检测绕组及铁心变形 位移的低电压短路电抗法及所用仪器

1、检测绕组及铁心变形、位移的低电压短路电抗法及所用仪器王登第任天保摘要：概述了用于检测绕组和铁心变形、位移的低电压短路电抗法的原理，并介绍了所使用的仪器CD9882型变压器动稳定状态参数测试仪的性能及应用。关键词：变压器电抗法绕组铁心变形仪器1前言在电网中运行的变压器，经常受到各种运行条件下的短路冲击。目前，有些国产大型变压器还达不到完全适应电网短路事故的要求，所以，由短路冲击造成的变压器故障时有发生。诊断变压器运行中承受短路电流冲击后有无异常变化的方法有：电抗法、频率响应法、低电压脉冲法等。目前，有标准可依的只有电抗法。国家电力公司颁发的2000589号文件防止电力生产重大事故的二十五项重点要

2、求（以下简称二十五项反措）中第15.2.5条规定：“对110KV及以上电压等级变压器在出厂和投产前应做低电压短路阻抗测试以留原始记录”。第15.6条又规定：“变压器在遭受近区突发短路后，应作低电压短路阻抗测试，并与原始记录比较，判断变压器无故障后，方可投运。”国标GB1094.51985电力变压器中，不仅规定了短路试验方法，而且还规定了变压器经受短路电流冲击的判据，规定圆形同心式绕组的变压器在短路电流冲击前后电抗值的变化是否大于2%作为判断变压器的是否要求进行解体检查的依据。国际电工委员会在新标准IEC 600765：2000中对使用电抗法判断变压器绕组位移、变形作了推荐和规范。由此可见，用低

3、电压短路电抗法判断变压器受短路电流冲击后是否发生故障长期以来是在电力系统运行和维护中被认可的，并被各级电力管理部门列入相关规定的可靠方法。2低电压短路电抗法原理变压器短路阻抗是当负载阻抗为零时变压器内部的等效阻抗。短路阻抗的电抗分量，一般可认为即是变压器绕组的漏电抗。绕组的漏电抗包含横向漏电抗和纵向漏电抗两部分，但无论是横向漏电抗还是纵向漏电抗，其电抗值都是由绕组的几何尺寸所决定的。对一台变压器而言，当绕组变形、几何尺寸发生变化时，其短路电抗值也发生变化。如果运行中的变压器受到短路电流的冲击，为了检查其绕组是否变形，就可将变压器受短路冲击后的短路电抗值与变压器出厂时的短路电抗值进行比较，根据其

4、变化程度判断变压器是否发生绕组、铁心变形、位移及其故障程度1。因为短路阻抗值近似于短路电抗值，也可用短路阻抗法来判断。3用于实现低电压短路电抗法测量绕组、铁心变形、位移的仪器3.1仪器简介依据低电压短路电抗法测量变压器绕组、铁心变形位移的原理及国标GB1094.5-1985和IEC标准的有关规定，我厂科技人员采用最新测试技术及手段，吸取发达国家先进的变压器检测经验，研制成“CD9882型变压器动稳定状态参数测试仪”（以下简称CD9882测试仪）。它可在低电压下实测变压器短路阻抗、短路电抗、空载损耗、空载电流等参数。用户可通过历次测得值的纵向比较和各单相之间的横向互比，诊断出变压器承受短路电流冲

5、击后的动稳定状态有无劣化（绕组变形、位移和铁心松动、位移）趋势和劣化程度，并依此评估变压器运行可靠性，进而判断变压器是否需要进行芯体检修或更新，确保电力系统安全、经济运行。3.2仪器的基本工作原理为了提高仪器在现场测量数据的准确性和复验性，测量电路采用了模拟电路与数字电路相结合的工作原理，数据传递及数据处理参见图1。图1 仪器的基本工作原理框图电压输入回路和电流输入回路采用了高精度零磁通互感器，其优点是精度高、线性好、体积小、电压测量范围达到3050V，电流测量范围达到了0.0360A。电压和电流真方均根值测量电路能在波形发生严重畸变情况下准确测量，可确保电压、电流基准量的高精度测量。低功率因

6、数功率测量电路的设计借鉴了0.02级低功率计（进口仪表）测量原理，其测量值的准确性和稳定性属国内领先水平。数据采样保持电路能使电压、电流、功率信号同时采集并保存，可大大提高测量数据的离散性。数字电路与模拟电路相结合测试，提高了测试精度，达到智能化测试。3.3仪表的基本测试项目及性能3.3.1测试项目3.3.1.1可用三相法同时测取，并自动显示和记录以下10个量值（1）三相电压：Ua，Ub，Uc （2）Ia，Ib，Ic （3）三相功率： Pa，Pb，Pc （4）电源频率：f3.3.1.2可自动计算后显示和记录以下量值（1）相平均电压：Un （2）三相平均电流：In（3）三相的分相功率因数：cos

7、a， cosb， cosc（4）三相总功率：P3.3.1.3可用三相法测取（各单相值和三相平均值或三相总和值），并能自动换算到额定或约定条件下进行显示和记录变压器的下列动稳定状态参数（1）载电流：Ios （2）空载损耗：Pos （3）空载等值阻抗：Zos （4）短路电抗：Ux （5）短路阻抗：Zx可用单相法分别测取、换算、显示、记录变压器各单相的动稳定状态参数值，测试项目与3.1.1.1相同。3.3.2量程范围3.3.2.1基本量程电压：30500V 频率：4565Hz 电流：0.0360A 功率因数：0.031.03.3.2.2扩充量程电压、电流可通过电压互感器（PT）和电流互感器（CT）扩

8、充到所需的任意值，对其它各测试量，本仪器能按互感器的倍率自动地相应扩大。3.3.3测量准确度（在标准条件下）电压（真有效值）：0.2级 电流（真有效值）：0.2级频率： 0.1级 阻抗电压： 0.2级短路阻抗：0.2级 短路电抗：0.2级损耗：cos0.5时,0.2级0.5>cos0.2时，0.5级 0.2>cos0.03时，1.0级功率因数：同损耗3.3.4测量复验性在±0.2%以内仪器可直接用220V/380V作为试验电源。该仪器测试量限宽，无需外配互感器。其测量方法简便、快速。由于该仪器配有专用诊断软件，可自动生成测试报告，又是一种便携式智能仪器，因此特别适用于现场

9、测试。4CD9882型变压器动稳定状态参数测试仪的使用两年多来，本仪器在西安、沈阳、保定、长沙等变压器制造厂、研究所及甘肃、江苏、湖南、河北、山东、辽宁、吉林、山西、陕西、宁夏等地的电力系统广泛试用，实测了10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV的变压器百余台次，均获得满意的效果，完全达到国标GB1094.5-1985中规定的“所有电抗测量达到的复验性应在±0.2%以内”，并检出了多台动稳定状态劣化的变压器。4.1该仪器对故障变压器检测判断准确2001年7月甘肃省中试所高压室使用该仪器对已经出现故障的一台变压器作了复测，现将测试实例介绍如下：【例1】 甘肃电

10、石厂1号SFSZ9-40000/110变压器额定容量：40/40/20kVA 额定电压：110±8×1.5%/35±5%/10.5KV1998年3月该产品在正常运行中A、C相差动保护，重瓦斯保护动作，变压器退出运行。为了找出故障原因，使用CD9882测试仪在现场进行测试，其方法如下：1、用低电压短路电抗法进行绕组测试（现场试验电源是235V），实测出高一低Uk值为16.486%，与铭牌Uke=17.5%值相比，误差为-5.731%；进一步实测A、B、C相短路电抗值，其值分别为41.56、49.07、49.30，A相电抗值与B、C相电抗值偏差约为18.62%。三相短

11、路阻抗值及单相短路电抗值与铭牌值相比误差均已超出5%。2、用低电压（231V）进行铁心测试时，发现10KV绕组中A相电流与B、C相电流相比成百倍增大。结论：该变压器经由省中试所诊断，发现为A相绕组严重烧坏，铁心也发生移动。已经确定解体大修。经使用CD9882测试仪重复测试，测试结果一致。因此，可证明该仪器技术性能达到了预期要求。4.2该仪器在低电压条件下可准确测量二十五项反措中对低电压法作了优先推荐，经过两年多时间，我们应用低电压法做了上百次试验，取得了可贵的经验，并成功地用电压220V/380V的试验电源进行了测试。该方法的试验成功，使低电压短路电抗法在实际工作中的推广应用成为可能。下面介绍

12、在变压器厂及变电站现场的测试实例。【例2】OSFPZ8150000/330变压器额定容量：50/150/50MVA额定电压345±8×1.25%/121/11KV制造厂家：西变厂测试地点：西安变压器厂试验中心测试结果：见表1表1 OSFPZ8150 000/330变压器测试结果绕组开关位置奥地利造标准测试台(D6100功率分析仪)CD9882测试仪相对误差试验电压/kVUk1/%试验电压/VUK2/%高一中123.31611.84222.6311.7880.44高一中1017.45210.09223.04910.0620.27高一中1914.5959.23222.7159.

13、3390.2高一低1017.92625.73223.30025.6510.3【例3】SZ1050000/100变压器额定电压：110kV额定容量：50MkVA制造厂家：西门子公司测试地点：兰州供电局段家滩变电站测试结果：见表2表2 SZ10-50 000/110变压器测试结果绕组开关位置铭牌Uke值/%试验电压/V实测UK/%相对误差高一低高14.03228.7514.000.21高一低中13.39228.9713.340.37高一低低12.92228.2312.890.21以上两例是在变压器厂和变电站内用不同低电压测试的实例，测试结果充分证实了该仪器在低电压条件下测试的准确性。4.3测量数据

14、的重复性完全达到国标要求测量数据的复验性是测试的主要技术指标。该测试仪无论是在标准测试台检测，还是在恶劣的现场环境情况下，测得的短路电抗值Ux均已达到了离散不大于±0.2%的要求。历经两年多使用，通过实测数百台变压器数据证实，仪器的测量数据复验性完全达到了国标要求。某电力公司使用CD9882测试仪作为标准仪器，对新制造的变压器进行测试验收。这两台变压器型号为OSFPZ8150 000/330GY，编号分别为、，测试结果见表3、表4。表3 制造厂在额定条件下试验的测试值调压开关桤位在额定条件下测试值Uk/%2台产品Uk/%相对误差111.6211.650.269b10.09.990.1

15、0178.868.820.54表4 用CD9882在低电压下试验的测试值调压开关桤位在低电压测试值Uk/%2台产品Uk/%相对误差111.6111.650.359b9.719.730.21178.798.810.23面对不同的测试结果，由监造人员组织了再次复测，复测结果是CD9882测试仪复验性在±0.2%之内，测试值准确可靠。此例证实了CD9882测试仪的测量准确性，可为继电保护整定值计算提供可靠数据。5结论依据低电压短路电抗法测变压器绕组、铁心变形位移的基本原理开发研制的CD9882型变压器动稳状态参数测试仪，经过两年多、上百台次的测试试验证明，该仪器测量准确度达0.2%，测量数

16、据可靠，判断变压器故障准确，仪器的测量数据重复性完全符合国家标准要求。该仪器性能优良，可在波形严重畸形条件下，在低电压条件下现场快速测量、诊断，并配有专用软件自动生成测试报告，极大地方便了用户，是一种可靠的变压器测试仪器。该仪器的试制成功，使低电压短路电抗法测试变压器动稳定参数在现场的使用具有了普及和推广的价值，为检测诊断变压器绕组变形及铁心位移提供了一项有效的测试手段。参考文献曾刚远.测量短路电抗是判断变压器绕组变形的有效方法J.变压器，（35）8:1317作者简介王登第（1958-），男，陕西岐山人，甘肃省天水长城电力仪器设备厂高级工程师，长期从事变压器检测仪器的开发、设计。任天保男，山西

17、仿山人，甘肃省天水长城电力仪器厂高级工程师，从事仪器开发、设计。测量短路电抗是判断变压器绕组变形的有效方法曾刚远摘要：从理论和实践的结合上阐述了测量短路电抗可以判断变压器绕组是否变形的道理，分析了三相变压器不同联结组短路阻抗的测量计算方法，介绍了测量仪器的选择和使用注意事项。关键词：变压器 绕组 变形 短路电抗 测量1变压器短路阻抗与绕组结构的关系变压器短路阻抗是当负载阻抗为零时，变压器内部的等效阻抗。短路阻抗的电抗分量，即短路电抗，就是绕组的漏电抗。由变压器的理论分析可知，变压器绕组的漏电抗由纵向漏电抗和横向漏电抗两部分组成。一般情况下，横向漏电抗比纵向漏电抗两部分组成。一般情况下，横向漏电

18、抗比纵向漏电抗小得多。无论是横向漏电抗，还是纵向漏电抗，其电抗值都是由绕组的几何尺寸所决定的。也就是说，在工作频率一定的情况下，变压器的短路电抗是由绕组的结构所决定的1，其可由短路阻抗求出。对于一台变压器而言，当绕组变形、几何尺寸发生变化时，其短路电抗值也要变化。反之，如果运行中的变压器受到了短路电流的冲击，为了检查其绕组是否变形，可将短路前后的短路电抗值加以比较来判断。如果短路后的短路电抗值变化很小，则可认为绕组没有变形；如果变化较大，则可认为绕组有显著变形。所以，有关标准规定，变压器在进行短路试验前后，都要求测量每一相的短路阻抗，并把试验前后所测量的电抗值加以比较，根据其变化的程度，作为判

19、断被试变压器是否合格的重要依据之一。近年来，先后有66台油浸式变压器在国家变压器质检中心强电流试验室进行了短路试验。在短路试验前后，对被试变压器的每一相短路阻抗都进行了测量。有55台变压器的短路电抗值，在短路试验后变化很小，与短路试验前比较相差不到2%。吊心检查也没有发现绕组、连接线和支撑件结构的明显位移、变形或放电痕迹。重复进行例行试验，各项指标符合标准要求。说明这55台变压器经短路试验合格。另有11台变压器短路试验后的短路电抗比试验前相差2%以上，最大的相差71%。吊心检查发现，这11台变压器的绕组、连接线和支撑件均有不同程度的位移和变形，详细情况如统计表所示。理论和实践都说明，测量短路电

20、抗是判断变压器绕组变形的一种有效方法。2短路阻抗的测量方法由前面的分析可见，变压器的短路阻抗是一个很重要的参数。因此，必须掌握短路阻抗的正确测量方法，使测量所得的数据据准确可靠。三相变压器短路阻抗的测量方法与变压器的联结组有关。联结组不同，测量方法也不同。现将常见的双绕组三相变压器不同联结组的短路阻抗测量方法介绍如下，而三绕组三相变压器的短路阻抗的测量在双绕组的基础上稍加改动即可，故不作介绍。2.1YN yn、YN d联结组 这两种联结组的测量方法比较简单。测量时，先将二次侧的a、b、c、o（Ynyn联结）或a、b、c（Ynd联结）短接，分别测量一次侧AO、BO、CO各相的短路阻抗，测量仪器所

21、显示的阻抗值就是一次侧各相的短路阻抗值。ZAO=RAO+jXAO ZBO=RBO+JxBO ZCO=RCO+jXCO2.2Yyn、Yy、Yd联结组因为这三种联结组的一次侧中性点没有引出，所以不能直接测量每一相的短路阻抗，只能测量两相之间串联的短路阻抗，尔后用公式计算每一相的短路阻抗。具体方法如下：首先，将二次侧的a、b、c短接，然后分别测量一次侧的AB、BC、AC之间的短路阻抗：ZAB=RAB+jXAB ZBC=RBC+JxBc ZAC=RAC+jXAC由此求得一次侧每一相的短路阻抗：2.3Dyn、Dd联结组这两种联结组的一次侧各相绕组相互串联，彼此不能独立存在。为便于求得每一相绕组的短路阻抗

22、，可以测量两相绕组并联的等效短路阻抗，然后用公式计算求得每一相的短路阻抗。具体方法如下：首先，将二次侧的a、b、c、o（Dyn联结）或a、b、c（Dd联结）短接。然后短接AB，测量BC、AC两相的并联阻抗。再短路AC，测量AB、BC两相的并联阻抗。最后短接BC，测量AB、AC两相的并联阻抗。由此得到以下三组测量值：（1）ZA-BC=RA-BC+jXA-BC (短接BC)ZB-AC=RB-AC+jxB-AC (短接AC) ZC-AB=RC-AB+jxC-AB (短接AB)阻抗Z的模数如下式： （2） 油浸式变压器短路试验后短路电抗变化和绕组变形情况统计表序号被试品主要参数试 验日 期短 路 电

23、抗 测 量 值吊心检查情况高压/kv 低压/kv容量/kVA相序试前X1/试后X2/110/0.4630A7.156.55-8.4A、B、C相绕组各旋转10°、15°、30°，垫块脱落，三相绕组变形，低压引线变形弯曲B8.057.65-5C7.957.45-6.321./0.4315A11.4515.22533A、B相绕组上、下端部和匝间绝缘胀开，两相绕组严重变形、移位B12.1517.62545C12.0511.775-2.3310/0.41000A4.05未测短路试验时，油箱底对地放电，储油柜排气孔喷油。吊心检查，C相绕组全部松散、损坏严重B4.11未测C3.

24、95未测410/0.4315A12.27512.2750B相绕组向A相方向位移15 mm,A、B相绕组紧贴在一起。B相绕组上下垫块向外突出15mmB12.37512.9354.5C11.97512.0250.42510/0.4200A17.32525.02544三相绕组上端部绝缘包扎全部脱开，导线外露，B、C相垫块向外突出，C相绕组位移10mmB17.97530.77571C17.92526.0754561000/0.41000A4.45.1817.7A相绕组扭曲，上端偏离B相，下端靠近B相，导线绝缘破裂，端绝缘损坏严重B4.244.2-0.94C4.374.410.92710/0.41000

25、A3.93未测短路试验时，低压中性点对地放电。吊心检查发现，三相绕组严重变形、损坏。C相高压绕组开路，低压绕组对地短路B3.76未测C3.94未测810/0.41000A3.964.0251.6B相绕组位移10mm，低压绕组下串30mm，低压垫块脱落B3.914.49515C3.913.865-1.1910/0.41000A4.0754.090.36B相垫块掊落，低压绕组下移B4.0354.183.6C4.2154.230.361010/0.41250A3.113.161.6C相高压绕组位移10mm，下端绝缘变形弯曲10mmB2.932.930C3.033.12.31110/0.41000A4

26、.3954.4050.2三相垫块向外突出位移10mm左右，相间绝缘压板弯曲，低压引线变形。B相低压绕组变形严重B4.255.32525C4.4154.365-1.1将测量所得的等效短路阻抗变为相应的等效导纳值2：（3）计算每一相的导纳：因为（4） 所以（5）（6） 每一相导纳的倒数即为短路阻抗：（7）因此将式（1）的值代入式（3），再将式（3）的值代沟入式（6），最后将式（6）的值代入式（7）就可求得AB、BC、AC各相的短路阻抗。其电阻分量和电抗分量如以下两式所示：（9）（8）3测量仪器的选择根据测量短路阻抗的技术要求，正确选择测量仪器是保证测量短路阻抗所得数据是否准确的前提条件。现将短路阻

27、抗测量仪器的选择方法介绍如下：3.1仪器的测量功能短路阻抗包括短路电阻和短路电抗两部分，其中短路电抗的变化范围是判断绕组是否变形的重要依据。因此，在测量短路阻抗时，测量仪器应同时测量、显示短路电阻和短路电抗两个数值。3.2仪器的测量范围由于变压器的短路阻抗与变压器的电压等级、容量和阻抗电压有关，各种型号的变压器的短路阻抗值相差很大，最小值约为数欧姆，最大值约为数千欧姆。因此，用测量仪器测量的电阻和电抗的范围应为110k。3.3仪器的测量误差有关标准规定，测量短路阻抗的重复性不超过0.2%3。也就是说,等精度测量的标准偏差=0.2%。而等精度测量的极限误差是标准偏差的3倍4。若用极表示测量的极限误差