檢測繞組及鐵心變形 位移的低電壓短路電抗法及所用儀器

1、檢測繞組及鐵心變形、位移的低電壓短路電抗法及所用儀器王登第任天保摘要：概述了用于檢測繞組和鐵心變形、位移的低電壓短路電抗法的原理，并介紹了所使用的儀器CD9882型變壓器動穩(wěn)定狀態(tài)參數(shù)測試儀的性能及應用。關鍵詞：變壓器電抗法繞組鐵心變形儀器1前言在電網(wǎng)中運行的變壓器，經(jīng)常受到各種運行條件下的短路沖擊。目前，有些國產(chǎn)大型變壓器還達不到完全適應電網(wǎng)短路事故的要求，所以，由短路沖擊造成的變壓器故障時有發(fā)生。診斷變壓器運行中承受短路電流沖擊后有無異常變化的方法有：電抗法、頻率響應法、低電壓脈沖法等。目前，有標準可依的只有電抗法。國家電力公司頒發(fā)的2000589號文件防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要

2、求（以下簡稱二十五項反措）中第15.2.5條規(guī)定：“對110KV及以上電壓等級變壓器在出廠和投產(chǎn)前應做低電壓短路阻抗測試以留原始記錄”。第15.6條又規(guī)定：“變壓器在遭受近區(qū)突發(fā)短路后，應作低電壓短路阻抗測試，并與原始記錄比較，判斷變壓器無故障后，方可投運。”國標GB1094.51985電力變壓器中，不僅規(guī)定了短路試驗方法，而且還規(guī)定了變壓器經(jīng)受短路電流沖擊的判據(jù)，規(guī)定圓形同心式繞組的變壓器在短路電流沖擊前后電抗值的變化是否大于2%作為判斷變壓器的是否要求進行解體檢查的依據(jù)。國際電工委員會在新標準IEC 600765：2000中對使用電抗法判斷變壓器繞組位移、變形作了推薦和規(guī)范。由此可見，用低

3、電壓短路電抗法判斷變壓器受短路電流沖擊后是否發(fā)生故障長期以來是在電力系統(tǒng)運行和維護中被認可的，并被各級電力管理部門列入相關規(guī)定的可靠方法。2低電壓短路電抗法原理變壓器短路阻抗是當負載阻抗為零時變壓器內部的等效阻抗。短路阻抗的電抗分量，一般可認為即是變壓器繞組的漏電抗。繞組的漏電抗包含橫向漏電抗和縱向漏電抗兩部分，但無論是橫向漏電抗還是縱向漏電抗，其電抗值都是由繞組的幾何尺寸所決定的。對一臺變壓器而言，當繞組變形、幾何尺寸發(fā)生變化時，其短路電抗值也發(fā)生變化。如果運行中的變壓器受到短路電流的沖擊，為了檢查其繞組是否變形，就可將變壓器受短路沖擊后的短路電抗值與變壓器出廠時的短路電抗值進行比較，根據(jù)其

4、變化程度判斷變壓器是否發(fā)生繞組、鐵心變形、位移及其故障程度1。因為短路阻抗值近似于短路電抗值，也可用短路阻抗法來判斷。3用于實現(xiàn)低電壓短路電抗法測量繞組、鐵心變形、位移的儀器3.1儀器簡介依據(jù)低電壓短路電抗法測量變壓器繞組、鐵心變形位移的原理及國標GB1094.5-1985和IEC標準的有關規(guī)定，我廠科技人員采用最新測試技術及手段，吸取發(fā)達國家先進的變壓器檢測經(jīng)驗，研制成“CD9882型變壓器動穩(wěn)定狀態(tài)參數(shù)測試儀”（以下簡稱CD9882測試儀）。它可在低電壓下實測變壓器短路阻抗、短路電抗、空載損耗、空載電流等參數(shù)。用戶可通過歷次測得值的縱向比較和各單相之間的橫向互比，診斷出變壓器承受短路電流沖

5、擊后的動穩(wěn)定狀態(tài)有無劣化（繞組變形、位移和鐵心松動、位移）趨勢和劣化程度，并依此評估變壓器運行可靠性，進而判斷變壓器是否需要進行芯體檢修或更新，確保電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行。3.2儀器的基本工作原理為了提高儀器在現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)的準確性和復驗性，測量電路采用了模擬電路與數(shù)字電路相結合的工作原理，數(shù)據(jù)傳遞及數(shù)據(jù)處理參見圖1。圖1 儀器的基本工作原理框圖電壓輸入回路和電流輸入回路采用了高精度零磁通互感器，其優(yōu)點是精度高、線性好、體積小、電壓測量范圍達到3050V，電流測量范圍達到了0.0360A。電壓和電流真方均根值測量電路能在波形發(fā)生嚴重畸變情況下準確測量，可確保電壓、電流基準量的高精度測量。低功率因

6、數(shù)功率測量電路的設計借鑒了0.02級低功率計（進口儀表）測量原理，其測量值的準確性和穩(wěn)定性屬國內領先水平。數(shù)據(jù)采樣保持電路能使電壓、電流、功率信號同時采集并保存，可大大提高測量數(shù)據(jù)的離散性。數(shù)字電路與模擬電路相結合測試，提高了測試精度，達到智能化測試。3.3儀表的基本測試項目及性能3.3.1測試項目3.3.1.1可用三相法同時測取，并自動顯示和記錄以下10個量值（1）三相電壓：Ua，Ub，Uc （2）Ia，Ib，Ic （3）三相功率： Pa，Pb，Pc （4）電源頻率：f3.3.1.2可自動計算后顯示和記錄以下量值（1）相平均電壓：Un （2）三相平均電流：In（3）三相的分相功率因數(shù)：cos

7、a， cosb， cosc（4）三相總功率：P3.3.1.3可用三相法測取（各單相值和三相平均值或三相總和值），并能自動換算到額定或約定條件下進行顯示和記錄變壓器的下列動穩(wěn)定狀態(tài)參數(shù)（1）載電流：Ios （2）空載損耗：Pos （3）空載等值阻抗：Zos （4）短路電抗：Ux （5）短路阻抗：Zx可用單相法分別測取、換算、顯示、記錄變壓器各單相的動穩(wěn)定狀態(tài)參數(shù)值，測試項目與3.1.1.1相同。3.3.2量程范圍3.3.2.1基本量程電壓：30500V 頻率：4565Hz 電流：0.0360A 功率因數(shù)：0.031.03.3.2.2擴充量程電壓、電流可通過電壓互感器（PT）和電流互感器（CT）擴

8、充到所需的任意值，對其它各測試量，本儀器能按互感器的倍率自動地相應擴大。3.3.3測量準確度（在標準條件下）電壓（真有效值）：0.2級 電流（真有效值）：0.2級頻率： 0.1級 阻抗電壓： 0.2級短路阻抗：0.2級 短路電抗：0.2級損耗：cos0.5時,0.2級0.5>cos0.2時，0.5級 0.2>cos0.03時，1.0級功率因數(shù)：同損耗3.3.4測量復驗性在±0.2%以內儀器可直接用220V/380V作為試驗電源。該儀器測試量限寬，無需外配互感器。其測量方法簡便、快速。由于該儀器配有專用診斷軟件，可自動生成測試報告，又是一種便攜式智能儀器，因此特別適用于現(xiàn)場

9、測試。4CD9882型變壓器動穩(wěn)定狀態(tài)參數(shù)測試儀的使用兩年多來，本儀器在西安、沈陽、保定、長沙等變壓器制造廠、研究所及甘肅、江蘇、湖南、河北、山東、遼寧、吉林、山西、陜西、寧夏等地的電力系統(tǒng)廣泛試用，實測了10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV的變壓器百余臺次，均獲得滿意的效果，完全達到國標GB1094.5-1985中規(guī)定的“所有電抗測量達到的復驗性應在±0.2%以內”，并檢出了多臺動穩(wěn)定狀態(tài)劣化的變壓器。4.1該儀器對故障變壓器檢測判斷準確2001年7月甘肅省中試所高壓室使用該儀器對已經(jīng)出現(xiàn)故障的一臺變壓器作了復測，現(xiàn)將測試實例介紹如下：【例1】 甘肅電

10、石廠1號SFSZ9-40000/110變壓器額定容量：40/40/20kVA 額定電壓：110±8×1.5%/35±5%/10.5KV1998年3月該產(chǎn)品在正常運行中A、C相差動保護，重瓦斯保護動作，變壓器退出運行。為了找出故障原因，使用CD9882測試儀在現(xiàn)場進行測試，其方法如下：1、用低電壓短路電抗法進行繞組測試（現(xiàn)場試驗電源是235V），實測出高一低Uk值為16.486%，與銘牌Uke=17.5%值相比，誤差為-5.731%；進一步實測A、B、C相短路電抗值，其值分別為41.56、49.07、49.30，A相電抗值與B、C相電抗值偏差約為18.62%。三相短

11、路阻抗值及單相短路電抗值與銘牌值相比誤差均已超出5%。2、用低電壓（231V）進行鐵心測試時，發(fā)現(xiàn)10KV繞組中A相電流與B、C相電流相比成百倍增大。結論：該變壓器經(jīng)由省中試所診斷，發(fā)現(xiàn)為A相繞組嚴重燒壞，鐵心也發(fā)生移動。已經(jīng)確定解體大修。經(jīng)使用CD9882測試儀重復測試，測試結果一致。因此，可證明該儀器技術性能達到了預期要求。4.2該儀器在低電壓條件下可準確測量二十五項反措中對低電壓法作了優(yōu)先推薦，經(jīng)過兩年多時間，我們應用低電壓法做了上百次試驗，取得了可貴的經(jīng)驗，并成功地用電壓220V/380V的試驗電源進行了測試。該方法的試驗成功，使低電壓短路電抗法在實際工作中的推廣應用成為可能。下面介紹

12、在變壓器廠及變電站現(xiàn)場的測試實例?！纠?】OSFPZ8150000/330變壓器額定容量：50/150/50MVA額定電壓345±8×1.25%/121/11KV制造廠家：西變廠測試地點：西安變壓器廠試驗中心測試結果：見表1表1 OSFPZ8150 000/330變壓器測試結果繞組開關位置奧地利造標準測試臺(D6100功率分析儀)CD9882測試儀相對誤差試驗電壓/kVUk1/%試驗電壓/VUK2/%高一中123.31611.84222.6311.7880.44高一中1017.45210.09223.04910.0620.27高一中1914.5959.23222.7159.

13、3390.2高一低1017.92625.73223.30025.6510.3【例3】SZ1050000/100變壓器額定電壓：110kV額定容量：50MkVA制造廠家：西門子公司測試地點：蘭州供電局段家灘變電站測試結果：見表2表2 SZ10-50 000/110變壓器測試結果繞組開關位置銘牌Uke值/%試驗電壓/V實測UK/%相對誤差高一低高14.03228.7514.000.21高一低中13.39228.9713.340.37高一低低12.92228.2312.890.21以上兩例是在變壓器廠和變電站內用不同低電壓測試的實例，測試結果充分證實了該儀器在低電壓條件下測試的準確性。4.3測量數(shù)據(jù)

14、的重復性完全達到國標要求測量數(shù)據(jù)的復驗性是測試的主要技術指標。該測試儀無論是在標準測試臺檢測，還是在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境情況下，測得的短路電抗值Ux均已達到了離散不大于±0.2%的要求。歷經(jīng)兩年多使用，通過實測數(shù)百臺變壓器數(shù)據(jù)證實，儀器的測量數(shù)據(jù)復驗性完全達到了國標要求。某電力公司使用CD9882測試儀作為標準儀器，對新制造的變壓器進行測試驗收。這兩臺變壓器型號為OSFPZ8150 000/330GY，編號分別為、，測試結果見表3、表4。表3 制造廠在額定條件下試驗的測試值調壓開關榿位在額定條件下測試值Uk/%2臺產(chǎn)品Uk/%相對誤差111.6211.650.269b10.09.990.1

15、0178.868.820.54表4 用CD9882在低電壓下試驗的測試值調壓開關榿位在低電壓測試值Uk/%2臺產(chǎn)品Uk/%相對誤差111.6111.650.359b9.719.730.21178.798.810.23面對不同的測試結果，由監(jiān)造人員組織了再次復測，復測結果是CD9882測試儀復驗性在±0.2%之內，測試值準確可靠。此例證實了CD9882測試儀的測量準確性，可為繼電保護整定值計算提供可靠數(shù)據(jù)。5結論依據(jù)低電壓短路電抗法測變壓器繞組、鐵心變形位移的基本原理開發(fā)研制的CD9882型變壓器動穩(wěn)狀態(tài)參數(shù)測試儀，經(jīng)過兩年多、上百臺次的測試試驗證明，該儀器測量準確度達0.2%，測量數(shù)

16、據(jù)可靠，判斷變壓器故障準確，儀器的測量數(shù)據(jù)重復性完全符合國家標準要求。該儀器性能優(yōu)良，可在波形嚴重畸形條件下，在低電壓條件下現(xiàn)場快速測量、診斷，并配有專用軟件自動生成測試報告，極大地方便了用戶，是一種可靠的變壓器測試儀器。該儀器的試制成功，使低電壓短路電抗法測試變壓器動穩(wěn)定參數(shù)在現(xiàn)場的使用具有了普及和推廣的價值，為檢測診斷變壓器繞組變形及鐵心位移提供了一項有效的測試手段。參考文獻曾剛遠.測量短路電抗是判斷變壓器繞組變形的有效方法J.變壓器，（35）8:1317作者簡介王登第（1958-），男，陜西岐山人，甘肅省天水長城電力儀器設備廠高級工程師，長期從事變壓器檢測儀器的開發(fā)、設計。任天保男，山西

17、仿山人，甘肅省天水長城電力儀器廠高級工程師，從事儀器開發(fā)、設計。測量短路電抗是判斷變壓器繞組變形的有效方法曾剛遠摘要：從理論和實踐的結合上闡述了測量短路電抗可以判斷變壓器繞組是否變形的道理，分析了三相變壓器不同聯(lián)結組短路阻抗的測量計算方法，介紹了測量儀器的選擇和使用注意事項。關鍵詞：變壓器 繞組 變形 短路電抗 測量1變壓器短路阻抗與繞組結構的關系變壓器短路阻抗是當負載阻抗為零時，變壓器內部的等效阻抗。短路阻抗的電抗分量，即短路電抗，就是繞組的漏電抗。由變壓器的理論分析可知，變壓器繞組的漏電抗由縱向漏電抗和橫向漏電抗兩部分組成。一般情況下，橫向漏電抗比縱向漏電抗兩部分組成。一般情況下，橫向漏電

18、抗比縱向漏電抗小得多。無論是橫向漏電抗，還是縱向漏電抗，其電抗值都是由繞組的幾何尺寸所決定的。也就是說，在工作頻率一定的情況下，變壓器的短路電抗是由繞組的結構所決定的1，其可由短路阻抗求出。對于一臺變壓器而言，當繞組變形、幾何尺寸發(fā)生變化時，其短路電抗值也要變化。反之，如果運行中的變壓器受到了短路電流的沖擊，為了檢查其繞組是否變形，可將短路前后的短路電抗值加以比較來判斷。如果短路后的短路電抗值變化很小，則可認為繞組沒有變形；如果變化較大，則可認為繞組有顯著變形。所以，有關標準規(guī)定，變壓器在進行短路試驗前后，都要求測量每一相的短路阻抗，并把試驗前后所測量的電抗值加以比較，根據(jù)其變化的程度，作為判

19、斷被試變壓器是否合格的重要依據(jù)之一。近年來，先后有66臺油浸式變壓器在國家變壓器質檢中心強電流試驗室進行了短路試驗。在短路試驗前后，對被試變壓器的每一相短路阻抗都進行了測量。有55臺變壓器的短路電抗值，在短路試驗后變化很小，與短路試驗前比較相差不到2%。吊心檢查也沒有發(fā)現(xiàn)繞組、連接線和支撐件結構的明顯位移、變形或放電痕跡。重復進行例行試驗，各項指標符合標準要求。說明這55臺變壓器經(jīng)短路試驗合格。另有11臺變壓器短路試驗后的短路電抗比試驗前相差2%以上，最大的相差71%。吊心檢查發(fā)現(xiàn)，這11臺變壓器的繞組、連接線和支撐件均有不同程度的位移和變形，詳細情況如統(tǒng)計表所示。理論和實踐都說明，測量短路電

20、抗是判斷變壓器繞組變形的一種有效方法。2短路阻抗的測量方法由前面的分析可見，變壓器的短路阻抗是一個很重要的參數(shù)。因此，必須掌握短路阻抗的正確測量方法，使測量所得的數(shù)據(jù)據(jù)準確可靠。三相變壓器短路阻抗的測量方法與變壓器的聯(lián)結組有關。聯(lián)結組不同，測量方法也不同?，F(xiàn)將常見的雙繞組三相變壓器不同聯(lián)結組的短路阻抗測量方法介紹如下，而三繞組三相變壓器的短路阻抗的測量在雙繞組的基礎上稍加改動即可，故不作介紹。2.1YN yn、YN d聯(lián)結組 這兩種聯(lián)結組的測量方法比較簡單。測量時，先將二次側的a、b、c、o（Ynyn聯(lián)結）或a、b、c（Ynd聯(lián)結）短接，分別測量一次側AO、BO、CO各相的短路阻抗，測量儀器所

21、顯示的阻抗值就是一次側各相的短路阻抗值。ZAO=RAO+jXAO ZBO=RBO+JxBO ZCO=RCO+jXCO2.2Yyn、Yy、Yd聯(lián)結組因為這三種聯(lián)結組的一次側中性點沒有引出，所以不能直接測量每一相的短路阻抗，只能測量兩相之間串聯(lián)的短路阻抗，爾后用公式計算每一相的短路阻抗。具體方法如下：首先，將二次側的a、b、c短接，然后分別測量一次側的AB、BC、AC之間的短路阻抗：ZAB=RAB+jXAB ZBC=RBC+JxBc ZAC=RAC+jXAC由此求得一次側每一相的短路阻抗：2.3Dyn、Dd聯(lián)結組這兩種聯(lián)結組的一次側各相繞組相互串聯(lián)，彼此不能獨立存在。為便于求得每一相繞組的短路阻抗

22、，可以測量兩相繞組并聯(lián)的等效短路阻抗，然后用公式計算求得每一相的短路阻抗。具體方法如下：首先，將二次側的a、b、c、o（Dyn聯(lián)結）或a、b、c（Dd聯(lián)結）短接。然后短接AB，測量BC、AC兩相的并聯(lián)阻抗。再短路AC，測量AB、BC兩相的并聯(lián)阻抗。最后短接BC，測量AB、AC兩相的并聯(lián)阻抗。由此得到以下三組測量值：（1）ZA-BC=RA-BC+jXA-BC (短接BC)ZB-AC=RB-AC+jxB-AC (短接AC) ZC-AB=RC-AB+jxC-AB (短接AB)阻抗Z的模數(shù)如下式： （2） 油浸式變壓器短路試驗后短路電抗變化和繞組變形情況統(tǒng)計表序號被試品主要參數(shù)試 驗日 期短 路 電

23、抗 測 量 值吊心檢查情況高壓/kv 低壓/kv容量/kVA相序試前X1/試后X2/110/0.4630A7.156.55-8.4A、B、C相繞組各旋轉10°、15°、30°，墊塊脫落，三相繞組變形，低壓引線變形彎曲B8.057.65-5C7.957.45-6.321./0.4315A11.4515.22533A、B相繞組上、下端部和匝間絕緣脹開，兩相繞組嚴重變形、移位B12.1517.62545C12.0511.775-2.3310/0.41000A4.05未測短路試驗時，油箱底對地放電，儲油柜排氣孔噴油。吊心檢查，C相繞組全部松散、損壞嚴重B4.11未測C3.

24、95未測410/0.4315A12.27512.2750B相繞組向A相方向位移15 mm,A、B相繞組緊貼在一起。B相繞組上下墊塊向外突出15mmB12.37512.9354.5C11.97512.0250.42510/0.4200A17.32525.02544三相繞組上端部絕緣包扎全部脫開，導線外露，B、C相墊塊向外突出，C相繞組位移10mmB17.97530.77571C17.92526.0754561000/0.41000A4.45.1817.7A相繞組扭曲，上端偏離B相，下端靠近B相，導線絕緣破裂，端絕緣損壞嚴重B4.244.2-0.94C4.374.410.92710/0.41000

25、A3.93未測短路試驗時，低壓中性點對地放電。吊心檢查發(fā)現(xiàn)，三相繞組嚴重變形、損壞。C相高壓繞組開路，低壓繞組對地短路B3.76未測C3.94未測810/0.41000A3.964.0251.6B相繞組位移10mm，低壓繞組下串30mm，低壓墊塊脫落B3.914.49515C3.913.865-1.1910/0.41000A4.0754.090.36B相墊塊掊落，低壓繞組下移B4.0354.183.6C4.2154.230.361010/0.41250A3.113.161.6C相高壓繞組位移10mm，下端絕緣變形彎曲10mmB2.932.930C3.033.12.31110/0.41000A4

26、.3954.4050.2三相墊塊向外突出位移10mm左右，相間絕緣壓板彎曲，低壓引線變形。B相低壓繞組變形嚴重B4.255.32525C4.4154.365-1.1將測量所得的等效短路阻抗變?yōu)橄鄳牡刃Ъ{值2：（3）計算每一相的導納：因為（4） 所以（5）（6） 每一相導納的倒數(shù)即為短路阻抗：（7）因此將式（1）的值代入式（3），再將式（3）的值代溝入式（6），最后將式（6）的值代入式（7）就可求得AB、BC、AC各相的短路阻抗。其電阻分量和電抗分量如以下兩式所示：（9）（8）3測量儀器的選擇根據(jù)測量短路阻抗的技術要求，正確選擇測量儀器是保證測量短路阻抗所得數(shù)據(jù)是否準確的前提條件?，F(xiàn)將短路阻

27、抗測量儀器的選擇方法介紹如下：3.1儀器的測量功能短路阻抗包括短路電阻和短路電抗兩部分，其中短路電抗的變化范圍是判斷繞組是否變形的重要依據(jù)。因此，在測量短路阻抗時，測量儀器應同時測量、顯示短路電阻和短路電抗兩個數(shù)值。3.2儀器的測量范圍由于變壓器的短路阻抗與變壓器的電壓等級、容量和阻抗電壓有關，各種型號的變壓器的短路阻抗值相差很大，最小值約為數(shù)歐姆，最大值約為數(shù)千歐姆。因此，用測量儀器測量的電阻和電抗的范圍應為110k。3.3儀器的測量誤差有關標準規(guī)定，測量短路阻抗的重復性不超過0.2%3。也就是說,等精度測量的標準偏差=0.2%。而等精度測量的極限誤差是標準偏差的3倍4。若用極表示測量的極限誤差