变压器绕组变形短路阻抗测试法及其结果分析

变压器绕组变形短路阻抗测试法及其结果分析

宋辉

国网新疆电力有限公司电力科学研究院乌鲁木齐830011

摘要：本文介绍了电力变压器绕组变形的基本原理以及短路阻抗的测试和计算方法。并通过几个实例，介绍了如何利用测得阻抗值分析、判断变压器绕组变形的方法和应用。

关键词：变压器；绕组变形；短路阻抗；结果分析

引言

作为电力系统中重要的主设备，变压器的安全运行将严重影响电网的安全运行。近年来，国内许多大型变压器事故都是由于变压器低压侧短路造成的。变压器的抗短路能力已成为衡量变压器的重要指标，是保障电网中、低压系统安全运行的必要条件。目前，在电网中运行的变压器有些为老旧变压器，有的运行年限多达几十年，这些变压器抗短路能力差，容易在遭受突发短路时因承受不了过大的电动力而造成设备损坏。还有的变压器损耗低，有的为节省原材料，但变压器低压绕组未采取足够的抗短路措施，在不大的短路电流下变压器就会损坏。因此，正确地诊断变压器绕组变形程度，合理检修变压器是提高变压器抗短路能力的一项重要措施。

根据相关规定，发生出口短路要对变压器进行低电压阻抗的测试。目前国内外对变压器的绕组变形试验方法主要有三种方法：1、阻抗法，2、低压脉冲法，3、频率响应分析法。因低电压阻抗法其方法简单，所用仪器均是常用仪器，因此一般试验人员均能熟练掌握，是非常广泛使用的一种方法。

一、变压器绕组变形的原理及受力分析

变压器遭到突发短路时，如果短路电流小，继电保护快速动作切除故障，对变压器绕组的影响是轻微的；如果短路电流大，继电保护动作时间长，甚至拒动，则对变压器绕组的影响将是严重的，甚至有可能造成变压器损坏。对于轻微的变形，如果不及时检修，在多次短路冲击后，累积效应也会使变压器损坏。

变压器绕组发生局部机械变形后，其内部的电感、电容等分布参数必然随之发生相对变化。然而，由于变压器结构、生产厂家的不同，其绕组承受短路电流的能力不同，在承受相同短路电流后，其绕组变形的程度、变形后内部分布参数的相对变化等往往相差较大。特别是在一个电网中，变压器种类繁多，生产厂家各不相同，如何对遭受出口或近区短路变压器的绕组变形程度作出准确判断，仍有待探讨。由于线圈中漏磁的存在，载流导线在漏磁作用下受到电动力的作用，特别是在线圈突然短路时，电动力最严重，比正常运行时大几十倍，可能使导线拉断，也可能使线圈扭曲，失去稳定性。漏磁通常可分为纵轴分量和横轴分量。纵轴磁场使线圈产生幅向力，横轴磁场使线圈受轴向力。幅向力使外线圈受到拉伸应力，内线圈受到压缩应力。

轴向力的产生分为两部分，一部分是由于线圈端部漏磁弯曲部分的横向分量与载流线圈作用而产生。它使内外线圈都受压力，这种压力由于端磁场最大而最大，到了中部几乎为零，到线圈另一端改变力的方向。另一部分由于内线圈安匝不平衡，产生横向漏磁与载流线圈作用而产生，它使外线圈受拉。安匝不平衡越大，该轴向力也越大。

变压器经受外部短路时，内线圈受压力，容易失衡。这是变压器机械强度最薄弱的环节，巨大的短路电流使导线发热，即可能直接损伤变压器导线的固体绝缘，也可能降低导线的机械强度，导致热和电动力的破坏。变压器径向机械强度较强，轴向机械强度比较薄弱。由于线圈变形使匝间及层间绝缘距离改变。从而导致纵绝缘及主绝缘的破坏，进而发生严重的线圈击穿及短路的故障。

二、绕组变形导致阻抗值的改变

在变压器制造完成后，它的结构固定不变的情况下，Xk是不变的，Zk随温度变化略有变化，这是因为Rk温度变化而变化，对于大容量变压器，因为R很小故X≈Z。所以用Zk—短路阻抗来衡量变压器绕组是否变形是具有实际意义的。因根据大量的实践和解剖发现，当Zk的变化量在2%时，绕组有可能变形。

线圈套在铁芯柱上，相当于一个带铁芯的电感线圈，当线圈的匝数，长度和铁磁材料一定时，和线圈匝间距离及形状不变时，线圈与铁芯距离一定时，它的电感量就确定了，就具有一定值的电感L。当这些距离改变，形状改变，它的电感量一定也改变，当一台良好的变压器，若线圈未变形，结构没有松动，位移，那它的电感量L也就不会发生变化。如果线圈变形，位置改变，几何空间距离的改变，那它的电感量就一定会发生改变。制造厂出厂试验时，有短路电压的测量数据，在铭牌上均有表示，根据短路电压Uk就能计算出Zk。单相变压器Zk=Uk/IN三相变压器Zk=Uk/（IN）

Zk—短路阻抗ΩUk—短路电压VIN—额定电流A

短路阻抗值Zk比较小，一般在几十欧姆，它对限制短路电流有重大作用。同时也能根据阻抗值的变化监测绕组结构是否松动、扭曲、鼓包、和匝间短路，绕组的尺寸或形状是否发生不可逆的变化，包括轴向和径向尺寸的变化。

三、低电压分相测量变压器短路阻抗的测试方法及计算

大型变压器一般有三个绕组即高压、中压、低压。短路阻抗测量时，应分别对绕组测量Zk值：高压加压——中压短路，高压加压——低压短路，中压加压——低压短路。

对于加压侧绕组为Y接线有中性点引出者，应对A0，B0，C0分别加压试验。其试验图及计算公式如下：

A0加压I=IAUA0=UAZk=UA0/IA

对于加压侧绕组为Y接线无中性点引出者，应对AB，BC，CA分别加压试验。其试验图及计算公式如下：

AB加压I=IA=IBUA=UAB/2Zk=UAB/（IA×2）

对于加压侧绕组为△接线，应对AB，BC，CA分别加压试验，同时分别短接BC，AC，AB。其试验图及计算公式如下：

AB加压短接BCIA=IB=I/2UAX=UABZk=(UAB×2)/I

短路阻抗的测量一般从高压侧加压，串接电流表，功率表，并接电压表，低压侧短路，短路线载面要尽量与套管桩头相配，而且长度尽量短，接触良好，当电流达到额定值时，读取电压表值，记录温度——油温，及气温。接线图如下：

短路阻抗接线图

T—三相调压器，输出电流大于10A

T1—被试变压器

V—电压表0.5级0-600V

A—电流表0.5级

W—功率表0.5级，COSψ=0.1

注意事项：

电流应选择额定电流的1%-10%之内。

电流应取整数，如5A、8A、10A。

加压过程中应在1A、2A、3A…10A各点读取电压数据。

若表计量程不够可以串接标准电流互感器。

调压器输出电流应大于10A。阻抗值过高时应用三相调压器取380V电源。

所有接线及短路线应有足够截面和长度。

铭牌上的短路电压Uk%是75℃时的计算值，在现场测量时，往往油温不在75℃，所以测量后所计算的Zk值要低于根据铭牌Uk%所计算出来的Zk。必要时要进行换算。

下面以一单相变压器短路阻抗测试及计算为例：设有一单相变压器，假设油温35℃，50KVA,10/0.4KV，5A/125A，线圈为铜导线。经调压器调压，电流表读取5A，功率表150格，电压表读取340V，然后退调压器至零位，拉开刀闸切断电源，以上数据均已记录，根据数据，首先计算负载损耗Pk=UICOS×读数/满刻度数：

Pk35℃=(600×5×0.1×150)/150=300瓦

Uk35℃=340V

因小容量变压器不计算附加损耗，可以认为Pk=I2R，全部是电阻上的损耗，所以要计算到75℃下的负载损耗，Pk75℃

Rk35℃=P/I2=300/25=12Ω

Rk75℃=((T+75)Rk35℃)/(T+35)=((235+75)×12)/(235+35)=13.77Ω

Pk75℃=I2×Rk75℃,PK75℃=52×13.77=25×13.77=344瓦

Zk35℃=U/I,Zk35℃=340/5=68Ω

Xk—短路电抗不随温度变化而变化，不进行温度换算

Uk75℃=Zk75℃×I=68.3×5=341.5V

Uk%=(Uk/Un)×100%=(341.5/10000)×100%=3.41%

通过短路试验可以计算出75℃时的几种参数。

Uk%—短路电压百分数。

Pk—75℃下的短路损耗（瓦）

Xk—短路电抗（Ω）

Rk—短路电阻（Ω）

Zk—短路阻抗（Ω）

大型变压器要计算附加损耗。因是小容量变压器在此不要计算附加损耗。低电压阻抗法测量的Zk值与温度有关系，所以每次测量要归算到75℃（对于油浸式）对于干式要换算到120℃。从以上数据可以看出Zk35℃=68Ω，Zk75℃=68.3Ω增大百分之零点四四，试验时油温最好与上一次接近，这样阻抗值可以对比。

在实际现场分相试验的最大好处是可以每相的阻抗值相互比较和以往的数据进行比较及出厂的短路阻抗值进行比较。对绕组施以不同的电流，取其各对应的电压值，所测数据计算后列表，通过对比其Zk的变化量，对于判断绕组变形程度，具有很大方便。

结束语

综上所述，对于变压器绕组变形的危害现在已广泛引起注意。光加强监测是一方面，更重要的是各方面都要重视，消除不利因素，提高运行可靠性。电力行业的各部门应联手努力，共同创造一个使变压器延长寿命，保证可靠供电的良好局面。

参考文献

[1]国家标准GB1094.5-85《电力变压器》.

[2]陈化刚.电力设备预防性试验方法及其诊断技术,北京：中国电力出版社，2001.

[3]曾刚远..测量短路阻抗是判断变压器绕组变形的有效方法,变压器、1998(8).