变压器绕组变形讲课ppt课件.ppt

变压器绕组变形试验应用,一为什么要进行变压器绕组变形试验二变压器绕组变形测试原理三试验标准及试验周期四变压器绕组变形试验方法五怎样判断变压器是否变形六可能导致变压器变形试验的误判断几种情况七云南电网目前开展变压器变形试验情况八案例,一为什么要进行变压器绕组变形试验1.变压器绕组变形是指变压器短路后在电动力的作用下，绕组的尺寸或形状发生不可逆的变化，它包括轴向和径向尺寸的变化，器身位移、绕组扭曲，鼓包和匝间短路等。2.依靠一般常规试验不能检出变压器是否受损，必须进行绕组变形试验才能判断变压器是否受到损害。如果发现有变形现象可提前引起注意采取措施，并有计划地进行吊罩验证及检修，不但可节省大量人力物力，对防止变压器突发性事故也有极其重要的作用。,二变压器绕组变形测试原理1.变压器绕组变形试验目前主要采用频率响应法，其主要优点为不用放油吊罩，不用打开围屏拔出绕组，大多数情况下不用跟原始数据比较便能诊断110kV及以上变压器绕组是否发生变形。用频率响应分析法检测变压器绕组变形，主要是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的差异来判断变压器是否发生绕组变形。频率响应分析法的基本检测回路见图1,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。连续改变外施正弦波激励源VS的频率f(角频率=2f)，测量在不同频率下的响应端电压V2和激励端电压V1的信号幅值之比，获得绕组的幅频响应曲线。图1中L代表绕组单位长度的分布电感、K代表绕组单位长度的分布电容、C代表绕组单位长度对地分布电容，V1、V2分别为等效网络的激励端电压和响应端电压，VS为正弦波激励信号源电压，RS为信号源输出阻抗，R为匹配电阻。,3电力变压器在运行过程中不可避免地要遭受各种故障短路电流的冲击包括三相短路、二相短路，两相接地和相对地的故障等，在短路电流产生的强大电动力作用下，变压器绕组可能失去稳定性，导致局部扭曲、鼓包或移位等永久变形现象，严重时将直接造成突发性损坏事故。4变压器在运输过程中可能会遇到不能预见的冲击，造成变压器内部铁芯移位、线圈变形。,5.变压器短路故障如果发生在变压器出口附近，将承受不均匀巨大的轴向和径向电动力的作用，在短路电流作用下，初始故障的表现形式大多数表现为内绕组形状改变（尤其是自耦变压器）；如果绕组内部结构有薄弱环节必然会产生绕组变形现象。6.线圈发生变形并不表示马上要出事故，但变形部位在长期工作电压下绝缘会发生损伤，慢慢导致破坏最后发展为事故；基至在正常运行条件下因局部放电的长期作用也有可能发生绝缘击穿。,7.变压器绕组机械强度的丧失有时需要一个累积过程并不一定会立即导致损坏，在遭受短路后有的立即发生损坏事故，有的可以长时间运行基至长达几十年（变形程度而异），有的经过多次短路后才会造成损坏。8.进行变压器绕组变形试验主要是判断变压器在遭受短路故障电流冲击后绕组是否发生变形，从而可根据是否变形或变形严重程度来判断变压器是否需要检修来保证安全运行。,二变压器绕组变形测试原理1.变压器绕组变形试验目前主要采用频率响应法，其主要优点为不用放油吊罩，不用打开围屏拔出绕组，大多数情况下不用跟原始数据比较便能诊断110kV及以上变压器绕组是否发生变形。2.用频率响应分析法检测变压器绕组变形，主要是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的差异来判断变压器是否发生绕组变形。频率响应分析法的基本检测回路见图1,3.图1中L代表绕组单位长度的分布电感、K代表绕组单位长度的分布电容、C代表绕组单位长度对地分布电容，V1、V2分别为等效网络的激励端电压和响应端电压，VS为正弦波激励信号源电压，RS为信号源输出阻抗，R为匹配电阻。,4.在绕组一端加入电压信号Us(可依次输出不同频率的正弦波信号)通过数字化记录设备同时检测不同扫描频率下绕组两端对地信号U1（n）和U2（n）并进行相应处理，得到绕组的传递函数H（n）=20lg(n)/V1(n)；若绕组发生变形，绕组内部的分布电感、分布电容等参数必然改变，导致其等效网络传递函数H(j)的零点和极点发生变化，使网络的频率响应特性发生变化。5.由于每台变压器都对应有自已的响应特性，所以绕组变形后其内部参数变化，将导致传递函数的变化。绕组变形前的频率响应特性是分析和比较的基础。分析和比较变压器的频率响应特性，就可以发现变压器绕组是否发生了变形。,三试验标准及试验周期DL/T9112004电力变压器绕组变形的频率响应分析法1GB501502006电气装置安装工程电气设备交接试验标准7.012规定对于35kV及以下电压等级变压器，宜采用低压短路抗法；对于66kV及以上电压等级变压器，宜采用频率响应法测量绕组特征图谱2Q/CSG100072004电力设备预防性试验规程110kV及以上 1）6年 2）更换绕组 3）必要时（如发生短路后）,四变压器绕组变形试验方法1接线方式应按照表一所示的方式选定信号的输入（激励）端和测量（响应）端，以便日后对检测结果进行标准化对比。,2扫描频率间隔扫描频率的间隔应小于2kHz。3变压器绕组的幅频响应特性与分接开关的位置有关，宜在最高分接位置下检测，或者应保证每次检测时分接开关均处于相同的位置。4试验中要注意几种情况 因检测信号较弱，所有接线均应稳定、可靠，减小接触电阻（接线钳连接不当，夹得位置不同都可能影响接触）。, 两个信号检测端的接地线均应可靠连接在变压器外壳上的明显接地端（铁芯接地端），如接在套管法兰盘上要可靠接触（有漆要刮去），接地线应尽可能短且不应缠绕。试验时测量线要使接线方向尽量保持走向一致，检测单元要拉离套管，不能靠在套管上，也不能搭接在套管将军帽上；测量端子延长线不能用裸线（裸线是一根天线，干扰信号会耦合到该天线上，对地杂散电容也不同）,测试前将所有套管上的母线拆开，试验时架空引流线要远离测量点。（套管引线距离拉得不够远，来回摆动。会影响测量结果）这是为了把随变压器安装位置的不平衡母线电容的影响降到最小。测试时分接开关宜放在最高分接，如果是再次测试最好跟上次测得分接开关位置一致。,变压器绕组变形测试应在变压器停电一段时间后进行，要注意油温差别不要过大，最好在所有直流项目试验之前进行，如果绕组已进行直流试验项目则必须要充分放电（一定要将残余电荷放尽）以后进行，否则也会影响测试结果。应根据接线要求和接线方式，逐一对变压器的高、中、低压各个绕组分别进行检测，记录幅频响应特性曲线。,5测试方法：由于每台变压器都对应有自已的频率响应特征，分析和比较变压器的频率响应特征，就可以发现变压器绕组是否发生了变形；测试时如测高压线圈（一般为星形接法），频响仪输出电压一般可在高压绕组中性点O端与接地端之间输入，分别在A、B、C高压绕组端子与接地端得到不同频率下的频响曲线，如测低压线圈（一般为三角形接法），频响仪输出电压可在线圈首端与接地端之间输入，在线圈尾端与接地端之间得到不同频率下的频响曲线。,五怎样判断变压器是否变形1绕组变形分析判断变压器绕组存在变形故障时，一般其频响曲线的变化仅涉及部分频段，只有一小部分变形很严重的变压器，其频响曲线的变化才覆盖整个频段。如果怀疑有变形的变压器可参考同一厂家生产的同型号同连接方式绕组的幅频响应特性曲线，其生产日期越接近，参考价值越高。2.典型的变压器绕组幅频响应特性曲线，通常包含多个明显的波峰和波谷。经验及理论分析表明，幅频响应特性曲线中的波峰或波谷分布位置及分布数量的变化，是分析变压器绕组变形的重要依据。,3. 用频率响应分析法判断变压器绕组变形，主要是对绕组的幅频响应特性进行纵向或横向比较，首先可根据相关系数的大小，可较直观地反映出变压器绕组幅频响应特性的变化，相关系数R主要用来描述两条曲线间的相似程度，相关系数越大于1，则两曲线相似程度越高；用相关系数R判断变压器绕组变形，它表示曲线之间的相似程度和距离。通常可作为判断变压器绕组变形的一种手段。用相关系数判断变压器绕组是否变形依据的方法见表一。表一 相关系数与变压器绕组变形程度的关系（仅供参考）,4.频率响应特性曲线低频段（1kHz100kHz）的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组的电感改变，可能存在匝间或饼间短路的情况。频率较低时，绕组的对地电容及饼间电容所形成的容抗较大，而感抗较小，如果绕组的电感发生变化，会导致其频响特性曲线低频部分的波峰或波谷位置发生明显移动。对于绝大多数变压器，其三相绕组低频段的响应特性曲线应非常相似，如果存在差异则应及时查明原因。,5.幅频响应特性曲线中频段（100kHz600kHz）的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组发生扭曲和鼓包等局部变形现象。在该频率范围内的幅频响应特性曲线具有较多的波峰和波谷，能够灵敏地反映出绕组分布电感、电容的变化。,6.幅频响应特性曲线高频段（600kHz）的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组的对地电容改变，可能存在线圈整体移位或引线位移等情况。频率较高时，绕组的感抗较大，容抗较小，由于绕组的饼间电容远大于对地电容，波峰和波谷分布位置主要以对地电容的影响为主。,3用频率响应分析法判断变压器绕组变形，主要是对绕组的幅频响应特性进行纵向或横向比较，并综合考虑变压器的短路情况、变压器结构、电气试验及油中溶解气体分析等因素。纵向比较法纵向比较法是指对同一台变压器、同一绕组、同一分接开关位置、不同时期的幅频响应特性进行比较，根据幅频响应特性的变化判断变压器的绕组变形。该方法具有较高的检测灵敏度和判断准确性，但需要预先获得变压器原始的幅频响应特性，并应排除因检测条件及检测方式变化所造成的影响。,图2是某台变压器在遭受突发性短路电流冲击前后测得的低压绕组幅频响应特性曲线。遭受短路电流冲击以后的幅频响应特性曲线（LaLx02）与冲击前的曲线（LaLx01）相比较，部分波峰及波谷的频率分布位置明显向右移动，可判定变压器绕组发生变形。,图2：某台变压器在遭受短路电流冲击前后的幅频响应特性曲线,横向比较法 横向比较法是指对变压器同一电压等级的三相绕组幅频响应特性进行比较，必要时借鉴同一制造厂在同一时期制造的同型号变压器的幅频响应特性，来判断变压器绕组是否变形。图3是某台三相变压器在遭受短路电流冲击以后测得的低压绕组幅频响应特性。曲线LcLa（绿色）与曲线LaLb（蓝色）、LbLc（粉红色）相比，波峰和波谷的频率分布位置以及分布数量均存在差异，即三相绕组的幅频响应特性一致性较差。而同一制造厂在同一时期制造的同型号变压器的三相绕组的频响特性一致性却较好（图4所示），故可判定变压器在遭受突发性短路电流冲击后绕组变形。,图3：某台变压器遭受突发短路后三相低压绕组的幅频响应特性曲线,图4：与图3同型号变压器的三相低压绕组的幅频响应特性曲线,4 判断方法：测得频响特性一致性较好，可认为没有发生变形，频响特性一致性差或者仅有其中两相频响特性较为一致，调查该变压器有无历史数据，并将测得的频响曲线与原始记录在全频域和各段上分别进行纵向比较。，比较两者相关系数和谐振点；如低频段不一致，表示电感变化，必导致频响特性曲线低频段部分的谐振峰频率向右移动；中频段100kHz600kHz谐振峰发生明显变化，通常预示绕组发生扭曲和鼓包等局部变形现象，在这一频带内，分布电感和电容均发挥作用，其频率响应特性具有较多的谐振峰。在高频段（600kHz1000kHz）预示绕组对地电容变化或整体发生变形，对谐振峰变化的影响程度相对较低。,六可能导致变压器变形试验的误判断几种情况在变压器绕组变形实际测试中，由于测试过程中方法不当或经验不足导致误判断的情况，给测试结果的分析、判断带来困难甚至错误。究其主要原因除了测试经验外，主要还是测试方法有误。绕组变形测试判断依据一是三相测试波形之间比较相似性（谐振点基本一致），二是根据所测波形得到的相关系数来判断，而相关系数主要是与表一所给出的各种范围值进行比较和分析。如果简单地机械地照套表一中给出几种判断依据，很可能会导致误判断从而得出变压器明显变形或严重变形，因此一定要防止由于测试的原因而导致误判断现象出现。,1云南电网公司某变电站#1主变由于接地线位置不同而得到的两种不同的测量结果，图5为A相接地点选择在铁芯外引接地点上，而另外两被试相则选择在相应法兰盘上，A相接地线与其它两相相比其接地线过长，其频响曲线与另外二相比较相似性太差，主要原因就是接地线实际接的长度不一致而引起的，而相关系数如果按照表一范围要求将得出严重变形结论，但如果不重视接地线所接的位置，很可能会误判断而得出有变形的结论。实际上这台变压器虽然刚经受过出口短路但线圈并没有变形，图6是将接地线都接在法兰盘上做的试验结果，从图6中看到其真实波形非常相似而且相关系数也很好，三相曲线波形非常相似，相关系数也都满足表一中各频段的要求。,图 5 接地点位置不同某变电站#1主变波形,图6 接地点位置相同某变电站同一台#1主变波形,2云南电网公司某变电站#1主变同一台变压器中压绕组纵向（同一相前后二次）比较时的波形和相关系数，图7为交接时测量波形和相关系数，其频响特性相似性和相关系数都较好，图8为该变压器在经受短路后测量的波形和相关系数，其频响特性相似性和相关系数也都较好，从交接试验和经受短路后测量的波形和相关系数各自的横向（三相之间）比较来看，三相波形曲线都非常相似，相关系数基本都满足要求；可认为线圈没有变形，但如果从图9的同一台变压器纵向比较来看，两次测量的C相中、高频段频响曲线相似性（纵向）很差，按照表一范围要求可能误判为严重变形；因此要进行幅频响应纵向比较，一定要慎重，必须要避免由于测量本身原因而引起的误判断。,图 7变压器交接时测试波形和相关系数,图8同一台变压器短路后测试波形和相关系数,图9同一台变压器C相纵向比较的波形和相关系数,3 云南电网某变电站#1主变（三个单相）B相高压绕组分接开关档位不同时的测试波形，在低频段时绕组电感是主要影响因素，中频段时电感和电容同时起作用，高频段时主要是电容作用大，从#1主变三相波形相似性来看，中、低频段三相波形差异较大，高频段三相波形差异较小，而从谐振点来看，低频段谐振点最多，飘移程度也最严重，中频段其次，高频段基本没有谐振点，由于中低频段差异比高频段大，因此首先应该考虑电感是否发生了变化，而电感量发生变化除了绕组严重发生变形外，可能原因就是分接开关档位不一致，检查结果发现其它相试验档位在一档，而B相试验档位在六档，最后将档位都调在一档，其波形相似性和相关系数都非常好。图10某变电站#1主变B相分接开关档位不同的绕组变形试验数据，从波形上可以看出分接开关档位不同则波形明显不同。,图10某变电站#1主变B相分接开关档位不同的绕组变形试验数据,七云南电网目前开展变压器变形试验情况云南电力试验研究院于1995年就开始开展变压器绕组变形工作，是全国开展该项目较早的单位之一，采用的仪器为中国电力科学院伏安公司生产的第一代产品TDT1型变压器绕组测仪，其工作主要原理为频率响应法，用这台仪器电力试验研究院正确地测出了玉溪供电局红塔变电站220kV#1主变在10 kV母线短路后造成的低压c相绕组发生变形的结论，变压器吊置后证实确实已经发生了变形，,云南电网在2003年通过招标方式已为10个供电局配置了TDT5型变压器绕组测试仪，它们也是由中国电力科学院生产的第5代产品，目前各供电局基本已完成变压器绕组变形普查工作，建立了原始图谱数据，已进行了将近七百多台变压器绕组的变形试验,发现了几台变形较严重和轻微变形的变压器，为今后变压器在经受短路后绕组变形提供了判断依据，为保证云南电网安全运行起了很大作用。,八案例1玉溪供电局红塔山变电站1#主变绕组变形试验97年4月28日9：26云南省玉溪供电局红塔山变电站1#主变10kV母线穿墙套管击穿造成相间短路而发生套管爆炸，1#主变（SFPSZ7-120000/220GY）出口短路，该变压器经受短路冲击时间超过1秒（1.7秒），对该变压器进行了绕组变形测试，高压（图11）、中压（图12）绕组变形频响特性曲线相关系数均大于1，频响曲线均较为一致，其三相谐振点也较接近，可认为无变形现象，低压（图13）绕组LaLb(红色)与LcLa（蓝色）频响特线曲线基本相似，谐振点较为一致，相关系数也超过1（为1.29）而从LbLc（绿色)与LaLb(红色)和LbLc(绿色)与LcLa（蓝色）的频响特性曲线可以看到，频响特性曲线差异很大，其相关系数都小于0.5(分别为0.20和0.22)，而且谐振点位置也有明显差别，见图14；根据TDT型变压器绕组变形仪判断原则，相关系数小于0.5一般变压器认为有严重变形， 分析上述特点，可判断c相绕组有明显的变形现象。,图13红塔山变电站#1主变低压线圈绕组变形试验波形,为了慎重起见，将变压器低压侧三角形绕组头尾连片处解开（这台变压器低压绕组为三角形接法，头尾连接是在外边连接）从相绕组频响特性图上可以看到a相（红色）与b相（绿色）的 频响特性曲线相关系数为2.02，而c相（蓝色）与a相和c相与b相的频响特线曲线相关系数都小于0.5，分别为0.288及0.222,从图 14 频响特性曲线上也可以看到a相与b相频响特性曲线基本一致，谐振点也基本一致，亦即曲线基本重合，而c相与a相和c相与b相的频响特线曲线相差很大，谐振点也偏离很远，c相曲线滞后于a、b两相，可以认为低压c相绕组确实存在明显的变形现象，需要及时更换c相绕组。,图14红塔山变电站#1主变低压线圈相绕组变形试验波形,2 曲靖供电局220kV沾益变电站#1主变绕组变形试验2006年7月17日0点47分曲靖供电局220kV沾益变电站发生35kV、段母线及#1主变停电的设备事故，事响原因为线路雷击引起，最后导致#1主变35kV侧301开关发生爆炸，事故时间长达2.8s，变压器在近区短路时间过长引起变压器损坏。图15为低压绕组试验波形，图16为中压绕组试验波形，图17为高压绕组试验波形。,图15曲靖供电局沾益变电站#1变低压绕组变形试验波形,3昆明供电局黑林铺变电站#2主变绕组变形试验2007年1月30日18时15分，110kV黑林铺变电站#2主变高后备复压过流I段I时限、时限保护动作，重瓦斯保护动作；当晚对#2主变压器进行了检查和试验分析，绕组变形试验发现B相高压绕组变形，高压线圈直流电阻测量不平衡系数为1.09%，结论为合格。B相低压绕组直流电阻超标，ab绕组直流电阻偏大，不平衡系数为3.4%，结论为不合格。，油气分析结果总烃和乙炔超标，图18为低压绕组试验波形，图19为高压绕组试验波形。,图19昆明供电局黑林铺变电站#1变高压线圈绕组变形试验波形,该变压器返厂进行吊罩解体检查，发现主变B相高压绕组部分绝缘垫块松动位移，上部线圈有些松散；虽然高压线圈没有烧毁，但强大的径向电动力使高压线圈引起松动，A、C相无异常；主变B相低压绕组中部换位位置匝间短路，烧断绕组3股（图20）。,图20昆明供电局黑林铺变电站#1变B相低压线圈绕组烧毁照片,