电力试验指导之变压器绕组变形试验汇卓电
1.1变压器绕组变形试验
试验目的以及范围
变压器在试验过程中发生匝间、相间短路，或在运输过程中发生冲撞，造成线圈相对位移，以及运行过程中在短路和故障状态下因电磁拉力造成线圈变形，就会使变压器绕组的分布参数发生变化。进而影响并改变变压器原有的频域特征，即频率响应发生幅度变化和谐振频点偏移等。
变压器发生绕组变形后，有的会立即损坏发生事故，更多的是仍能运行一段时间。由于常规电气试验如电阻测量、变比测量及电容量测量等很难发现绕组的变形，这对电网的安全运行存在严重威胁。
变压器绕组变形测试技术是根据测得的变压器各绕组频率响应特性的一致性，结合设备结构，运行情况及其他试验项目进行全面的、历史的、综合的分析比较，以判断变压器的绕组变形程度。
一是由于绝缘距离发生变化或绝缘纸受到损伤，当遇到过电压时，绕组会发生饼间或匝间击穿，或者在长期工作电压的作用下，绝缘损伤逐渐扩大，最终导致变压器损坏。
二是绕组变形后，机械性能下降，再次遭受短路事故后，会承受不住巨大的冲击力的作用而发生损坏事故。
第31届国际大电网会议指出，变压器绕组变形是变压器发生损坏事故的重要原因之一。因此，对承受过机械力及电动力作用的变压器进行绕组变形的试验和诊断是十分必要的。
试验仪器、设备介绍
1．电力配电变压器
铭牌信息如下：
型号：S7-/10标准代号：GB.1-86
额定容量：KVA产品代号：1EJ
额定电压：±5%/V出厂序号：
额定频率：50Hz相数：三相
联结组标号：Y，yn0冷却方式：0NAN
使用条件：户外使用阻抗电压：3.99%
器身吊重：kg绝缘油重：kg总重：kg济南变压器厂.5
2．所需试验仪器介绍
汇卓电力之变压器绕组变形测试仪、绕组测试仪专用测量线（红，黑各1根，采用横截面积大于4平方毫米及以上的多股外覆绝缘层的铜质软导线）、接地线3根、电源线V1根、自检线（3个短接线和1个连接器）、线箱1个、笔记本电脑一台。
表1变压器参数
开关位置
高压
低压
V
A
V
A
Ⅰ
10
28.9
.7
Ⅱ
Ⅲ
9
试验接线
1：HVAB01.twd—为低压侧开路情况下，高压侧AB接线模式下，所测得的频响曲线。试验接线如下图1所示；
2：HVAB02.twd—为低压侧短接情况下，高压侧AB接线模式下，所测得的频响曲线。试验接线如下图2所示；
3：HVAB03.twd—为低压侧短接接地情况下，高压侧AB接线模式下，所测得的频响曲线。试验接线如下图3所示。
试验步骤
频率响应法测量绕组频率响应曲线的操作步骤：
通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行横向和纵向比较，根据幅频响应特性的差异，判断变压器可能发生的绕组变形。
1.悬挂标识牌，放置温度计，警示灯；
2.检查变压器是否可靠接地，抄写变压器铭牌参数，分接开关调到1档；
3.将变压器绕组变形测试仪水平放置在固定平台，仪器可靠接地；
4.测试顺序为，高压侧绕组AB-BC-CA(低压绕组oa-ob-oc)，将信号输入线，接地屏蔽线接至变压器高压侧A\B\C（o）绕组，信号输出线接至变压器高压侧B\C\A（a\b\c）绕组；
5.接通V交流电源，接电源前需用万用表验电，两人进行，并保持呼唱；
6.打开仪器电源，设置变压器参数，开始采集数据。
试验标准
（1）试验仪器及实物接线图，如下图4所示。
频率响应法测量变压器绕组变形的原理图如图5所示，实验过程中所采用的通讯传输方式为“无线网络型Rzbx-FR”。
图4绕组变形测试仪的基本组成
（2）绕组变形测试的电气等效原理图，如下图5所示。
图5绕组变形测试的电气等效原理图
图5中左下角的被试变压器的分布参数等效电路表示的是带分接开关的变压器绕组。其中，A为铁心接地；B为变压器箱壳接地；C为变压器箱壳有绝缘漆时的等效接地点，Rs、Cs则分别表示绝缘漆的接触电阻和等效电容；Cc为铁心对地分布电容；Cmc为主线圈与铁心间的分布电容；Km为主线圈匝间分布电容；Lm为主线圈分布电感；Cmt为主线圈与调压线圈间的分布电容；Lt为调压线圈分布电感，当然调压线圈也包含匝间分布电容，没有画出来；Ct为调压线圈对地分布电容；Rt、C0分别表示分接开关接触不良时的接触电阻和等效电容。完整的变压器等效电路还应包括线圈直流电阻和对地电导，但它们与分布电感和电容相比，可以忽略不计。此外，D、E均为测量阻抗的外壳；F为绕组变形仪外壳；R为匹配电阻，用于匹配测量电缆。
由此可见，影响变压器绕组变形测试结果的因素很多，任何一个测试环节不正确均会影响最后的测试结果，造成测试误差和判断错误。下面分别对各个因素进行阐述。
（3）绕组变形的判别方法
判别主要原则：以波形观察为主，相关系数判断为辅的原则。
表2相关系数与变压器绕组变形程度的关系（DL/T-附录A）
绕组变形程度
相关系数R
严重变形
RLF0.6
明显变形
1.0RLF≥0.6或RMF0.6
轻度变形
2.0RLF≥1.0或0.6≤RMF1.0
正常绕组
RLF≥2.0和RMF≥1.0和RHF≥0.6
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。
1）下面推荐几种判断程序，如下所示：
1、首先对测试结果进行相间比较，应符合要求；
2、如果相间比较不合格，应进行纵向比较；
3、如果1、2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；
4、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，经过横向与纵向比较分析后，方可定性为变形；
2）不一致情况可能存在的原因如下：
1、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；
2、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；
3、运输、吊装中是否撞击过；
4、其他试验项目是否正常，外壳是否异常；
5、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；
6、kV变压器其高压侧绕组频响特性的一致性可能较差；
7、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。
试验注意事项
1.分接开关档位的影响。分接开关档位不同，绕组匝数不同，直接影响被测变压器的电感、电容量，从而使频谱图不同。
2.信号源输入方向的影响。由于实际测量中，激励端与响应端改变后测得的频响曲线不完全相同，所以，每次测量时，应遵循相同的试验接线步骤。
3.铁芯接地和油的影响。铁芯接地情况和充油情况，会使绕组电容值不同，故在测试时，一定要将铁芯接地，并充满绝缘油（并静置一段时间）。
4.出口引出线的长短对测量的影响。套管端子延长对频响曲线影响很大，同时对频带宽度也有影响，会产生对地电容，因此，测试时不宜延长套管引线。
试验周期
1、交接时、大修后，需进行变压器绕组变形试验；
2、电压等级为kV及以上的变压器每6年进行一次变压器绕组变形试验；
3、变压器在更换绕组后，出口短路后需进行变压器绕组变形试验。
绕组变形实验——实例分析
表3某变压器高压绕组实测的频率响应
变压器名称：AKV10
测试依据：电力行业标准DL/T-《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》
变压器型号：s7-/10
制造厂家：济南变压器厂
出厂序号：
出厂日期：年05月04日
图6高压绕组频率响应特征曲线
1:HVAB01.twd:环境温度20.0℃,变压器油温20.0℃,高压绕组AB相第1分接,预防性试验,年05月04日15时41分测量
2:HVAB02.twd:环境温度20.0℃,变压器油温20.0℃,高压绕组AB相第1分接,预防性试验,年05月04日15时44分测量
3:HVAB03.twd:环境温度20.0℃,变压器油温20.0℃,高压绕组AB相第1分接,预防性试验,年05月04日15时47分测量
表4高压绕组相关系数分析结果
相关系数
低频段(1-kH)
中频段(-kHz)
高频段(-0kHz)
全频段(1-0kHz)
R21
1.
1.
0.
1.
R31
-0.
1.
0.
1.
R32
-0.
1.
0.
0.
测试人员：最好输入试验人员名单备查
试验结论：
报告审核：
报告批准：
打印日期：年05月04日03时48分
（1）各频段的分析
以低频段为主，中、高频段为辅的分析原则，从等值电路上可知，对各频率范围下的频率响应进行分析，结论如下：
A、当频响特性曲线低频段(1kHz～kHz)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。
B、当频响特性曲线中频段(50kHz～kHz)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。
C、当频响特性曲线高频段(kHz)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。高频段的测试具有很大的局限性，特别是不同时段测试结果的纵向比较时。
（2）横向分析
曲线HVAB01.twd表示低压侧绕组开路，曲线HVAB02.twd表示低压测绕组短路。曲线HVAB03.twd表示低压测绕组短接接地。
从图形可以看出短接后图形发生了很大的变化，对此进行分析，由于低压测绕组短接。根据公式
，可知低压测绕组由于短接，产生感应电流。同样产生的电流影响高压测的电压。
，
，所以相应的
也会发生变化，如此相互感应后，以至于形成的图形发生变化。
曲线HVAB03.twd由于低压绕组短接后接地，在产生上述感应电流影响被测绕组电压的同时，也使高压绕组的对地电容发生了变化。使被测绕组的内部结构参数发生变化。在随频率变化的同时，图形发生变化。
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