變壓器繞組變形講課課件

變壓器繞組變形試驗應(yīng)用一．為什么要進行變壓器繞組變形試驗二．變壓器繞組變形測試原理三．試驗標(biāo)準(zhǔn)及試驗周期四．變壓器繞組變形試驗方法五．怎樣判斷變壓器是否變形六．可能導(dǎo)致變壓器變形試驗的誤判斷幾種情況七．云南電網(wǎng)目前開展變壓器變形試驗情況八．案例一．為什么要進行變壓器繞組變形試驗1.變壓器繞組變形是指變壓器短路后在電動力的作用下，繞組的尺寸或形狀發(fā)生不可逆的變化，它包括軸向和徑向尺寸的變化，器身位移、繞組扭曲，鼓包和匝間短路等。2.依靠一般常規(guī)試驗不能檢出變壓器是否受損，必須進行繞組變形試驗才能判斷變壓器是否受到損害。如果發(fā)現(xiàn)有變形現(xiàn)象可提前引起注意采取措施，并有計劃地進行吊罩驗證及檢修，不但可節(jié)省大量人力物力，對防止變壓器突發(fā)性事故也有極其重要的作用。變壓器繞組的幅頻響應(yīng)特性采用圖1所示的頻率掃描方式獲得。連續(xù)改變外施正弦波激勵源VS的頻率f(角頻率ω=2πf)，測量在不同頻率下的響應(yīng)端電壓V2和激勵端電壓V1的信號幅值之比，獲得繞組的幅頻響應(yīng)曲線。圖1中L代表繞組單位長度的分布電感、K代表繞組單位長度的分布電容、C代表繞組單位長度對地分布電容，V1、V2分別為等效網(wǎng)絡(luò)的激勵端電壓和響應(yīng)端電壓，VS為正弦波激勵信號源電壓，RS為信號源輸出阻抗，R為匹配電阻。3．電力變壓器在運行過程中不可避免地要遭受各種故障短路電流的沖擊包括三相短路、二相短路，兩相接地和相對地的故障等，在短路電流產(chǎn)生的強大電動力作用下，變壓器繞組可能失去穩(wěn)定性，導(dǎo)致局部扭曲、鼓包或移位等永久變形現(xiàn)象，嚴(yán)重時將直接造成突發(fā)性損壞事故。4．變壓器在運輸過程中可能會遇到不能預(yù)見的沖擊，造成變壓器內(nèi)部鐵芯移位、線圈變形。5.變壓器短路故障如果發(fā)生在變壓器出口附近，將承受不均勻巨大的軸向和徑向電動力的作用，在短路電流作用下，初始故障的表現(xiàn)形式大多數(shù)表現(xiàn)為內(nèi)繞組形狀改變（尤其是自耦變壓器）；如果繞組內(nèi)部結(jié)構(gòu)有薄弱環(huán)節(jié)必然會產(chǎn)生繞組變形現(xiàn)象。6.線圈發(fā)生變形并不表示馬上要出事故，但變形部位在長期工作電壓下絕緣會發(fā)生損傷，慢慢導(dǎo)致破壞最后發(fā)展為事故；基至在正常運行條件下因局部放電的長期作用也有可能發(fā)生絕緣擊穿。7.變壓器繞組機械強度的喪失有時需要一個累積過程并不一定會立即導(dǎo)致?lián)p壞，在遭受短路后有的立即發(fā)生損壞事故，有的可以長時間運行基至長達幾十年（變形程度而異），有的經(jīng)過多次短路后才會造成損壞。8.進行變壓器繞組變形試驗主要是判斷變壓器在遭受短路故障電流沖擊后繞組是否發(fā)生變形，從而可根據(jù)是否變形或變形嚴(yán)重程度來判斷變壓器是否需要檢修來保證安全運行。3.圖1中L代表繞組單位長度的分布電感、K代表繞組單位長度的分布電容、C代表繞組單位長度對地分布電容，V1、V2分別為等效網(wǎng)絡(luò)的激勵端電壓和響應(yīng)端電壓，VS為正弦波激勵信號源電壓，RS為信號源輸出阻抗，R為匹配電阻。三．試驗標(biāo)準(zhǔn)及試驗周期DL/T911—2004電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法1．GB50150—2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)7.012規(guī)定①對于35kV及以下電壓等級變壓器，宜采用低壓短路抗法；②對于66kV及以上電壓等級變壓器，宜采用頻率響應(yīng)法測量繞組特征圖譜2．Q/CSG1—0007—2004電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程110kV及以上1）6年2）更換繞組3）必要時（如發(fā)生短路后）2．掃描頻率間隔 掃描頻率的間隔應(yīng)小于2kHz。3．變壓器繞組的幅頻響應(yīng)特性與分接開關(guān)的位置有關(guān)，宜在最高分接位置下檢測，或者應(yīng)保證每次檢測時分接開關(guān)均處于相同的位置。4．試驗中要注意幾種情況①因檢測信號較弱，所有接線均應(yīng)穩(wěn)定、可靠，減小接觸電阻（接線鉗連接不當(dāng)，夾得位置不同都可能影響接觸）。②兩個信號檢測端的接地線均應(yīng)可靠連接在變壓器外殼上的明顯接地端（鐵芯接地端），如接在套管法蘭盤上要可靠接觸（有漆要刮去），接地線應(yīng)盡可能短且不應(yīng)纏繞。③試驗時測量線要使接線方向盡量保持走向一致，檢測單元要拉離套管，不能靠在套管上，也不能搭接在套管將軍帽上；測量端子延長線不能用裸線（裸線是一根天線，干擾信號會耦合到該天線上，對地雜散電容也不同）④測試前將所有套管上的母線拆開，試驗時架空引流線要遠離測量點。（套管引線距離拉得不夠遠，來回擺動。會影響測量結(jié)果）這是為了把隨變壓器安裝位置的不平衡母線電容的影響降到最小。⑤測試時分接開關(guān)宜放在最高分接，如果是再次測試最好跟上次測得分接開關(guān)位置一致。⑥變壓器繞組變形測試應(yīng)在變壓器停電一段時間后進行，要注意油溫差別不要過大，最好在所有直流項目試驗之前進行，如果繞組已進行直流試驗項目則必須要充分放電（一定要將殘余電荷放盡）以后進行，否則也會影響測試結(jié)果。應(yīng)根據(jù)接線要求和接線方式，逐一對變壓器的高、中、低壓各個繞組分別進行檢測，記錄幅頻響應(yīng)特性曲線。5．測試方法：由于每臺變壓器都對應(yīng)有自已的頻率響應(yīng)特征，分析和比較變壓器的頻率響應(yīng)特征，就可以發(fā)現(xiàn)變壓器繞組是否發(fā)生了變形；測試時如測高壓線圈（一般為星形接法），頻響儀輸出電壓一般可在高壓繞組中性點O端與接地端之間輸入，分別在A、B、C高壓繞組端子與接地端得到不同頻率下的頻響曲線，如測低壓線圈（一般為三角形接法），頻響儀輸出電壓可在線圈首端與接地端之間輸入，在線圈尾端與接地端之間得到不同頻率下的頻響曲線。3.用頻率響應(yīng)分析法判斷變壓器繞組變形，主要是對繞組的幅頻響應(yīng)特性進行縱向或橫向比較，首先可根據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小，可較直觀地反映出變壓器繞組幅頻響應(yīng)特性的變化，相關(guān)系數(shù)R主要用來描述兩條曲線間的相似程度，相關(guān)系數(shù)越大于1，則兩曲線相似程度越高；用相關(guān)系數(shù)R判斷變壓器繞組變形，它表示曲線之間的相似程度和距離。通常可作為判斷變壓器繞組變形的一種手段。用相關(guān)系數(shù)判斷變壓器繞組是否變形依據(jù)的方法見表一。表一相關(guān)系數(shù)與變壓器繞組變形程度的關(guān)系（僅供參考）相關(guān)系數(shù)R嚴(yán)重變形RLF＜0.6明顯變形1.0＞RLF≥0.6或RMF＜0.6輕度變形2.0＞RLF≥1.0或0.6≤RMF＜1.0正常繞組RLF≥2.0和RMF≥1.0和RHF≥0.6注：RLF為曲線在低頻段(1kHz~100kHz)內(nèi)的相關(guān)系數(shù)；

RMF為曲線在中頻段(100kHz~600kHz)內(nèi)的相關(guān)系數(shù)；

RHF為曲線在高頻段(600kHz~1000kHz)內(nèi)的相關(guān)系數(shù)。5.幅頻響應(yīng)特性曲線中頻段（100kHz~600kHz）的波峰或波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組發(fā)生扭曲和鼓包等局部變形現(xiàn)象。在該頻率范圍內(nèi)的幅頻響應(yīng)特性曲線具有較多的波峰和波谷，能夠靈敏地反映出繞組分布電感、電容的變化。6.幅頻響應(yīng)特性曲線高頻段（>600kHz）的波峰或波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組的對地電容改變，可能存在線圈整體移位或引線位移等情況。頻率較高時，繞組的感抗較大，容抗較小，由于繞組的餅間電容遠大于對地電容，波峰和波谷分布位置主要以對地電容的影響為主。圖2是某臺變壓器在遭受突發(fā)性短路電流沖擊前后測得的低壓繞組幅頻響應(yīng)特性曲線。遭受短路電流沖擊以后的幅頻響應(yīng)特性曲線（LaLx02）與沖擊前的曲線（LaLx01）相比較，部分波峰及波谷的頻率分布位置明顯向右移動，可判定變壓器繞組發(fā)生變形。圖2：某臺變壓器在遭受短路電流沖擊前后的幅頻響應(yīng)特性曲線②橫向比較法橫向比較法是指對變壓器同一電壓等級的三相繞組幅頻響應(yīng)特性進行比較，必要時借鑒同一制造廠在同一時期制造的同型號變壓器的幅頻響應(yīng)特性，來判斷變壓器繞組是否變形。圖3是某臺三相變壓器在遭受短路電流沖擊以后測得的低壓繞組幅頻響應(yīng)特性。曲線LcLa（綠色）與曲線LaLb（藍色）、LbLc（粉紅色）相比，波峰和波谷的頻率分布位置以及分布數(shù)量均存在差異，即三相繞組的幅頻響應(yīng)特性一致性較差。而同一制造廠在同一時期制造的同型號變壓器的三相繞組的頻響特性一致性卻較好（圖4所示），故可判定變壓器在遭受突發(fā)性短路電流沖擊后繞組變形。圖4：與圖3同型號變壓器的三相低壓繞組的幅頻響應(yīng)特性曲線4．判斷方法：測得頻響特性一致性較好，可認為沒有發(fā)生變形，頻響特性一致性差或者僅有其中兩相頻響特性較為一致，調(diào)查該變壓器有無歷史數(shù)據(jù)，并將測得的頻響曲線與原始記錄在全頻域和各段上分別進行縱向比較。，比較兩者相關(guān)系數(shù)和諧振點；如低頻段不一致，表示電感變化，必導(dǎo)致頻響特性曲線低頻段部分的諧振峰頻率向右移動；中頻段100kHz~600kHz諧振峰發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示繞組發(fā)生扭曲和鼓包等局部變形現(xiàn)象，在這一頻帶內(nèi)，分布電感和電容均發(fā)揮作用，其頻率響應(yīng)特性具有較多的諧振峰。在高頻段（600kHz~1000kHz）預(yù)示繞組對地電容變化或整體發(fā)生變形，對諧振峰變化的影響程度相對較低。六．可能導(dǎo)致變壓器變形試驗的誤判斷幾種情況在變壓器繞組變形實際測試中，由于測試過程中方法不當(dāng)或經(jīng)驗不足導(dǎo)致誤判斷的情況，給測試結(jié)果的分析、判斷帶來困難甚至錯誤。究其主要原因除了測試經(jīng)驗外，主要還是測試方法有誤。繞組變形測試判斷依據(jù)一是三相測試波形之間比較相似性（諧振點基本一致），二是根據(jù)所測波形得到的相關(guān)系數(shù)來判斷，而相關(guān)系數(shù)主要是與表一所給出的各種范圍值進行比較和分析。如果簡單地機械地照套表一中給出幾種判斷依據(jù)，很可能會導(dǎo)致誤判斷從而得出變壓器明顯變形或嚴(yán)重變形，因此一定要防止由于測試的原因而導(dǎo)致誤判斷現(xiàn)象出現(xiàn)。1．云南電網(wǎng)公司某變電站#1主變由于接地線位置不同而得到的兩種不同的測量結(jié)果，圖5為A相接地點選擇在鐵芯外引接地點上，而另外兩被試相則選擇在相應(yīng)法蘭盤上，A相接地線與其它兩相相比其接地線過長，其頻響曲線與另外二相比較相似性太差，主要原因就是接地線實際接的長度不一致而引起的，而相關(guān)系數(shù)如果按照表一范圍要求將得出嚴(yán)重變形結(jié)論，但如果不重視接地線所接的位置，很可能會誤判斷而得出有變形的結(jié)論。實際上這臺變壓器雖然剛經(jīng)受過出口短路但線圈并沒有變形，圖6是將接地線都接在法蘭盤上做的試驗結(jié)果，從圖6中看到其真實波形非常相似而且相關(guān)系數(shù)也很好，三相曲線波形非常相似，相關(guān)系數(shù)也都滿足表一中各頻段的要求。圖5接地點位置不同某變電站#1主變波形圖6接地點位置相同某變電站同一臺#1主變波形2．云南電網(wǎng)公司某變電站#1主變同一臺變壓器中壓繞組縱向（同一相前后二次）比較時的波形和相關(guān)系數(shù)，圖7為交接時測量波形和相關(guān)系數(shù)，其頻響特性相似性和相關(guān)系數(shù)都較好，圖8為該變壓器在經(jīng)受短路后測量的波形和相關(guān)系數(shù)，其頻響特性相似性和相關(guān)系數(shù)也都較好，從交接試驗和經(jīng)受短路后測量的波形和相關(guān)系數(shù)各自的橫向（三相之間）比較來看，三相波形曲線都非常相似，相關(guān)系數(shù)基本都滿足要求；可認為線圈沒有變形，但如果從圖9的同一臺變壓器縱向比較來看，兩次測量的C相中、高頻段頻響曲線相似性（縱向）很差，按照表一范圍要求可能誤判為嚴(yán)重變形；因此要進行幅頻響應(yīng)縱向比較，一定要慎重，必須要避免由于測量本身原因而引起的誤判斷。圖7變壓器交接時測試波形和相關(guān)系數(shù)圖8同一臺變壓器短路后測試波形和相關(guān)系數(shù)圖9同一臺變壓器C相縱向比較的波形和相關(guān)系數(shù)3．云南電網(wǎng)某變電站#1主變（三個單相）B相高壓繞組分接開關(guān)檔位不同時的測試波形，在低頻段時繞組電感是主要影響因素，中頻段時電感和電容同時起作用，高頻段時主要是電容作用大，從#1主變?nèi)嗖ㄐ蜗嗨菩詠砜矗?、低頻段三相波形差異較大，高頻段三相波形差異較小，而從諧振點來看，低頻段諧振點最多，飄移程度也最嚴(yán)重，中頻段其次，高頻段基本沒有諧振點，由于中低頻段差異比高頻段大，因此首先應(yīng)該考慮電感是否發(fā)生了變化，而電感量發(fā)生變化除了繞組嚴(yán)重發(fā)生變形外，可能原因就是分接開關(guān)檔位不一致，檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)其它相試驗檔位在一檔，而B相試驗檔位在六檔，最后將檔位都調(diào)在一檔，其波形相似性和相關(guān)系數(shù)都非常好。圖10某變電站#1主變B相分接開關(guān)檔位不同的繞組變形試驗數(shù)據(jù)，從波形上可以看出分接開關(guān)檔位不同則波形明顯不同。圖10某變電站#1主變B相分接開關(guān)檔位不同的繞組變形試驗數(shù)據(jù)七．云南電網(wǎng)目前開展變壓器變形試驗情況云南電力試驗研究院于1995年就開始開展變壓器繞組變形工作，是全國開展該項目較早的單位之一，采用的儀器為中國電力科學(xué)院伏安公司生產(chǎn)的第一代產(chǎn)品TDT—1型變壓器繞組測儀，其工作主要原理為頻率響應(yīng)法，用這臺儀器電力試驗研究院正確地測出了玉溪供電局紅塔變電站220kV#1主變在10kV母線短路后造成的低壓c相繞組發(fā)生變形的結(jié)論，變壓器吊置后證實確實已經(jīng)發(fā)生了變形，云南電網(wǎng)在2003年通過招標(biāo)方式已為10個供電局配置了TDT—5型變壓器繞組測試儀，它們也是由中國電力科學(xué)院生產(chǎn)的第5代產(chǎn)品，目前各供電局基本已完成變壓器繞組變形普查工作，建立了原始圖譜數(shù)據(jù)，已進行了將近七百多臺變壓器繞組的變形試驗,發(fā)現(xiàn)了幾臺變形較嚴(yán)重和輕微變形的變壓器，為今后變壓器在經(jīng)受短路后繞組變形提供了判斷依據(jù)，為保證云南電網(wǎng)安全運行起了很大作用。八．案例1．玉溪供電局紅塔山變電站1#主變繞組變形試驗97年4月28日9：26云南省玉溪供電局紅塔山變電站1#主變10kV母線穿墻套管擊穿造成相間短路而發(fā)生套管爆炸，1#主變（SFPSZ7--120000/220GY）出口短路，該變壓器經(jīng)受短路沖擊時間超過1秒（1.7秒），對該變壓器進行了繞組變形測試，高壓（圖11）、中壓（圖12）繞組變形頻響特性曲線相關(guān)系數(shù)均大于1，頻響曲線均較為一致，其三相諧振點也較接近，可認為無變形現(xiàn)象，低壓（圖13）繞組LaLb(紅色)與LcLa（藍色）頻響特線曲線基本相似，諧振點較為一致，相關(guān)系數(shù)也超過1（為1.29）而從LbLc（綠色)與LaLb(紅色)和LbLc(綠色)與LcLa（藍色）的頻響特性曲線可以看到，頻響特性曲線差異很大，其相關(guān)系數(shù)都小于0.5(分別為0.20和0.22)，而且諧振點位置也有明顯差別，見圖14；根據(jù)TDT型變壓器繞組變形儀判斷原則，相關(guān)系數(shù)小于0.5一般變壓器認為有嚴(yán)重變形，分析上述特點，可判斷c相繞組有明顯的變形現(xiàn)象。圖13紅塔山變電站#1主變低壓線圈繞組變形試驗波形為了慎重起見，將變壓器低壓側(cè)三角形繞組頭尾連片處解開（這臺變壓器低壓繞組為三角形接法，頭尾連接是在外邊連接）從相繞組頻響特性圖上可以看到a相（紅色）與b相（綠色）的頻響特性曲線相關(guān)系數(shù)為2.02，而c相（藍色）與a相和c相與b相的頻響特線曲線相關(guān)系數(shù)都小于0.5，分別為0.288及0.222,從圖14頻響特性曲線上也可以看到a相與b相頻響特性曲線基本一致，諧振點也基本一致，亦即曲線基本重合，而c相與a相和c相與b相的頻響特線曲線相差很大，諧振點也偏離很遠，c相曲線滯后于a、b兩相，可