变压器绕组变形试验PPT推荐.ppt

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常规方法（如测量变比、直阻和电容）诊断变压器绕组是否发生变形是困难的，因其灵敏度太低。

吊罩检查除了需花费大量人力、物力、财力外，对判断内侧绕组有无变形也是困难的。

作为绕组变形测试方法，主要有阻抗法、低压脉冲法及频率响应法三种。

2.绕组变形测量方法,2.1阻抗法其原理是通过测量变压器绕组在50Hz下的阻抗或漏抗，由阻抗或漏抗值的变化来判断变压器绕组是否发生了危及运行的变形、匝间短路、开路、线圈位移等。

国标和IEC标准都规定了额定电流下阻抗变化的限值，IEC建议超过3%为异常，国标认为根据线圈结构的不同取2%4%。

阻抗法实施简单，又有标准可循，不失为一种与频响法互补的手段，尤其是对大量的中、低压等级的变压器。

2.绕组变形测量方法,2.2低压脉冲法低压脉冲法测试原理如图所示：

2.绕组变形测量方法,低压脉冲法的测试原理图,在变压器绕组的一端对地加入标准脉冲电压信号（100V），利用数字化记录设备同时测量绕组两端的对地电压信号Vo（t）和Vi（t），并进行相应的处理，最终得到该变压器绕组的传递函数h（t）或H（j），即：

h（t）=Vo（t）/Vi（t）h（j）=Vo（j）/Vi（j）然后根据传递函数波形变化来判断变压器绕组变形。

2.绕组变形测量方法,最早提出并使用低压脉冲法（LVI）的国家是波兰（1966年），此后英国和美国又对其进行了改进，其主要用途是确定变压器是否通过短路试验，现已被列入IEEE电力变压器短路试验导则和测试标准。

低压脉冲法克服了阻抗法灵敏度不高的缺点，能检出绕组23mm的弯曲变形。

然而，由于低压脉冲法（LVI）采用的是时域脉冲分析技术，在现场使用时抗干扰能力差，双屏蔽电缆和接地线排列方式、周围物体等均对测试结果有影响。

另外易受灵敏度校正过程的影响，需要使用一个特殊结构和精细调整的测试系统，以消除脉冲传递过程中的折反射问题和脉冲信号源的不稳定性问题，故现场使用往往重复性不好。

2.绕组变形测量方法,2.3频率响应法频率响应法的测试原理如图2.2所示。

2.绕组变形测量方法,频率响应法的测试原理图,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）=20logVo（n）/Vi（n）,传统的高压测试技术一般讲究定量分析，并在确定量的基础上作出判断，这对单一参量的测试非常有效。

然而，在技术发展到能测试多种参量的复合信息时，确定量的分析变得困难。

频响测量技术的出现代表了这样的方向。

频率响应法（FRA）能够在变压器不吊罩的情况下快速检测出相当于短路阻抗变化0.2%和轴向尺寸变化0.3%的绕组变形现象。

与低压脉冲法（LVI）相比，由于FRA法采用了先进的扫频测量技术，所测量的均是幅值较高、频率预先已知且低于1MHz的正弦波信号，便于用数字处理技术消除干扰信号的影响，信号传播过程中的折反射问题也容易得到解决，故具有较强的抗干扰能力，测量结果的重复性也易于得到保证。

2.绕组变形测量方法,3.1变压器线圈的等值电路变压器线圈一般都设计为饼式结构，其目的是为了绝缘和耐压考虑的，同时各饼之间都有间隙，便于散热，各线圈饼对地及对其它相、其它电压等级线圈都有一个临近电容，线圈自然也有电感。

另外套管还有对地电容，引线及接头对地也有电容，所有这些按其所在结构的位置，都有其所代表的结构参数，所以按其结构，可以构成一个变压器的线圈在进行测试时的一个等值电路。

当频率超过1kHz时，变压器的铁心基本不起作用。

3.频率响应法原理,每个绕组均可视为一个由电阻、电容、电感等分布参数构成的无源线性双端口网络，并且忽略绕组的电阻（通常很小），则绕组的等效网络如下页图表示:

3.频率响应法原理,其中：

Cg为绕组对地电容；

Cb为套管对地电容；

Ls为线圈电感；

Rs为扫频信号输出电阻；

R为匹配电阻。

图1变压器绕组的等值电路图,3.频率响应法原理,Vi为扫频输入信号，Vo为响应输出信号，它实际上代表流经Ro的电流，则Vo/Vi的比值就代表了一种电抗的变化。

如果绕组发生了轴向、径向尺寸变化等变形现象，势必会改变网络的Ls、Cs、Cg等分布参数，导致其传递函数H（j）的零点和极点分布发生变化。

因此，变压器绕组的变形是可以通过比较变压器绕组的频率响应来诊断的。

3.频率响应法原理,变压器设计时，是不会允许在50Hz以及附近频率处产生谐振的，所以在低频段，线圈是感性的。

由于变压器油的介电常数与油温有一定的关系，所以用三相绕组之间在同一油温下图谱的比较，更容易判断，以免由于温度改变而产生判断上的失误。

电力变压器绕组的传递函数H（j）主要取决于其内部电感、电容分布等参数。

大量试验研究结果表明，变压器绕组的频率相应特性通常具有如下特征：

3.频率响应法原理,a当频率低于100kHz时，其频率响应特性主要由线圈的电感所决定，谐振点通常很少，对分布电容的变化较不敏感；

b当频率超过1MHz时，绕组的电感又被分布电路所旁路，谐振点也会相应减少，对电感的变化较不敏感，而且随著频率的提高，测试回路（引线）的杂散电容也会对测试结果造成明显影响；

c在100kHz1MHz的范围内，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点，能够灵敏的反映出绕组电感、电容的变化情况。

3.频率响应法原理,3.2绕组变形种类以及变形在等值电路中的等效分析整体变形一般不改变线圈的电感量和饼间电容，只改变线圈对地电容。

所以其频谱图上各谐振点都存在，只是都向高频方向平移。

另外在受电动力时，如有几根撑条受力移动位置或脱落，在受力消失后，则在原来的压紧力的作用下向一边偏心，同时由于电动力造成内线圈收缩或外线圈扩张，高低压线圈之间的距离改变，对地电容减小，使谐振频率均向高频方向移动。

谐振频率的改变量在较小的变化时与变形量成正比。

3.频率响应法原理,局部变形是指线圈的总高度未发生改变，或等效直径和线圈厚度尚未出向大面积的改变；

只是部分线圈的尺寸分布均匀度改变，或部分线饼出现小程度等效直径的改变，线圈的总电感基本不变，所以故障相和非故障相的频谱曲线在低频段的第一个谐振峰点处将重合，随着部分变形面积的大小，对应的后续几个谐振峰将发生位移。

3.频率响应法原理,

（1）.DL/T9112004电力变压器绕组变形的频率响应分析法

（2）GB501502006电气装置安装工程电气设备交接试验标准7.012规定对于35kV及以下电压等级变压器，宜采用低压短路阻抗法；

对于66kV及以上电压等级变压器，宜采用频率响应法测量绕组特征图谱（3）Q/CSG100072004电力设备预防性试验规程110kV及以上：

1）6年2）更换绕组3）必要时（如发生短路后）,4.试验标准及周期,可靠的测试是变压器绕组变形判断的基础。

尽管频率响应法是一种高灵敏度的绕组变形诊断方法，能够检测出微弱的绕组变形现象，且基本不受外界杂散干扰信号的影响，但由于测试回路中任何电气参数的改变都会灵敏地在频响特性中反映出来，故在测试过程中应注意以下几个方面的问题，以获得较好的使用效果。

5.现场试验注意事项,5.1对测试环境的要求如果变压器绕组中存在静电电荷，一方面将对频率响应特性产生影响，有时甚至无法保证前后两次测试结果的重复性；

另一方面可能损坏测试仪器。

因此，试验前应将被试变压器线端充分放电。

并最好安排在所有直流试验项目（如绕组直流电阻试验、泄漏电流试验）之前进行绕组变形测试工作。

5.现场试验注意事项,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绕组变形测试应在解开变压器所有引线（包括架空线、封闭母线和电缆）的前提下进行。

变压器引线的对地杂散电容往往是不固定的，三相之间也不会完全平衡，引线杂散电容将改变频响特性曲线。

为保证测试结果的重复性，得出精确的诊断结果，应拆除所有与被试变压器套管连接的引线，并使这些引线尽可能的远离变压器套管（周围接地体和金属悬浮物需离开变压器套管20cm以上），以减少杂散电容的影响。

尤其是与封闭母线连接的变压器。

5.现场试验注意事项,5.2.2对分接位置的要求绕组的频率响应特性与分接开关位置有关，分接开关的位置不同时，频谱图有较大的区别。

测试时必须正确记录分接开关的位置。

应尽可能将被试变压器的分接开关放置在第一分接，以获取较全面的绕组信息，特别对有载调压变压器。

对于无载调压变压器，应保证每次测量在同一分接位置，便于比较。

5.现场试验注意事项,5.2.3对接地的要求测量过程中接地非常重要，它除了保护仪器设备外，主要是使高频电流的流向必须正确，否则测量结果将无法一致。

变压器铁心必须与外壳可靠接地。

测试仪外壳、测量阻抗外壳必须与变压器外壳可靠接地。

如果接触不良，频率响应曲线有可能出现毛刺等异常现象。

5.现场试验注意事项,5.3测试接线方式5.3.1常用接线方式DL/T9112004电力变压器绕组变形的频率响应分析法规定：

按照图示的方式选定信号的激励（输入）端和响应（检测）端，以便日后对检测结果进行标准化管理。

5.现场试验注意事项,变压器的几种常用检测接线方式,5.3.2套管末屏取信号的问题220kV及以上（特别是500kV）变压器的套管很高，给接线带来一定的困难。

由于变压器套管是一无感电容，信号取自套管末屏相当于在变压器绕组上串联一个电容，如下页图所示。

这种接线方式同套管首端取信号方式相比，频响曲线波形规律完全一致，只是幅值衰减增大了310分贝，即将原曲线向上平移了一段距离。

因此前后两次用相同接线方式时，一般不影响判断及灵敏度。

5.现场试验注意事项,套管末屏取信号的等值电路,5.3.3其它注意事项应保证测量阻抗的接线钳与套管线夹紧密接触。

如果套管线夹上有导电膏或锈迹，必须使用砂布或干燥的棉布擦拭干净。

5.现场试验注意事项,6.绕组变形波形分析,虽然目前绕组变形的频率响应分析法有了专门的电力行业标准DL/T9112004电力变压器绕组变形的频率响应分析法，它的形成主要来源于对物理现象的直觉分析和现场的经验积累，但是由于电力变压器发生故障是少数，标准中相关系数的判断边界还不完善，一方面需要在长期的实践中积累判断经验，另一方面，要加快变压器绕组的理论频响模型的研究。

6.绕组变形波形分析,6.1频率响应图谱的特征6.1.1差异是绝对的从微观的角度看，变压器由于型号、容量、电压等级、线圈绕法、绕组结构、位置和引线等的不同，不同绕组的频谱图肯定不同，且有的存在较大的差异，就算是同一厂家生产的也一样。

这一方面说明频响法的灵敏度高，另一方面，使得频谱特征归类不容易。

国产和进口变压器，由于结构设计上有一定的差异，频谱有较明显的差别。

6.绕组变形波形分析,6.1.2具有相对的一致性从宏观的角度看，对于制造工艺良好的同一台变压器，其同一侧三相绕组的结构基本是一致的，测得的频响特性曲线通常具有一定的可比性，特别是对没有分接开关的低压绕组。

这是进行变形诊断的基础。

6.绕组变形波形分析,6.1.3低压绕组的一致性较好低压线圈多为连续式绕组，匝数少，结构简单，阻抗小，无分接绕组，因此工艺上三相易做到一致，频响曲线干扰毛刺少，三相频谱曲线一致性较好。

高、中压绕组则多为饼式或纠结式，匝数多，阻抗大，大多带有分接绕组，结构复杂，反映在频谱曲线上，响应较小，毛刺多，相与相之间的一致性较差。

6.绕组变形波形分析,6.1.4三相变压器的一致性较好三相变压器特征图谱上相与相之间的一致性比单相变压器好。

另外，从绕组的特征图谱上谐振峰的分布情况，可以判断变压器绕组的防陡波特性，为改善变压器绕组的绝缘设计提供依据。

从整体上看，如果一个绕组的频谱曲线上谐振峰少，比较平坦，则说明一旦陡波（如雷电波，操作波）侵入绕组后，绕组内部发生谐振的可能性小。

因此，危害绕组绝缘的电位分布发生的可能性小，说明设计合理。

另一方面，如果谐振峰上升很快，说明绕组的阻抗函数存在高阶极点，绕组对陡波的响应快，易损坏。

6.绕组变形波形分析,6.2变形测试的判断并非所有的变形都会立即危及到变压器的安全运行。

因此，就有必要对变形发生的部位、程度和种类进行仔细的分析和判断，从而为维修决策提供依据。

低压绕组为主，高、中压绕组为辅横向比较为主，纵向比较为辅低频段为主，中、高频段为辅波形观察为主，相关系数判断为辅,6.绕组变形波形分析,6.2.1低压绕组为主，高、中压绕组为辅实际上，低压绕组发生短路故障的几率要比高、中压绕组高的多。

因此，对于大型变压器而言，低压绕组的频谱是判断变形的重要特征图谱。

无论是相与相之间的横向比较，还是与上次（或原始值）的纵向比较，低压绕组的特征频谱是主要依据。

在分析高、中压绕组的频谱时，应仔细判断频峰的特征。

值得指出的是，各绕组之间的变形会相互影响，这是因为线圈的压缩或膨胀会明显的改变另一侧线圈的电气分布参数，甚至连带变形。

所以，需综合各侧线圈的频谱变化，作出全面的分析和判断。

6.绕组变形波形分析,6.2.2横向比较为主，纵向比较为辅由于横向比较的曲线测试条件、接线方式基本一致，因此应优先考虑进行相与相之间的横向比较，再进行与原始数据或上次数据的纵向比较。

另外，应优先考虑与原始数据的纵向比较。

在没有原始数据的情况下，横向比较时有时需要考虑特殊结构对频响特性曲线影响。

6.绕组变形波形分析,例如对于那些带有平衡绕组的变压器，受平衡绕组的不对称性（通常位于低压绕组的内侧，且以开口三角形的方式联接）的影响，测得的三相绕组的频响特性往往有较大的差异。

因此，在没有原始测试数据结果，单纯根据三相绕组间频响特性的差异来判断特殊结构变压器的绕组变形时，往往具有一定的局限性。

如果测得的频响特性三相一致性较好，通常可得出较为明确的诊断结果，即可以认为变压器绕组没有发生明显的变形现象。

但如果测得的频响特性一致性较差，或者仅有其中两相的频响特性较为一致，则有可能得出错误的诊断结果，即把正常的变压器绕组判断为变形。

6.绕组变形波形分析,6.2.3低频段为主，中、高频段为辅从等值电路上可知，频率响应的频率范围各有所代表。

（a）当频响特性曲线低频段（1kHz100kHz）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间电容所形成的容抗较大，而感抗较小，如果绕组的电感发生变化，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重点分析判断。

6.绕组变形波形分析,（b）当频响特性曲线中频段（100kHz600kHz）的谐振峰发生明显变化时，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。

6.绕组变形波形分析,（c）当频响特性曲线高频段（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。

如果在中频和高频段频谱图发生差异，应具体的分析这种差异是否代表线圈引线的结构差异或分接开关引线长短的差异，这种差异有些是变压器设计制造中固有的。

6.绕组变形波形分析,6.2.4波形观察为主，相关系数判断为辅但在实际运用中，不能死搬硬套上述标准（特别是对遭受过短路冲击的变压器），上述标准还有待完善。

如果需要确定线圈变形的详细情况和变形的严重程度，则应具体对被测绕组频率响应特性曲线的变化情况进行分析，找出波形的各种细微变化和发展趋势来慎重分析。

6.绕组变形波形分析,6.2.5综合判断变压器线圈变形分析应根据频谱图上的谐振峰的改变以及其它变压器常规试验结果、变压器具体结构来进行。

具体问题具体分析，避免造成误判，导致不必要的损失。

目前频谱法仍主要为定性分析用。

测量低压短路阻抗可以作为与频响法互为补充的方法。

测量低压短路阻抗可以做到定量分析，但国标和IEC标准仍以建立在绕组额定电流下的电抗测量为准，缺乏可比性。

6.绕组变形波形分析,6.3变压器绕组变形判断程序a.首先对测试结果进行相间比较;

b.如果相间比较不合格，应进行纵向比较；

c.如果a、b都不满足，则应检查测试接线，确认后再重测，测得的频响特性曲线一般在+40-80dB之间，如果超出此范围，应检查试验回路是否接触不良或断线；

d.如果重测波形与第一次所测波形一致。

在正式下结论前，应先了解变压器的基本情况，若不存在下述7种情况，方可定性为变形；

6.绕组变形波形分析,e.该变压器是否是抗短路能力较差的薄绝缘铝线圈、自耦变中压绕组或分裂变压器低压绕组;

f.变压器是否发生出口或近区短路冲击，继电保护是否在规定时间内动作;

g.运输、吊装中是否撞击过;

h.其他试验项目是否正常，外壳是否异常;

I.变压器是否是某些小厂或现场检修的变压器，这些变压器可能频响特性一致性较差;

j.500kV变压器其高压侧绕组频响特性的一致性可能较差;

k.角接绕组分开试验时由于内部引线不一致，三相频响特性曲线可能不一致。

7.案例分析,案例1.同台比较同一台变压器、同一绕组、同一分接开关位置、不同时期的幅频响应特性比较案例。

某台变压器在遭受突发性短路电流冲击前后测得的低压绕组幅频响应特性曲线。

遭受短路电流冲击以后的幅频响应特性曲线（LaLx02）与冲击前的曲线（LaLx01）相比较，部分波峰及波谷的频率分布位置明显向右移动，可判定变压器绕组发生变形。

某台变压器在遭受短路电流冲击前后的幅频响应特性曲线,7.案例分析,7.案例分析,案例2.同批次比较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，必要时借鉴同一制造厂在同一时期制造的同型号变压器的幅频响应特性，来判断变压器绕组是否变形。

下图是某台三相变压器在遭受短路电流冲击以后测得的低压绕组幅频响应特性。

曲线LcLa（绿色）与曲线LaLb（蓝色）、LbLc（粉红色）相比，波峰和波谷的频率分布位置以及分布数量均存在差异，即三相绕组的幅频响应特性一致性较差。

某台变压器遭受突发短路后三相低压绕组的幅频响应特性曲线,7.案例分析,而同一制造厂在同一时期制造的同型号变压器的三相绕组的频响特性一致性却较好，判定变压器在遭受突发性短路电流冲击后绕组变形。

同型号变压器的三相低压绕组的幅频响应特性曲线,7.案例分析,7.案例分析,案例3.接地不同引起误判某变电站#1主变由于接地线位置不同而得到的两种不同的测量结果，下图为A相接地点选择在铁芯外引接地点上，而另外两被试相则选择在相应法兰盘上，A相接地线与其它两相相比其接地线过长，其频响曲线与另外二相比较相似性太差，主要原因就是接地线实际接的长度不一致而引起的，而相关系数如果按照规程要求将得出严重变形结论，但如果不重视接地线所接的位置，很可能会误判断而得出有变形的结论。

接地点位置不同某变电站#1主变波形,7.案例分析,接地点位置相同某变电站同一台#1主变波形,7.案例分析,7.案例分析,案例4.纵向比较误判某变电站#1主变交接时测量波形和相关系数，其频响特性相似性和相关系数都较好，在经受短路后测量，其频响特性相似性和相关系数也都较好，从交接试验和经受短路后测量的波形和相关系数各自的横向（三相之间）比较来看，相关系数都满足要求，线圈没有变形。

纵向比较，两次测量的C相中、高频段频响曲线相似性很差，可能误判为严重变形；

因此要进行幅频响应纵向比较，必须要避免由于测量本身原因而引起的误判断。

变压器交接时测试波形和相关系数,7.案例分析,同一台变压器短路后测试波形和相关系数,7.案例分析,同一台变压器C相纵向比较的波形和相关系数,7.案例分析,7.案例分析,案例5.分接不同导致误判某变电站#1主变（三个单相）B相高压绕组分接开关档位不同时的测试波形，在低频段时绕组电感是主要影响因素，中频段时电感和电容同时起作用，高频段时主要是电容作用大，从#1主变三相波形相似性来看，中、低频段三相波形差异较大，高频段三相波形差异较小，而从谐振点来看，低频段谐振点最多，飘移程度也最严重，中频段其次，高频段基本没有谐振点，由于中低频段差异比高频段大，因此首先应该考虑电感是否发生了变化，而电感量发生变化除了绕组严重发生变形外，可能原因就是分接开关档位不一致，检查结果发现其它相试验档位在一档，而B相试验档位在六档，最后将档位都调在一档，其波形相似性和相关系数都非常好。

某变电站#1主变B相分接开关档位不同的绕组变形试验数据,7.案例分析,案例6.出口短路后判断某1#主变10kV母线穿墙套管击穿造成相间短路而发生套管爆炸，1#主变（SFPSZ7-120000/220GY）出口短路，该变压器经受短路冲击时间超过1秒（1.7秒），对该变压器进行了绕组变形测试，高压、中压绕组变形频响特性曲线相关系数均大于1，频响曲线均较为一致，其三相谐振点也较接近，认为无变形现象，低压（下页图）绕组LaLb（红色）与LcLa（蓝色）频响特线曲线基本相似，谐振点较为一致，相关系数也超过1（为1.29）而从LbLc（绿色）与LaLb（红色）和LbLc（绿色）与LcLa（蓝色）的频响特性曲线可以看到，频响特性曲线差异很大，其相关系数都小于0.5（分别为0.20和0.22），而且谐振点位置也有明显差别；

判断c相绕组有明显的变形现象。

某变电站#1主变低压线圈绕组变形试验波形,为了慎重起