基于低電壓短路阻抗法判斷變壓器繞組變形的影響因素分析

鄧長生 王慶東

（國網四川省電力公司資陽供電公司，四川資陽641300）

0 引言

變壓器在運輸和安裝過程中受到碰撞和沖擊，在運行中受到出口（或近區)短路的沖擊，在電動力或機械力的作用下，繞組的幾何形狀可能會發生不可逆轉的變化，比如繞組整體發生位移，或繞組發生扭曲、鼓包、匝間或餅間短路等繞組軸向或徑向尺寸的變化現象。變形嚴重的可能伴隨絕緣材料的損傷，甚至絕緣破裂，進而引發變壓器事故。低電壓短路阻抗法作為判斷變壓器繞組是否變形的傳統方法，有明確的判斷標準，在現場得到了廣泛應用。

1 短路阻抗法基本原理

短路阻抗是指額定頻率和參考溫度下，一對繞組中某一繞組端子之間的等效串聯阻抗Zk=Rk+jXk（Ω）。對于110kV及以上的變壓器，電阻分量在短路阻抗中所占比例非常小，短路阻抗值主要是電抗分量，短路阻抗測試時變壓器等效電路如圖1所示。一般情況下，勵磁阻抗比漏阻抗大得多，可忽略，因此短路阻抗的數值基本可以認為是變壓器的漏電抗Xk的大小。若變壓器繞組結構發生變化，漏磁通的磁路將發生變化，從而改變變壓器短路阻抗值，這就是通過測量變壓器的短路阻抗判斷變壓器繞組是否變形的原理。

圖1 短路阻抗測試變壓器T形等效電路

現場測試時由于條件有限，特別是對大型變壓器，難以達到額定電流。而變壓器漏磁通回路中，油、紙、銅等非鐵磁性材料是磁路的主要部分，99.9%以上磁壓降落在線性的非磁性材料上，漏抗在電流從零到額定電流的范圍內可以認為是不變的，因此可以用低電壓短路阻抗法測量，與額定電流下的測試結果基本一致，不會影響其重復性。

短路阻抗可用無量綱的相對值表示，即表示為該繞組中同一繞組的參考阻抗Zref的分數值z，若用百分數表示，即：

其中，Zref=UN2/SN，UN為Z和Zref所屬繞組的電壓，SN為額定容量基準值。

此相對值等于該對繞組的短路電壓，通常用百分數表示，即阻抗電壓Uk%。

2 影響短路阻抗測試結果的因素

2.1 鐵芯剩磁

短路阻抗測試是建立在勵磁阻抗遠大于漏阻抗的前提下，而變壓器鐵芯的剩磁會導致勵磁電感測量值減小，直接造成變壓器阻抗值偏小，從而增加了低電壓短路阻抗測試的誤差。剩磁量越大，誤差就越大，如不注意，容易造成試驗人員誤判斷，所以低電壓短路阻抗測試宜安排在所有直流試驗項目之前，當懷疑有剩磁影響時，應先對變壓器進行消磁。

2.2 繞組溫度

由于短路阻抗包括電阻分量Rk和電抗分量Xk，前者與溫度有關，隨溫度增加而增加，所以應準確記錄測試時的繞組溫度，以便將短路阻抗試驗數據校正到參考溫度。一般換算到75℃：

式中，k=（235+75）/（235+t）；Ukt和Pkt為繞組溫度為t℃時的短路阻抗和負載損耗；SN為變壓器額定容量。

2.3 試驗電源

短路阻抗包括電阻分量Rk和電抗分量Xk，后者與頻率有關，一般為工頻參數。有時因為檢修電源或發電機電源頻率不滿足工頻條件，會對短路阻抗值產生影響，應對測試結果進行校正。當試驗頻率與額定頻率偏差小于5%時，短路阻抗可以認為近似相等，阻抗電壓則按下式折算：

式中，f為試驗電源頻率，fN為工頻50Hz，UX%與Ur%分別為試驗頻率下的短路阻抗無功分量和有功分量。

若同時考慮溫度和頻率換算，則有下式：

另外，試驗電源的電壓波動可能造成較大的測試誤差，因此測量要選取較穩定的試驗電源，并且可以通過平均法多次測量數據，對其進行處理，最大限度降低數據誤差。當現場測試結果異常時，應監測電源質量，必要時更換穩定可靠的試驗電源進行復測，排除試驗電源對測試結果的影響。

2.4 試驗接線

測量時一對繞組的一側需短接，短接用的導線應有足夠的截面積，連接處必須接觸良好，且接線盡可能短，以減小引線回路電阻。測試線的長短也會影響測試結果，為保證測試精度，電壓測量回路應直接接在被試變壓器的出線端子上，以免引入電流測試線上的電壓降。

2.5 其他影響判斷的因素

比如現場工頻干擾，耦合到試驗回路引起誤差。另外，縱向對比常采用變壓器銘牌數據作為初始值，已有多起銘牌阻抗電壓值錯誤的案例，因此試驗結果異常時，在排除環境、人員、儀器等各因素后，還要注意銘牌數值和出廠試驗測試值是否有問題，這在交接試驗時尤為重要。

現場測試時往往受各種因素綜合影響，容易使人產生誤判，因此在排除各種影響因素后，如果數據仍然異常，應結合頻率響應法、繞組電容法、繞組直流電阻測試、油色譜分析等其他試驗進行綜合判斷。

3 測試案例及數據分析

四川某供電公司在對某220kV變壓器做例行試驗時，發現低電壓短路阻抗異常，變壓器型號為SFPSZ8-120000/220，測試時繞組溫度為44℃，數據如表1所示。

表1 短路阻抗試驗數據

其高壓側額定檔對低壓側短路阻抗初值差達到1.39%，接近注意值1.6%，中對低短路阻抗最大相間互差達到3.32%，超過標準值2.0%。

從表2可知，中對低短路阻抗C相增加較大，低壓C相繞組可能存在變形。為進一步分析，還需要利用繞組電容量測試、頻響法進行驗證。

表2 中壓對低壓繞組短路阻抗

為便于分析繞組電容量變化情況，按文獻[1]的方法換算各繞組間和繞組對地的電容量，結果如表3所示。

從試驗數據上看，低壓繞組對鐵芯及地電容量增加，初值差達10.2%，低壓繞組存在變形。

圖2是低壓繞組的頻響曲線，從幅頻特性圖譜分析，中頻段A相與B相、B相與C相相關系數均低于0.6，參照DL/T911—2016《電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法》，低壓繞組存在明顯變形。最后對該變壓器返廠吊罩檢查，發現高、中壓繞組未發生變形，低壓繞組A、B相未明顯變形，C相發生變形，證明了試驗分析的有效性。

表3 換算后的電容量

圖2 低壓繞組頻響曲線

4 結語

低電壓短路阻抗測試簡單易行，試驗數據直觀，通過橫向比較能分析出變形繞組的相別。在實際測試時，要注意消除可能的影響因素，同時還應結合頻率響應法、電容量變化法、繞組直流電阻測試等其他試驗結果進行綜合分析，增加繞組變形判斷的準確性。