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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/27 18:30:35
横向比较法在变压器绕组变形测试中的应用
姚森敬1，邝红樱2
（1．广东省电力试验研究所，广东广州510600；2．东莞电力工业局，广东东莞511700）
摘 要：在缺乏原始图谱的情况下，如何进行变压器内部绕组的变形测试？对此，提出了横向比较法的变压器绕组变形测试，即对同一台变压器的三相图谱，或同型号变压器的同一相别图谱进行比较，以此判断变压器是否存在绕组变形。通过实例介绍，阐释了该方法的判别过程。实践证明，采用横向比较法能较准确地判断出变压器内部绕组的变形情况。
关键词：变压器；绕组变形；横向比较法
中图分类号：TM407 文献标识码：A
目前，广泛应用频率响应法（FRA）来测量受短路电流冲击后的变压器内部是否存在绕组变形。据统计，全国已测量了超过2000台次的变压器频率响应图谱。广东省自1996年开展绕组变形测试工作以来，也测量了约600台变压器。由于大多数变压器已在系统中运行多年，缺乏原始的特征图谱，给波形分析和变形判断带来很大的困难。在实际工作中，我们发现对同厂同型的变压器，采用横向比较法同样可以有效识别图谱，进行变压器绕组的变形检测。1 判断方法
频率响应分析法诊断变压器绕组变形的基本原理，是建立在比较绕组频率响应特性变化的基础上的，即比较变压器绕组的结构特征“指纹”图。具体而言，是通过不同曲线的谐振峰谷的个数、位置、幅值、变化趋势等来判断曲线间的相似程度，即一致性，并以相关系数R值作为量化结果来表示所比较的特性曲线的相近程度，R值越大，曲线的相似程度越好。一般地，R＞1．0，则认为曲线相似程度好；R＜0．5，则认为曲线相异很大；0．5＜R＜1．0，则认为曲线轻度相异，一致性较差。对同一台变压器同一相别的前后两次测试图谱进行比较，特别是与投运前新变压器所测的特征图谱进行比较，以此来判断变压器是否存在绕组变形，称为纵向比较法。对同一台变压器的U，V，W三相图谱，或同型号变压器的同一相别图谱进行比较，以此判断变压器是否存在绕组变形，则称为横向比较法。应该说，纵向比较法的结果是比较可信的，不容易发生误判断，但是，由于现阶段大部分变压器缺乏原始特征图谱，因此，在实际工作中就需要更多地使用横向比较法。
以U，V，W三相图谱的差异来判断绕组是否变形，其前提是变压器制造工艺良好，三相绕组的结构基本一致。但有为数极少的变压器的三相绕组在结构上有差别，新变压器三相图谱的差异比较大，如果仅以比较三相图谱的差异来判断绕组是否变形，就有可能产生误判断。当在测量中发现三相图谱差别比较大时，应对同厂同型变压器的同一相图谱进行横向比较，以排除三相绕组结构差别的影响。这是因为同厂家同型号的产品，设计水平和制造工艺是相对固定的，即使是不同的变压器，同一相绕组的结构也是相似的，因此其特征图谱具有较好的一致性。在现场工作中，往往同一个变电站的几台变压器是采用了同厂同型的产品，通过测量和比较这些变压器的图谱，可以最大程度地减小因缺乏原始数据而造成的误判断。2 实例
2．1 数据统计
在东莞电力局进行变压器绕组变形普查时，发现有多台某厂生产的SFZ8－40000／110型变压器三相图谱差别很大，可能存在较为严重的绕组变形。由于该批产品自1993年投运以来，大多数在运行中均遭受过不同程度的短路电流冲击，部分变压器绕组内部可能存在绕组变形的累积效应。这种变形虽然不一定会马上引起变压器故障，但会成为事故的隐患，因为变压器内部的绕组变形不但会使机械强度严重降低，而且可能造成绕组内部绝缘损伤，或局部减小正常的绝缘距离。为了准确判断绕组是否变形，对所测的14台同厂同型的变压器进行了比较，结果如表1。
2．2 测量结果分析
应用横向比较法，先对测量结果进行三相图谱比较，当三相一致性较好且相关系数R都大于1时，可以判断绕组特性良好，变压器没有变形；当三相一致性不好及相关系数R小于1时，必须进行同厂同型变压器图谱的比较，确认是否由于变压器本身结构不同而导致三相原始特征图谱有差异。
由表1可知，所测14台变压器高压绕组U，V，W三相频谱曲线间相关系数全部大于1，波形一致性都很好，因此，仅从三相图谱的横向比较就可以判断全部变压器高压绕组没有变形。低压绕组中，8台变压器一致性较好，占57．1％；6台变压器一致性较差，占42．9％；相关系数全部大于1的有6台，占42．9％；相关系数在0．5～1之间的有7台，占50％；相关系数小于0．5的有1台，占7．1％。
从波形分析上看，14台同型号变压器图谱曲线谐振峰谷的个数、位置、幅值、变化趋势基本相似，但厦岗变电站、沙溪变电站、狮岭变电站的1号变压器和沙溪变电站、樟木头变电站的2号变压器等变压器的幅频特性明显优于主山变电站、道变电站、木井变电站的2号变压器和中棠变电站、虎门变电站的1号变压器。图1是三相一致性较好的厦岗变电站1号变压器的图谱，图2～图6是5台三相一致性较差的变压器的图谱。比较各变压器图谱，可以明显看到，图2～图6的曲线在频率为100～300kHz时有差异。由于14台变压器中有8台变压器三相一致性较好，说明并非由于变压器结构本身的差异导致主山变电站、道变电站的2号变压器和中棠变电站、虎门变电站的1号变压器等变压器的图谱出现差异，从而证明了一致性差且相关系数小于1的6台变压器可能存在绕组变形，其中相关系数最小且一致性差的主山变电站、道变电站的2号变压器及中棠变电站、虎门变电站的1号变压器变形最为严重，而木井变电站2号变压器和高步变电站1号变压器则可能有轻度变形。
为了进一步准确判断，还可对同型变压器的同相图谱进行横向比较。图7列出了6台变压器的低压V，W相图谱，通过横向对比，得出沙溪变电站、狮岭变电站的1号变压器及沙溪变电站、樟木头变电站的2号变压器是特性良好的变压器，而中棠变电站1号变压器则怀疑有绕组变形。图7中，中棠变电站1号变压器的频谱曲线在频率f＝200kHz时的第4个谐振峰明显提前至f＝150kHz附近，频率f＝400kHz时的第6个谐振峰则提前至370kHz附近，而其它的5条曲线则呈现较良好的一致性。可见，经过多年的运行及遭受多次不同程度的短路电流冲击后，中棠变电站1号变压器的低压绕组已发生了比较严重的变形。
用这种方法，同样可以判断主山变电站、道变电站、木井变电站的2号变压器和虎门变电站1号变压器等变压器低压绕组存在严重变形，而高步变电站1号变压器则可能有轻度变形。
3 吊检结果
根据绕组变形测量图谱及判断结论，对绕组变形最严重的中棠变电站、虎门变电站的1号变压器及道变电站、主山变电站的2号变压器分别进行了吊检，吊检结果很好地验证了测量结果。4台变压器吊检情况类似，表现为：1）调压线圈、高压线圈及引线基本完好，未发现变形或整体移位；2）低压绕组严重变形，如中棠变电站1号变压器低压V相和W相、道变电站2号变压器低压V相、主山变电站2号变压器V相和W相、虎门变电站1号变压器U，V，W三相（U相变形程度略轻），绕组产生幅向变形，出现整体鼓包突起，局部绕组由于变形严重已出现散匝。图8是中棠变电站1号变压器低压W相绕组整体沿轴向出现梅花状鼓包的变形图，图9是主山变电站2号变压器低压W相绕组由于鼓包变形导致中部散匝的变形图。另外已被判断为严重变形的木井变电站2号变压器也已停运等待吊检处理。
结构上，由于某厂SFZ8－40000／110型变压器低压绕组采用内外软纸筒的形式，装配时高、低压绕组分别套装，造成低、高压线圈之间及低压对铁芯之间呈软性结构，加上导线本身机械强度不够，导致几台变压器在外部短路时无法承受巨大的电动力而使低压绕组严重变形损坏。
4 结束语
作为一种变压器状态判断的新方法，绕组变形测量在国内虽已开展了几年，也得到各方面的重视，但目前还是处于经验积累阶段，相关的测量方法和判断准则尚无标准可依。面对大量缺乏原始特征图谱的在运行变压器，本文提出采用横向比较法对测试图谱进行对比分析，能较准确地判断出变压器内部的绕组是否变形。笔者认为，该方法可作为现阶段变压器绕组变形测试的主要判断方法。
作者简介：姚森敬（1969—），男，广东潮州人，1993年毕业于清华大学，工学学士，工程师，主要从事变压器试验工作。
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