基于扫频阻抗法的变压器绕组变形测试技术研究

卢旻　吴绍武　郭镭　张超

【摘  要】本文在对变压器绕组等效电路理论进行充分研究的基础上，对变压器绕组变形常用的诊断方法，如频率响应法、短路阻抗法等进行分析。此外，本文还针对频响法和阻抗法中的优势进行了有效的结合，从而提出了一种对变压器绕组变形进行诊断的扫频阻抗法，从而在一次测试后便能够获得相关的频谱特征，而且还能够获得短路阻抗特征信息。经过对比，我们可以发现扫频阻抗法对比频响法要更加的有效和实用，希望能够为相关技术人员起到一些参考作用。

【关键词】变压器绕组变形;频率响应法;短路阻抗法;扫频阻抗法

在电网运行过程中，电力变压器的安全可靠十分重要，对整个供电运输过程都起到极为关键的作用。而变压器在具体的运行过程中可能会发生一些短路故障问题，而在这一状况下，强大的短路电流会给绕组带来巨大的电动力，一旦超过绕组自身所能承受的短路抗击能力，将会使绕组出现变性故障，从而对变压器的稳定运行造成影响。此外，在店里的传输过程中，当其受到机械力的作用时也可能会出现绕组变形现象。在其出现变形后，一些变压器会直接损坏，而多数变压器会持续运行一段时间，但该时间段内的变压器性能不够稳定，容易产生安全隐患。因此，变压器的绕组出现变性故障，轻则引起变压器的运行指标出现失误，重则直接损坏变压器，不利于电网的稳定运行。所以，技术人员应对频响法和短路阻抗法等诊断技术进行研究，并应用扫频阻抗法来更加准确的对变压器绕组变形问题进行诊断。

一、变压器绕组变形的成因及种类

（一）变压器绕组变形的成因

电网运行过程中，变压器的绕组之所会出现变性故障，主要是因为变压器在具体的运行时，无法避免要承受短路电流的冲击。而在温度较高的情况下，会使导线的机械强度减小，从而导致绕组出现变形故障。此外，当变压器在长途运输或安装的过程中，可能会受到一些冲撞或震动，这些机械作用力也可能会导致绕组出现变形。最后，保护系统当中存在着一些死区或是动作失灵等问题，从而导致变压器对短路电流的承受实践较长，从而导致变压器绕组出现变形问题。

（二）变压器绕组变形的种类

变压器绕组变形的种类具体包括，首先径向拉伸，主要出现在变压器的高压侧中央位置，幅度通常不大。其次是径向压缩，通常出现在变压器的低压侧，幅度为中央上下等。再次，是轴向延伸，其主要位于低压侧顶端。而轴向压缩则主要位于变压器高压侧绕组中间位置。此外，还包括轴向套叠，此类型在高、低压侧都可能会出现。最后是匝间短路故障。

二、变压器变形测量方法

（一）阻抗法

在变压器的负荷阻抗为零时，输入端的阻抗则成为了变压器的整体短路阻抗。而短路阻抗主要由电阻分量和电抗分量组成，一般在大型的变压器短路阻抗当中，，电阻分量所占的比值相对较小，而此时的短路阻抗则和电抗分量近似乎相等。变压器绕组的漏电抗主要是指变压器的短路电抗分量，其共包括纵向漏电抗和横向漏电抗，但在其中横向漏电抗所占的比值相对较小。而漏电抗值和变压器绕组的尺寸有关，因此当变压器的绕组出现变形后，会产生漏电抗的变化，使变压器的短路阻抗值发生变化。在应用短路阻抗法时要受到条件限制，所以很难达到额定电流，而且对于测试仪表具有教改的检测精度要求，因此检测灵敏度往往难以获得，一些时候只对那些绕组变形十分严重上的变压器有效。但是阻抗法的实施过程十分简单，而且具有相关标准可以参考，所以也是一种十分有效的检测方法。

（二）频响法

在变压器绕组的一段输入扫频电压信号后，通过信号处理设备，可以对不同扫描频率下绕组两端的电压信号进行检测。在经过具体的处理之后，可以得到变压器绕组的传递函数，从而将具体的频率响应描绘程曲线，从而有效的对变压器绕组进行诊断。

三、扫频阻抗法研究

（一）低频时等效模型

当变压器的频率较低时，对于分步电容的影响则可以忽略，可以将变压器作为集中参数模型来进行等效处理，再通过T型等效网络进行描述。变压器绕组变形测试可以看做短路阻抗测试，在变压器的绕组出现变形故障后，会产生相应的楼康变化，进而通过短路阻抗值来进行有效的反映。

（二）高频时等效模型

当变压器的频率较高时，变压器的绕组可以看做由电阻、电容等分布参数构成的无源线性双端网络，从而对绕组电阻进行忽略，可以看做是应用频响法来进行测试。对于匝间短路、绕组扭曲变形等现象都会引起相关参数的变化，使频响特性曲线发生改变。而在测试中，如果加大扫频信号功率，会增强测试信号，从而提高抗干扰能力，降低因为不良环境因素所造成的影响。

（三）诊断机理

根据变压器在不同频率下的等效模型我们可以发现，在低频率状态下，变压器可以通过T网络等效模型来进行等效，而在这一过程中，绕组和铁芯之间的等效电感发挥主要作用。如果是由于电感量的变化所引起的绕组变形故障，主要表现在低频段。而变压器等效电容的变化则主要是在高频段所产生的相关反应。简单来说，在应用扫频阻抗法对变压器绕组进行测试的过程中，短路阻抗可以反映低频段，而频率响应则可以将高频段进行反映。

（四）扫频阻抗法与频响法的对比

扫频阻抗法在测试结果当中融入了全新的、具有参考价值的参数，从而为变压器的绕组变形提供更具有准确性的参考依据，而且对比频响法要更加的有效，测试结果中能够反映出更多的信息量。

结束语

综上所述，在电网运行过程中，一旦变压器绕组出现变形故障，将会对变压器的正常运行造成影响，从而阻碍了电网的稳定运行。而扫频阻抗法将频响法和短路阻抗法的优点进行了有效的结合，并可以通过一次测量获得短路特性和频响特性曲线，从而更好地对变压器绕组变形现象进行诊断。

参考文献：

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[5]何文林，陈全红.短路阻抗法变压器绕组变形测试技术探讨[J].浙江电力，2016（01）：25-26+35.

作者简介：

卢旻（1985-）男，大学本科，高级职称，主要研究方向电力系统分析、高电压与绝缘试验

吴绍武（1973-）男，大学本科，高级职称，主要研究方向电力工程

郭镭（1963-）男，硕士学位，高级职称，主要研究方向电力系统及其自动化

张超（1985-）男，大学本科，中级级职称，主要研究方向电力系统及其自动化

（作者单位：1  国网江苏电力公司淮安供电公司;2  南京优能特电力科技发展有限公司）