频率响应法在变压器绕组变形诊断中的应用

刘涛，肖锋，徐广

(1.国网黄石供电公司，湖北 黄石 435000；2.咸宁供电公司，湖北 咸宁 437100)

频率响应法在变压器绕组变形诊断中的应用

刘涛1，肖锋1，徐广2

(1.国网黄石供电公司，湖北 黄石 435000；2.咸宁供电公司，湖北 咸宁 437100)

变压器绕组存在变形的情况下，在较大电动力冲击时，变压器内部发生短路故障的概率大幅增加，严重威胁变压器运行安全。本文介绍了频率响应法的基本原理及分析判断方法，并结合实际案例运用纵向或横向比较法及相关系数值对变压器绕组变形情况进行综合分析。结果证明，频率响应法是判断绕组是否变形的有效分析方法，该方法能有效判断绕组变形的类别及严重程度，分析出是匝间短路、局部变形，还是整体位移等具体变形情况。关键词：变压器；绕组变形；频率响应

1 引言

电力变压器在运输、安装过程中，绕组可能受到碰撞冲击而变形；运行中的电力变压器绕组可能受到近区短路或出口短路故障冲击变形。在机械和电动冲击力的作用下，变压器绕组可能发生径向或轴向变形，如匝间短路、局部鼓包扭曲、整体位移等[1]。近年来，变压器绕组变形引起的内部短路故障呈上升趋势，因此，诊断变压器在遭受短路电流冲击后的绕组状况是否良好，从而判断变压器是否需要停电检修处理，对电网安全运营十分重要，具有巨大的经济利益和社会效益。

目前，判断变压器绕组变形的方法主要包括电容量法[2]、短路阻抗法[2-3]及频率响应法等。频率响应法与电容量法、短路阻抗法相比，能够更有效地判断绕组变形的类别及严重程度，诊断出是匝间短路、局部变形，还是整体位移等具体变形情况，对变压器检修策略的制定提供可靠依据。

2 频率响应法

2.1 频率响应法基本原理

变压器绕组在频率较高的电压作用下，可等效为纯电容、电感和电阻组成无源线性的双端口网络，可以用H(jω)表示的传递函数来描述，如图1中所示。当变压器绕组发生变形时，电容、电感值将发生变化，对应的H(jω)的极点与零点发生变化，反映在频率输出特性曲线的波峰、波谷位置及数值发生变化。

变压器绕组的幅频响应特性采用图1所示的频率扫描方式获得。图中L、C及K为单位长度绕组的电感、电容和对地电容，RS为输入信号源阻抗，R为匹配电阻，VS为正弦信号源。输入信号频率为f的交流正弦电压V1，获得不同频率f下的响应电压V2。

用对数形式表达幅频响应为：

H(f)=20log[V2(f)/V1(f)]

式中：H(f)为相应频率f时传递函数的模值|H(jω)|；V2(f)与V1(f)为相应频率f时响应端和输入端电压的峰值和有效值│V2(jω)│及│V1(jω)│。

2.2 频率响应法判断方法

对绕组变型频率响应法判断方法为：

(1)对测得特性曲线，进行横向(三相间数据)或纵向(与历史数据)对比，根据特性曲线中的波峰或波谷分布位置及分布数量的变化判断变压器可能发生的绕组变形。

低频段(频率范围：1～100kHz)曲线的波峰或波谷位置若发生明显变化，则反映绕组的电感改变，可能存在匝间或饼间短路情况。

中频段(频率范围：100～600kHz)曲线的波峰或波谷位置若发生明显变化，则反映绕组发生扭曲和鼓包等局部变形情况。

高频段(频率范围：>600kHz)曲线的波峰或波谷位置发生明显变化，则反映绕组的对地电容发生改变，可能存在绕组线圈整体移位或者引线位移等情况。

(2)结合相关系数R判断绕组变形情况。通过公式计算出的相关系数值可以定量出两条曲线的变化值，为变压器绕组变形严重程度判断提供数据支撑，可作为综合判断的辅助手段。变压器绕组变形情况与相关系数关系表如表1所示[4]。

注释：RLF为低频段(1～100kHz)区域内的相关系数值；RMF为中频段(100～600kHz)区域内的相关系数值；RHF为高频段(600～1000kHz)区域内的相关系数值。

3 实例分析

变压器：型号为SZ11-50000/110，接线组别为YNd11，生产厂家是山东达驰电气股份有限公司，投运时间是2006年12月20日。2015年1月27日11时35分，主变低压侧刀闸过热烧损引起母线桥短路，导致主变保护动作跳闸，变压器低压侧短路电流达到13kA。

3.1 高压绕组频率响应

高压绕组频率响应特征曲线如图2所示。主变高压绕组相关系数分析结果如表2所示。

图2 主变高压绕组频率响应特征曲线

相关参数低频段(1～100kHz)中频段(100～600kHz)高频段(600～1000kHz)Rba1.001.242.09Rca1.051.431.65Rcb1.031.231.36

从图2和表2中可以看出A、B、C三相幅频响应特性曲线：

(1)低频段(1～100kHz)曲线一致性较好，波峰或波谷位置重叠性较好，说明不存在匝间或饼间短路的情况；对应的相关系数在2.0>RLF≥1.0范围内，属于轻度变形数值范围；低频段曲线结合相关系数综合分析，高压绕组低频段无明显变形。

(2)中频段(100～600kHz)曲线一致性相对不是很好，波峰或波谷位置有轻微位移，说明可能存在轻微扭曲和鼓包等局部变形现象的情况；对应的相关系数在RMF≥1.0范围内，属于正常绕组数值范围；中频段曲线结合相关系数综合分析，高压绕组中频段有可能存在轻微扭曲和鼓包等局部变形现象的情况，但无明显变形。

(3)高频段(600～1000kHz)曲线一致性较好，波峰或波谷位置重叠性较好，说明不存在线圈整体移位或引线位移等情况；对应的相关系数在RHF≥0.6范围内，属于正常绕组数值范围；高频段曲线结合相关系数综合分析，高压绕组低频段无明显变形。

因此，由幅频响应特性曲线推测出，高压绕组无明显变形缺陷。

3.2 低压绕组频率响应

低压绕组频率响应特征曲线如图3所示。主变低压绕组相关系数分析结果如表3所示。

图3 主变低压绕组频率响应特征曲线

从图3和表3中可以看出A、B、C三相幅频响应特性曲线：

(1)低频段(1～100kHz)曲线一致性较好，波峰或波谷位置重叠性较好，说明不存在匝间或饼间短路的情况；对应的相关系数在2.0>RLF≥1.0范围内，属于轻度变形数值范围；低频段曲线结合相关系数综合分析，低压绕组低频段无明显变形。

(2)中频段(100～600kHz)曲线一致性非常差，波峰或波谷位置有明显位移，说明绕组存在明显扭曲和鼓包等局部变形现象的情况；且三相曲线一致性都很差，说明至少有两个绕组发生明显变形；对应的相关系数在RMF<0.6范围内，属于明显变形数值范围；中频段曲线结合相关系数综合分析，高压绕组中频段有可能存在明显扭曲和鼓包等局部变形现象。

(3)高频段(600～1000kHz)一致性非常差，波峰或波谷位置有明显位移，说明可能存在线圈整体移位或引线位移等情况；对应的相关系数存在RHF<0.6范围内数值，属于非正常绕组数值范围；高频段曲线结合相关系数综合分析，高压绕组高频段有明显变形。

因此，由幅频响应特性曲线推测出，低压绕组至少两相绕组存在明显扭曲和鼓包等局部变形情况，同时可能存在线圈整体移位或引线位移情况。

3.3 试验推论

综合以上试验数据分析推测出，变压器绕组不存在匝间或饼间短路的情况，但低压绕组至少两相绕组存在明显扭曲和鼓包等局部变形情况。建议主变不能投运，需要进行吊罩解体，检查其内部的绕组受冲击程度和固体绝缘的好坏情况。

3.4 吊罩解体检查

在变压器厂家，进行变压器吊罩后如图4、图5所示。

主变吊罩解体后发现，变压器高压绕绕组情况良好，不存在明显变形情况；低压绕组不存在匝间短路现象，但主变低压A相绕组和C相绕组存在明显扭曲和鼓包等局部变形现象。

3.5 缺陷原因分析

从变压器吊罩的情况来看，高压绕组A、B、C三相均没有发生明显变形，只是绕组与绝缘纸板发生了轻微的松动；而低压绕组B相完整性很好，A、C两相发生了较为严重的变形。这说明A、C两相承受十分强烈的短路电流，巨大的短路冲击电流将使变压器绕组受到很大的电动力，并使绕组急剧发热，在较高的温度下，导线的机械强度变小，电动力使绕组变形。而B相未受到这种冲击。另外，高压侧绕组并未发生变形，说明短路电流不是特别大，或者其作用时间极短，来不及造成高压绕组变形。

4 结论

频率响应法通过纵向或横向比较法，对特性曲线中波峰或波谷分布位置及数量的变化对比，并集合相关系数综合分析，可有效判断变压器是否发生了绕组变形，并能诊断出绕组变形的类别及严重程度，从而判断变压器能否继续运行。频率响应法是电力变压器在遭受短路冲击或运输、安装过程中发生意外碰撞后判断绕组是否变形的有效分析方法。

[1] 罗铮.两项检查变压器绕组变形的试验[J].高压电器，2005，41(5)：392-393.

[2] 李林，贾帆，袁威,等.变压器绕组变形综合诊断与分析[J].电气开关，2014(6):8- 12.

[3] 杨晓玲.低电压短路阻抗法在变压器绕组变形诊断中的应用[J].机电工程技术，2013，42(7)：91- 93.

[4] 中华人民共和国电力行业标准DL/T 911-2004，电力变压器绕组变形的频率响应分析法[S].

Application of Frequency Response Analysis Method in The Diagnosis on Winding Deformation of Power Transformer

LIUTao1，XIAOFeng1,XUGuang2

(1.Huangshi Power Supply Company of State Grid,Huangshi 435000,China;2.Xianning Power Supply Company,Xianning 437100,China)

In the case of electrodynamic force on winding deformation of power transformer,the probability of short circuit failt in the transformer will be a sharp increase，which will be a serious threat to safe operation of transformer.The basic principles and judgment standard of frequency response analysis are introduced.The method,in combination with the longitudinal comparison or transverse comparison and correlation coefficient,which has been proved by a case of transformer winding deformation,can prove the winding deformation diagnosis efficiency and accuracy.The category and order of severity,such as turn-to-turn fault,local deformation or whole displacement,can be effective judged by requency response analysis method.

transformer;winding deformation;frequency response

1004-289X(2016)06-0087-04

TM71

B

2015-08-29

刘涛(1985-)，男，工程师，硕士研究生，主要从事电气设备高压试验工作。