)頻響特性曲線低頻段（1kHz100kHz）的諧振峰發(fā)生明顯變化時(shí)，通常預(yù)示著繞 組的電感變化

48、或發(fā)生整體變形現(xiàn)象。因?yàn)轭l率較低時(shí)，繞組的對(duì)地電容及餅間電容所形成 的容抗較大，而感抗較小，如果繞組的電感發(fā)生變化，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致其頻響特性曲線低頻部 分的諧振峰頻率左右移動(dòng)。對(duì)絕大多數(shù)變壓器來(lái)說(shuō)，其三相繞組低頻段的響應(yīng)特性曲線較 為一致。如果發(fā)現(xiàn)不一致的情況，一般表明線圈整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，可能會(huì)危及運(yùn)行，應(yīng) 慎重對(duì)待，根據(jù)其它測(cè)試手段來(lái)重點(diǎn)分析判斷。b 當(dāng)頻響特性曲線中頻段 （100kHz 600kHz ）的諧振峰發(fā)生明顯變化時(shí)，通常預(yù)示 著繞組發(fā)生扭曲和鼓包等局部變形現(xiàn)象，因?yàn)樵陬l率范圍內(nèi)，繞組的分布電感和電容均發(fā) 揮作用，其頻率響應(yīng)特性具有較多的諧振峰，故而根據(jù)其各個(gè)諧振峰頻率的變化情況能夠

49、 較靈敏地反映出繞組分布電感、電容的變化情況。對(duì)于那些遭受突發(fā)短路電流沖擊的變壓 器，如果其諧振峰頻率的分布與短路沖擊前的有較大改變，例如諧振峰頻率左右移動(dòng)或諧 振峰數(shù)目減少或增多，通常可認(rèn)為繞組發(fā)生了局部變形現(xiàn)象。c 當(dāng)頻響特性曲線高頻段（ >600kHz ）的諧振峰發(fā)生明顯變化時(shí)，通常預(yù)示著繞組的 對(duì)地電容改變。因?yàn)樵诟哳l條件下，繞組的感抗增大，基本被餅間分布電路所旁路，故對(duì) 諧振峰變化的影響程度相對(duì)較低，基本以電容的影響為主。由于繞組餅間電容通常較大， 故對(duì)地電容的改變（如繞組整體位移或分接開關(guān)引線的對(duì)地距離發(fā)生變化）是造成該頻段 內(nèi)頻響特性曲線變化的主要因素。如果在中頻和高頻段頻

50、譜圖發(fā)生差異，應(yīng)具體的分析這種差異是否代表線圈引線的結(jié) 構(gòu)差異或分接開關(guān)引線長(zhǎng)短的差異，這種差異有些是變壓器設(shè)計(jì)制造中固有的。6.2.4 波形觀察為主，相關(guān)系數(shù)判斷為輔但在實(shí)際運(yùn)用中，不能死搬硬套上述標(biāo)準(zhǔn) （特別是對(duì)遭受過(guò)短路沖擊的變壓器 ），上述 標(biāo)準(zhǔn)還有待完善。如果需要確定線圈變形的詳細(xì)情況和變形的嚴(yán)重程度，則應(yīng)具體對(duì)被測(cè) 繞組頻率響應(yīng)特性曲線的變化情況進(jìn)行分析，找出波形的各種細(xì)微變化和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)慎重 分析。625綜合判斷當(dāng)分析出有變形時(shí)，應(yīng)根據(jù)這種變形發(fā)生的線圈及對(duì)線圈對(duì)絕緣的危害判斷是否需要 立即退出運(yùn)行。例如：局部的小程度的軸向壓縮或拉開變形發(fā)生在低壓繞組時(shí)，可以認(rèn)為 不會(huì)立即危害運(yùn)

51、行；而如果發(fā)生在高壓繞組，則可能會(huì)引起餅間絕緣距離不夠危及運(yùn)行安 全。又例如：某些變壓器線圈之間發(fā)生小程度偏心時(shí)，線圈之間的絕緣強(qiáng)度不夠會(huì)造成局 部放電、油色譜改變，引起瓦斯動(dòng)作等。而有些變壓器因?yàn)榫€圈間的絕緣強(qiáng)度裕度比較大， 較小程度的偏心不會(huì)危及變壓器運(yùn)行。所以變壓器線圈變形分析應(yīng)根據(jù)頻譜圖上的諧振峰的改變以及其它變壓器常規(guī)試驗(yàn)結(jié) 果、變壓器具體結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行。具體問題，具體分析，避免造成誤判，導(dǎo)致不必要的損失。目前頻譜法仍主要為定性分析用。測(cè)量低壓短路阻抗可以作為與頻響法互為補(bǔ)充的方 法。測(cè)量低壓短路阻抗可以做到定量分析，但國(guó)標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)仍以建立在繞組額定電流下的電抗測(cè)量為準(zhǔn)，缺乏可比性。

52、值得指出的是：作為一種檢測(cè)方法，它目前還不是很完善，是對(duì)目前其他已經(jīng)較為成 熟的檢測(cè)方法的一種補(bǔ)充，它不能取代其他方法。例如，油色譜發(fā)生變化，而變形測(cè)試未 發(fā)生變形，不能說(shuō)明變壓器沒有故障。有些變壓器是正在正常運(yùn)行的，檢測(cè)后發(fā)生變形， 并不一定需要立即退出運(yùn)行。6.3繞組變形程度的分類實(shí)踐表明，對(duì)繞組變形的定性判斷已能滿足變壓器運(yùn)行部門需要。因此把變形分為以 下三種：輕微變形：指存在不明顯的變形，變壓器仍可以繼續(xù)運(yùn)行，繞組不需要整修。明顯變形：指存在明顯變形，需要加強(qiáng)監(jiān)督，應(yīng)在適當(dāng)時(shí)安排檢修，再次短路或遭受 其他沖擊時(shí)應(yīng)進(jìn)行綜合測(cè)試、分析判斷乃至吊罩檢查后方可繼續(xù)運(yùn)行。嚴(yán)重變形：指因變形不得繼

53、續(xù)使用。6.4變壓器繞組變形判斷程序a. 首先對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相間比較；b. 如果相間比較不合格，應(yīng)進(jìn)行縱向比較；c. 如果a、b都不滿足，則應(yīng)檢查測(cè)試接線，確認(rèn)后再重測(cè)，測(cè)得的頻響特性曲線一般在 +40-80dB之間，如果超出此范圍，應(yīng)檢查試驗(yàn)回路是否接觸不良或斷線；d. 如果重測(cè)波形與第一次所測(cè)波形一致。在正式下結(jié)論前，應(yīng)先了解變壓器的基本情況， 若不存在下述7種情況，方可定性為變形；e. 該變壓器是否是抗短路能力較差的薄絕緣鋁線圈、 自耦變中壓繞組或分裂變壓器低壓繞 組;f. 變壓器是否發(fā)生出口或近區(qū)短路沖擊，繼電保護(hù)是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作g. 運(yùn)輸、吊裝中是否撞擊過(guò) ;h. 其他試驗(yàn)項(xiàng)目是

54、否正常，外殼是否異常 ;I. 變壓器是否是某些小廠或現(xiàn)場(chǎng)檢修的變壓器，這些變壓器可能頻響特性j. 500kV 變壓器其高壓側(cè)繞組頻響特性的一致性可能較差 ;致性較差。k. 角接繞組分開試驗(yàn)時(shí)由于內(nèi)部引線不一致，三相頻響特性曲線可能不一致2 5【例1廣 東省東堤站15主變，其型號(hào)為SFZ8-40000/110,1997年12月出廠，1997年12月 投產(chǎn)。用頻響法對(duì)1號(hào)主變進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，高壓三相繞組頻率特性曲線一致性非 常好，沒有發(fā)現(xiàn)變形現(xiàn)象；低壓a,b兩相繞組的頻率特性曲線變化一致性也較好。而c相圖譜 與a,b兩相的圖譜相比則發(fā)生了較大的變化。c相低頻處的第一個(gè)諧振峰相對(duì)于a,b相向

55、右偏 移，即在低頻處頻譜圖發(fā)生偏移，在低頻處繞組呈感性，因此頻譜圖在低頻處的變化表明 繞組的電感發(fā)生了變化，根據(jù)上述原理可以斷定繞組發(fā)生了整體性偏移，使得其電感減小。在中頻處l50kHz-250kHz段內(nèi)頻響曲線向右偏移，而中頻處的頻譜圖對(duì)餅間電容的變化很敏 感，因此可以斷定繞組局部發(fā)生變形，使餅間電容增大，導(dǎo)致頻峰向左偏移，其頻譜如圖3圖3東堤站1號(hào)變低壓繞組變腿后的圖譜頻譜測(cè)試結(jié)束后，認(rèn)為c相繞組發(fā)生了比較嚴(yán)重的變形，最后進(jìn)行了吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)c相繞組局部凹陷，且整體有位移，與從圖譜分析的結(jié)果相一致?！纠?廣東省山村變電站3號(hào)主變，其型號(hào)為SFZ7-40000/110,1995年7月投產(chǎn)。在

56、運(yùn)行 過(guò)程中，因短路使得3號(hào)主變輕、重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，3號(hào)主變兩側(cè)開關(guān)跳閘。故障后對(duì)變壓 器進(jìn)行了常規(guī)電氣試驗(yàn)項(xiàng)目檢查、本體油樣色譜分析和繞組變形測(cè)試，檢查結(jié)果為電氣試 驗(yàn)合格，未發(fā)現(xiàn)異常；本體油樣色譜分析中C,H:和C02含量升高，其它指標(biāo)含量正常；高壓繞 組變形測(cè)試圖譜正常，三相高壓繞組的頻率特性曲線的變化一致性較好，未發(fā)現(xiàn)變形現(xiàn)象;在低壓繞組頻譜圖中，b相與a,c相的低壓頻率特性曲線出現(xiàn)了小的變化（特性曲線不一致， 如圖4所示）。根據(jù)測(cè)得的頻譜圖，b相繞組相對(duì)于a ,c相在中頻處發(fā)生了偏移，同樣可以表 明b相繞組發(fā)生了局部變形。圖4 山村站3號(hào)圭兗低壓繞組亜形后的圖譜最后，該主變經(jīng)解體檢查證實(shí)，其本體受過(guò)大的系統(tǒng)短路故障沖擊，咼壓繞組三