繞組變形是變壓器安全運行的一大隱患。本文介紹了頻率響應分析法測試變壓器繞組變形的原理，總結了頻率響應分析法現場(chǎng)應用中的注意事項，并提供頻率響應法測試繞組變形的應用實(shí)例。

變壓器是電網(wǎng)中的主要核心設備，其安全狀況對整個(gè)系統的安全運行具有舉足輕重的地位，而從變壓器事故的情況看，很多都伴隨有繞組的變形現象，甚至是由于繞組變形引起的。僅2000年，廣東省內通過(guò)繞組變形測試就發(fā)現8臺運行中的110kV變壓器存在繞組變形，并及時(shí)對這些變壓器進(jìn)行了維修和加固改造，消除了事故隱患，取得了顯著(zhù)的效益。因此，開(kāi)展變壓器繞組變形測試對變壓器的安全運行有著(zhù)重要的意義，也是我們開(kāi)展變壓器狀態(tài)檢修的*條件。

1.變壓器繞組變形的原因及危害

變壓器在運行中不可避免地要遭受各種短路故障電流的沖擊，特別是出口短路和近區短路對變壓器的危害大，變壓器繞組將承受巨大的、不均勻的軸向和徑向電動(dòng)應力作用。當繞組內部機械結構存在薄弱環(huán)節，必然會(huì )產(chǎn)生繞組變形現象。包括軸向、徑向尺寸變化，器身位移，匝間短路及繞組扭曲、鼓包等。變壓器繞組變形后繼續運行可有發(fā)生下列情況：

（1）變壓器立即損壞。我局曾有一臺110kv變壓器在遭受近區短路，重合成功后，二十多秒后瓦斯動(dòng)作，事后檢查繞組變形，返廠(chǎng)重繞；

（2）由于繞組變形，引起變壓器的絕緣材料損傷或者絕緣距離發(fā)生改變，導致絕緣強度下降，在長(cháng)期正常電壓或過(guò)電壓作用下，終可能導致絕緣擊穿，此類(lèi)情況可以用電氣試驗和油試驗等常規的方法檢出其絕緣缺陷；

（3）繞組變形后，絕緣狀況沒(méi)有損壞，但線(xiàn)圈的機械強度下降，當再次遭受短路故障時(shí)，將承受不住巨大的電動(dòng)力而發(fā)生損壞，此類(lèi)情況由于絕緣沒(méi)有損壞，常規電氣試驗及油試反映不出問(wèn)題，只能通過(guò)繞組變形測試的手段才能得出正確的結論。同時(shí)，這種情況也比較常見(jiàn)，因為許多的變壓器并不會(huì )只遭受一次短路就損壞，而運行中的變壓器可能已經(jīng)遭受多次短路沖擊，機械強度已下降，甚至有輕微變形，但由于常規試驗無(wú)法檢出其內部的變形故障，在大修吊檢之前是無(wú)法判斷其狀態(tài)的，是嚴重的事故隱患。

因此，積極開(kāi)展變壓器繞組變形測試工作，及時(shí)發(fā)現和處理有問(wèn)題的變壓器，有針對性地進(jìn)行吊檢，即可節省大量的人力，物力，對防止變壓器事故的發(fā)生也有極其重要的作用。

2.變壓器繞組變形測試方法

變壓器繞組發(fā)生局部的機械變形后，其內部的電感、電容等分布參數必然發(fā)生變化，特別是電感值。以往多使用的是集中參數檢測法，如常規的測驗變比，直流電阻等來(lái)診斷變壓器繞組是否發(fā)生變形，因其靈敏度較低，顯得困難；另一種方法是短路阻抗來(lái)判斷，但也是中繞組變形非常嚴重時(shí)才能發(fā)現。同時(shí)這種試驗需要龐大的試驗設備及試驗電源容量，在現場(chǎng)很難滿(mǎn)足開(kāi)展該項試驗的條件。目前，我局使用TDT-4型繞組變形測試系統采用的是頻率響應分析（FRA）的原理。該方法建立在對變壓器繞組分布參數網(wǎng)絡(luò )分析的基礎上，變壓器繞組可以被看作是電阻、電感、電容構成的無(wú)源線(xiàn)性雙端口網(wǎng)絡(luò )，根據電工學(xué)原理，其網(wǎng)絡(luò )特性可以用傳遞函數H（jw）或n（f）來(lái)概述。如圖1所示。

根據電工學(xué)理論，如果繞組發(fā)生機械變，即發(fā)生了軸向、徑向尺寸，勢必會(huì )改變網(wǎng)絡(luò )上的L、K、C等分布參數，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )參數的改變，從而導致其頻率響應特性。因此我們比較不同時(shí)期該變壓器的頻率響應特性是否一致，就可以判斷變壓器是否發(fā)生了變形及變形程度的大小。

3.TDT型變壓器繞組變形測試系統及其分析方法

該測試系統是采用頻響法診斷變壓器繞組變形的。其原理顯通過(guò)計算機管理和控制，由掃頻電壓發(fā)生器依次輸出不同頻率的正強波電壓信號Vs（f）到變壓器驍組的一個(gè)端子上，然后通過(guò)雙通道檢測單元紀錄繞組兩端上的電壓信號Vi（f）和Vo（f），并作相應的數字化處理，得到其在不同掃描頻率下的幅值和相位，然后根據下式求得被測試繞組的幅頻響應特性或相頻響應特性，再由計算機作輸出處理（如圖2所示）。

幅頻響應特性：

H（f）=20lg（Avo（f）/Avi（f））

相頻響應特性：

φ（f）=φvo（f）-φVi（f）

電力變壓器繞組的幅頻響應特性H（f）主要取決于其內部電感、電容等分布參數，通常具有如下特性：（1）當頻率低于10KHz時(shí)，其頻率響應特性主要由線(xiàn)圈的電感所決定，諧振點(diǎn)通常較少，對分布電容的變化較不敏感；（2）當電頻率超過(guò)1MHz時(shí)，繞組的電感又被分布電容所旁路，對電感的變化不敏感；（3）在10KHz-1MHz的范圍內，繞組的分布電感和電容均發(fā)揮作用，其頻率響應特性具有較多的諧振點(diǎn)能夠靈敏地反映出繞組電感，電容的變化情況。因此，在該系統中，選用10KHz-1MHz的掃頻測量范圍。

頻率響應分析法診斷變壓器繞組變形是建立在比較繞組頻率響應特性變化基礎上的，即變壓器遭受突發(fā)短路沖擊后測得的各個(gè)繞組的頻率響應特性為原始測試結果一致，則表明該次短路故障沒(méi)有導致繞組變形，反之，可根據其特性變化的情況判斷變形的繞組以及其變形的嚴重程度。（這種判斷的方法，在實(shí)際的測試中，我們對兩臺遭受出口短路的220kV變壓器進(jìn)行檢查，得出的頻響特性波形與兩年前所測試出的波形相當一致，故判斷其繞組未受到該次短路沖擊的破壞）。在實(shí)際的工作中，很多時(shí)候會(huì )碰上沒(méi)有原始數據的情況，（即那些已投入運行的變壓器，投運前沒(méi)有做該項測試），就采用比較變壓器互相繞組相間特性曲線(xiàn)的差異，對繞組繞組的變形情況作出判斷，對于制造工藝良好的變壓器，其三相繞組的結構基本是一致的，測得的頻響曲線(xiàn)通常具有一定的可比性，但需注意，這種“可比性”僅僅是相對的，受繞組引線(xiàn)長(cháng)度，其內部位置等影響，特別是三角型接法的繞組，測得的三相頻率響應特性往往有較大的差異，這時(shí)應與該型號同廠(chǎng)家同一時(shí)期的其他變壓器作比較。4.繞組變形測試技術(shù)的實(shí)際應用

本局開(kāi)展繞組變形測試主要分為三類(lèi)：

（1）對全新投運的變壓器，主要是檢查運輸途中是否意外的碰撞或沖擊，同時(shí)也是作為該變壓器頻率響應特性曲線(xiàn)的原始資料，用作以后測試的重要對比資料；

（2）對于遭受出口或近區短路的變壓器，根據我省執行的《變壓器狀態(tài)檢修手則》的有關(guān)規定，必須進(jìn)行繞組變形測試，判斷其是否變形，作為能否繼續運行的依據之一；

（3）配合日常的預試工作，對已運行的變壓器作繞組變形檢查，若判斷其繞組沒(méi)有發(fā)生變形現象，該次測得頻率響應特性曲線(xiàn)也將作為原始資料，是以后作對比的依據。

在目前，我局共進(jìn)行了四十多臺次的繞組變形測試，積累了一定經(jīng)驗，在現場(chǎng)的測試中，應特別注意以下兩方面的因素對測試結果的影響：

（1）變電站高壓電磁場(chǎng)的干擾。收于該系統的掃頻電壓發(fā)生器僅輸出5V左右的正弦波，容易受到高壓電磁場(chǎng)的干擾，如：本局所屬500kV變壓站#2主變低壓側的35kV電抗器開(kāi)關(guān)爆炸，造成相間短路，主變B相有載開(kāi)關(guān)瓦斯的動(dòng)作，跳開(kāi)三側開(kāi)關(guān)。我們在現場(chǎng)作繞組變形測試時(shí)，發(fā)現其頻率響應特性曲線(xiàn)極不穩定，并且三相頻率響應特性曲線(xiàn)極不一致，為了防止誤判，我們進(jìn)行了多臺次的測試，發(fā)現其特性曲線(xiàn)雖不穩定，但有規律性，并且三相之間的規律是一致。我們判斷是受到了電磁場(chǎng)的干擾，（在排除了受干擾的特性曲線(xiàn)后，三相頻響曲線(xiàn)較為一致）在結合了其它電氣試驗，油化驗的結果認為該次短路沖擊對主變的繞組沒(méi)有造成損害；在測試一臺220kV變壓器時(shí)，也觀(guān)察到在某些頻率段受到干擾而產(chǎn)生尖峰，甚至在110kV場(chǎng)地也有這種現象，因此在判斷波形是要注意排除：

（2）要注意繞組的直流電阻或測試線(xiàn)與繞組之間的接觸電阻對測試結果的影響：在以上提及的變壓器繞組分布參數等值網(wǎng)絡(luò )圖中，是忽略繞組的電阻的，但實(shí)際上，繞組的電阻變化，不但對頻率響應特性曲線(xiàn)的幅值產(chǎn)生影響，而且還會(huì )影響諧振峰點(diǎn)出現的頻率，容易產(chǎn)生誤判。我們在對一臺220KV變壓器作繞組測試時(shí)，造成與原始曲線(xiàn)相差較大，經(jīng)多次試驗，才發(fā)現是測試線(xiàn)與繞組之間的接觸不良。因此，在作判斷時(shí)，除了要檢查試驗接線(xiàn)，還要結合變壓器的直流電阻作判斷，看是否由于繞組的內部接觸不良，造成對測試的影響。

下面介紹一下變壓器繞組變形的測試實(shí)例：某站#1主變，型號SFZ7-40000/110由于誤操作，10kV母線(xiàn)相間短路，短路電流約8kA。但由于#2主變開(kāi)關(guān)需處理，無(wú)法投運，因此只能將#1主變迅速恢復運行。事后，取主變本體油樣作檢查，未發(fā)現有異常情況。#2主變開(kāi)關(guān)經(jīng)處理投運后，將#1主變停下，作常規電氣試驗，吸收比、介損值、繞組直流電阻等項目和以往數據比較，均無(wú)異常。按以往的做法，已可認為該次短路沖擊對#1主變沒(méi)有造成損害，可以繼續投運。但接著(zhù)進(jìn)行繞組變形的測試，發(fā)現低壓側面繞bc線(xiàn)圈與ab、ca兩相線(xiàn)圈的頻響特性曲線(xiàn)有相當的差異，經(jīng)多次測試，均為同一結果（由于該臺變壓器沒(méi)有原始數據，只能作三相比較）。為了穩妥起見(jiàn)，我們將#2主變停下，作繞組變形測試（該主變?yōu)?1主0變同型號，同期出廠(chǎng)，同時(shí)投運，但沒(méi)有遭受該次短路的沖擊），其特性曲線(xiàn)三相間較為一致。據此，我們判斷#1主變的低壓繞組線(xiàn)圈發(fā)生變形，根據頻率響曲線(xiàn)應判斷為：低壓c相單獨變形或a、b兩相同時(shí)變形。決定該主變返廠(chǎng)吊罩檢查。吊芯后，發(fā)現低壓繞組a、b相線(xiàn)圈出現鼓包，并伴隨有線(xiàn)圈的扭曲現象。通過(guò)繞組變形的測試，可以將變壓器隱藏的、但常規預防性試驗很難檢出的繞組變形故障發(fā)現，及時(shí)進(jìn)行處理，避免損壞變壓器的事故發(fā)生。

推廣和開(kāi)展繞組變形測試，可避免不必要的吊芯檢查。如某局一臺220KV變壓器11OkV側開(kāi)關(guān)爆炸，相間短路，變壓器遭受出口短路，電氣試驗及油化驗無(wú)發(fā)現異常情況，由于該廠(chǎng)家多臺同型號變壓器曾發(fā)生過(guò)近區短路后，變壓器繞組變形較嚴重的情況，因此對該變壓器在遭受這次沖擊后繞組的情況比較懷疑，在作了繞組變形測試后，我們發(fā)現該臺變壓器三側繞組三頻率響應特性曲線(xiàn)一致性較好，并與該型號的其它變壓器相比較，亦無(wú)異常的情況，判斷其變壓器繞組沒(méi)有變形。并結合電氣試驗和油化驗的結果，認為該變壓器可以繼續投運。從而避免了盲目的吊芯檢查，節省了大量人力、物力。從以上的事例可見(jiàn)，繞組變形的測試，作為一種必要的監督手段，可以保障變壓器的安全運行。

5.結束

變壓器繞組變形測試技術(shù)是近年來(lái)才逐步推廣的新技術(shù)，但從我們目前開(kāi)展了這項工作的情況來(lái)看，該技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現那些有問(wèn)題的變壓器，對防止變壓器事故的發(fā)生有重要的作用；可避免不必要的吊檢和大修，節省大量的人力、物力，是我們推變壓器狀態(tài)檢修的必要的技術(shù)保證。但變壓器繞組變形測試畢竟是一種檢測方法，還有待完善和改進(jìn)的地方，如目前只能定性于判斷繞組是否變形，還不能量化地診斷繞組變形的性質(zhì)及嚴重程度。