大型电力变压器绕组变形的防止对策

大型电力变压器绕组变形的防止对策CONTENTS目录01变压器绕组变形概述02绕组变形的原因分析03绕组变形的检测技术04短路能力提升与结构优化CONTENTS目录05保护系统优化与运行管理06运输安装与检修维护规范07案例分析与经验总结08标准规范与技术导则01变压器绕组变形概述绕组变形的定义与表现形式

绕组变形的定义指电力变压器绕组在机械力或电动力作用下发生的轴向或径向尺寸变化，其尺寸和形状发生了不可逆转的变化。

轴向尺寸变化表现为绕组沿轴向的整体或局部位移、压缩或拉伸，可能导致线段间垫块压缩或松动，影响绕组稳定性。

径向尺寸变化表现为绕组直径增大或缩小，可能出现鼓包、凹陷等现象，改变绕组与铁心或油箱的相对位置。

典型变形形态包括绕组扭曲、鼓包、移位、器身位移及匝间短路等，如饼式线圈可能因轴向力导致线段倾斜或串动。绕组变形对设备与系统的危害

对设备性能的直接影响绕组变形导致变压器容量降低、电流能力受限、损耗增大、噪声加大，同时使电气局部放电现象增加，引发绝缘性能下降、绝缘击穿及设备损坏等安全隐患。

对电力系统稳定性的威胁绕组变形使变压器内部电场分布不均，导致局部过电压产生，引发系统跳闸、设备损耗增大。短路故障时，变形绕组会加剧短路电流对系统的损坏程度。

绝缘结构破坏与潜伏性故障绕组变形改变绝缘距离，损伤固体绝缘，导致局部放电。在雷电过电压作用下可能发生匝间、饼间击穿，即使正常运行电压下，长期局部放电也会引发绝缘击穿事故。

机械性能下降与累积效应绕组变形使机械性能下降，再次遭受短路事故时无法承受电动力冲击而损坏。多次短路可能形成变形积累，最终超过支撑结构承受能力导致失稳变形，如某电厂变压器短路7-8次后烧坏。国内外绕组变形事故统计分析国内事故统计数据

据统计，我国220kV及以上电压等级电力变压器因外部短路事故烧损的占变压器总事故台次的一定比例，其中有载调压器和双分裂厂用变压器因短路造成绕组变形而烧损的事故较为突出。国外事故统计数据

国外如法国电力系统，发生在变压器端头汇流排上的三相短路事故每年有一定频次，发生在变电站附近的三相短路也占一定事故率比例。事故主要原因占比

近十余年来现场统计分析表明，因短路强度不够引起的事故已成为电力变压器事故的首要原因，严重影响电力变压器安全可靠运行。典型事故案例后果

某电厂厂用变压器短路7-8次后烧坏，某220KV变电站因雷雨天气25KV侧出口短路导致变压器低压绕组C相明显变形、绝缘层破坏及匝间短路，停电修复造成巨大经济损失。02绕组变形的原因分析短路故障电流冲击的影响短路电流产生的电动力特性变压器遭受出口或近区短路时，短路冲击电流产生的电动力可达正常运行时的数十倍至数百倍，同时导致绕组急剧发热，高温下导线机械强度降低，更易发生变形破坏。辐向与轴向电动力的作用机制辐向力使外部绕组受拉伸、内部绕组受压缩，轴向力则因安匝分布不均导致绕组轴向位移或弯曲，二者共同作用可能造成绕组扭曲、鼓包或整体移位。短路冲击的累积效应与设备损坏案例多次短路冲击会产生变形累积，如某电厂厂用变压器经7-8次短路后烧毁；保护拒动导致短路持续时间延长（如超过2秒），将显著加剧绕组变形程度，甚至引发绝缘击穿。运输与安装过程中的机械应力运输冲击的主要风险运输过程中的巨大动态力可导致绕组扭曲、移位、松脱等现象。如某供电局变压器运输中因强烈撞击，油箱下部固定器身螺栓全部开焊裂断，器身纵向和横向位移，绕组对端圈错位最大达规定值。安装操作的关键影响安装或吊罩大修时受意外冲撞，易引发绕组变形。某发电厂主变压器运输途中因火车紧急刹车冲击，造成器身位移，下铁轭绝缘垫块逸出，压紧绕组的蝶形弹簧油缸普遍松弛且歪斜。机械应力的防范要点运输前应使用可靠的器身定位装置，避免运输中位移；安装时严格按照规程操作，防止冲撞。对运输和安装后的变压器，应进行绕组变形测试，如110kV以上变压器投运前需做频率响应和低电压阻抗测试。制造工艺与设计缺陷设计安全裕度不足制造厂在设计时未充分考虑适当安全裕度，使实际绕组承受的辐向稳定力不能满足现场短路电流冲击，导致绕组变形。生产工艺不良生产工艺差造成绕组装配间隙过大，在大短路电流作用下，绕组内支撑结构易失效，引发绕组变形。结构不均匀问题绕组外围边界不一致导致漏磁场非轴对称，使绕组所受辐向压缩力沿圆周方向分布不均，短路时结构薄弱的撑条间隔处最先失稳。压紧力选择不当绕组压紧力过小，线段与垫块间隙大，短路时轴向电动力易使线段串动、位移、变形；压紧力过大则会使压紧结构变形，强度储备减小，降低抗短路电动力冲击能力。保护系统失灵与运行维护不当

保护系统失灵的表现与危害保护系统存在死区或动作失灵，会导致变压器承受稳定短路电流作用时间延长，是造成绕组变形事故的重要原因之一。据统计，在遭受外部短路时，因不能及时跳闸而发生损坏的变压器约占短路损坏事故的30%。

保护死区的典型案例变压器出口总断路器间隔的断路器与电流互感器之间发生的故障，可能处于变压器差动保护区外、母线差动保护区内，当母线差动保护动作跳开断路器后，故障仍由变压器供给短路电流，导致绕组变形。

运行维护不当的常见问题变压器遭受短路后未及时检查紧固松动的压紧装置，多次短路冲击下绕组变形累积；未定期进行绕组变形测试，未能及时发现潜伏性故障，导致故障扩大。例如某电厂厂用变压器短路7-8次后因未及时检修而烧坏。

重合闸使用不当的风险系统短路跳闸后盲目自动重合或强行投运，可能加剧变压器损坏程度，甚至失去修复可能。近区架空线（如2km以内）或电缆线路短路后重合闸不成，会对绕组造成二次冲击。03绕组变形的检测技术频率响应分析法（FRA）原理与应用

FRA法基本原理将变压器绕组等效为电容、电感组成的二端口网络，通过施加1kHz~1MHz扫频信号，测量传递函数H(f)=20Log[V2(f)/V1(f)]，分析频率响应曲线变化判断绕组变形。

测试仪器技术要求扫频范围1kHz~1MHz，频率精确度和稳定度不大于0.01%，动态检测范围-80dB~20dB，输出电压峰峰值不小于10V，具备优良抗干扰能力。

测试接线原则非测试绕组可悬空或一点接地，同一被试对象前后次测量方式应保持一致，测试前需放电并停止油泵工作，确保接地良好。

结果分析方法采用纵向比较法（同一绕组不同时期）和横向比较法（同一变压器同电压等级绕组不同相间、同类变压器同类绕组），通过曲线波峰波谷频率分布及数量差异判断变形。短路阻抗法测试方法与判据

测试接线原则测试前将变压器一侧出线短接，短接导线需有足够截面积并保持接触良好；另一侧施加试验电压，测量电压、电流基波分量比值即为短路阻抗。通常在高压绕组侧加压，低压绕组侧短路。

测试仪器技术要求需具备携带方便、操作简单、测试精度高及优秀重复性，同时具有良好抗干扰能力，能消除试验电源谐波、电压不稳定性及50Hz同频干扰的影响。

不同类型变压器接线与计算单相变压器：Z%=(1/10)·[(Um/Im)·SN/UN²]；Y/D或D/Y变压器：Z%=(1/60)[(UAB+UBC+UCA)/Im][SN/UN²]；三绕组变压器需对任两个绕组按双绕组测试方法进行三次测试。

测试结果判断依据与前次测量结果比较，变化在1％~2％表明无明显变形；2％~4％认为变形比较明显；大于4%应退出运行并查明原因。必要时结合绕组频率响应试验、电容量、直流电阻等结果综合分析。低压脉冲法与电抗法的对比分析01测试原理差异低压脉冲法通过向绕组注入低压脉冲信号，测量时域波形并转换至频域计算传递函数，依据波形变化判断变形；电抗法则基于绕组变形导致漏电感变化，通过测量短路阻抗、电抗等集中参数变化实现诊断。02灵敏度与检测范围低压脉冲法灵敏度高，可检测2-3mm弯曲变形，但抗干扰能力差、重复性不佳；电抗法（如短路阻抗法）对严重变形敏感，轻微变形时参数变化不明显，灵敏度较低，需结合其他方法综合判断。03现场适用性对比低压脉冲法现场易受电磁干扰，对测试环境要求较高；电抗法（如短路阻抗法）测量简单，设备相对便携，但需注意试验电源谐波、分接开关位置等因素影响，测试前需确保短接导线低阻抗且接触良好。04综合应用建议实际检测中，可优先采用频率响应分析法（FRA）结合电抗法，利用FRA抗干扰强、重复性好的优势，辅以电抗法参数变化验证，提高绕组变形诊断的准确性和可靠性。现场检测注意事项与干扰消除

试验前设备状态准备检测前需对变压器充分放电，停止油泵运行，防止设备损坏；确保接地良好，避免触电及干扰影响。

短接导线与接头处理短接导线应选用低阻抗、截面积足够的材料（电流密度不大于3～5A/mm²），接头接触面需清洁紧固，远离磁性物质，其阻抗不大于测量值的0.2%。

分接开关位置校准测试时分接开关位置需与铭牌或出厂试验报告一致，确保数据可比性；外部短路故障后可增加短路时分接位置的检测。

电源谐波与同频干扰消除采用硬软件结合滤波技术消除电源谐波影响；针对50Hz同频干扰，选用抗干扰能力强的测试仪，确保测试精度与重复性。

非测试绕组与接地处理非测试绕组可悬空或一点接地，且前后次测量方式应保持一致；避免因接线方式变化导致频率响应曲线偏差。04短路能力提升与结构优化短路试验标准与实施策略短路试验的重要性短路故障电流产生的电动力是引起绕组变形的重要原因。对短路机械强度的研究不能只依赖于理论计算和小模型的推算，要重视短路试验，以提高变压器的可靠性，减少系统中运行变压器短路事故造成的经济损失。国家主管部门的推动措施国家主管部门应采取措施，认真地将短路试验这一“特殊试验”开展起来，进行下去，明确择优选用变压器的目标，鞭策制造厂提升生产质量。运行中变压器的短路试验可将部分运行中的变压器抽出来做短路试验，从系统中抽出变压器进行试验，能更清楚地了解各制造厂的生产质量，为变压器的安全运行提供数据支持。绕组压紧力的合理选择与控制

压紧力的双重作用机制绕组抵抗短路电动力冲击依赖两大因素：一是绕组材质固有的机械强度（抗拉、抗弯、抗压）；二是通过压紧形成的结构稳固性，即线段与撑条、垫块等之间的摩擦力。

压紧力不足的危害若压紧力过小，线段与垫块间隙增大，短路时轴向电动力易导致线段串动、倾斜、变形，甚至绝缘破损；辐向力作用下，间隙集中处应力过大，可能引发绕组扭曲或拉断。

压紧力过大的风险压紧力超过允许范围将导致压紧结构变形，强度储备降低，反而削弱抵抗短路电动力的能力，需避免过度压缩。

运行中的压紧力维护变压器遭受短路后，应停运检查并重新紧固压紧装置，防止因松动导致再次短路时绕组损坏。例如某电厂厂用变压器因未及时紧固，短路7-8次后烧毁。材料选用与结构强度强化

高强度导电材料选型选用半硬铜、自粘性换位导线等高强度材料，提升绕组自身机械强度，增强抗短路电动力能力，确保在短路冲击下导线不易发生拉伸、弯曲或断裂。

绝缘支撑结构优化采用硬绝缘筒绕制线圈，加密线圈内外撑条，设置撑杆、铆接板和大型螺栓等支撑固定措施，增强绕组自支撑能力和抗震性能，减少绕组位移和变形风险。

压紧力科学配置合理选择绕组压紧力，避免过小导致线段串动、倾斜，过大造成压紧结构变形。通过垫块与线段间摩擦力形成稳固性，提升绕组整体抗短路冲击能力，防止松动后再次短路损坏。器身定位与支撑系统设计运输冲撞防护定位装置采用高强度螺栓固定器身，配合定位钉与定位板结构，防止运输过程中器身纵向及横向位移，避免绕组因冲撞产生扭曲、移位等变形。绕组轴向压紧支撑结构设计蝶形弹簧或刚性压环压紧装置，确保绕组轴向预紧力均匀（如5MPa压强标准），增强绕组抵抗轴向电动力冲击的能力，防止线段串动与垫块压缩失效。辐向支撑与撑条优化布置采用硬绝缘筒与加密内外撑条结构，确保绕组辐向间隙均匀，提升绕组对径向电动力的承载能力，避免撑条间隔处因应力集中发生失稳变形。铁心与绕组间隙控制通过绝缘垫块与阶梯木垫块精确控制铁心与绕组的相对位置，减少漏磁场不均匀性，降低局部电磁力对绕组变形的影响，保障绕组运行稳定性。05保护系统优化与运行管理短路保护死区消除方案

01电流互感器与断路器位置互换通过互换电流互感器与断路器的安装位置，使故障点处于保护范围内，从根本上消除二者之间的保护死区。

02中压侧断路器加装闭锁接线可采用电流继电器常开接点与跳闸位置接点串联、跳闸位置接点与刀闸合闸位置及母线差动保护动作接点串联、电流继电器启动时间继电器与母线差动保护动作接点串联等方案，防止故障电流持续存在。

03中压侧母线差动保护直接切除电源当中压母线故障时，直接切断变压器各侧断路器，虽可能牺牲部分负荷，但能有效消除死区，简化保护接线，适用于35kV侧无重要负荷或双绕组变压器。

04母线差动保护增设时限跳电源侧断路器在110kV母线差动保护中增设0.1-0.3秒的时限，若零秒段切除故障后仍未消除，则延时切除变压器电源侧断路器，兼顾选择性与故障快速切除。重合闸策略与故障快速切除

重合闸应用的风险控制近区架空线（如2km以内）或电缆线路发生短路故障后，自动重合闸可能因故障未消除而加剧变压器损坏。建议此类场景取消重合闸或延长合闸间隔时间，减少二次冲击风险。缩短过流保护动作时间变压器过流保护（后备保护）动作时间应在满足选择性条件下尽可能缩短，最长不超过2秒。快速切除故障电流可显著降低绕组承受短路电动力的时间，减少变形概率。消除保护死区的技术措施针对电流互感器与断路器间的保护死区，可采用互换设备位置、加装闭锁接线（如中压侧断路器失灵保护）或母线差动保护直接切除变压器电源等方案，确保故障快速隔离。故障录波与短路参数监测110kV及以上电压等级变压器应配置故障录波在线监视装置，实时记录短路电流大小、持续时间等参数，为评估绕组变形程度提供数据支持，避免未经检查盲目试投。在线监测与故障录波系统配置配置在线监测装置的必要性大型电力变压器发生短路故障时，短路电流大小及持续时间是判断绕组变形程度的关键依据。配置在线监测装置可实时掌握故障信息，为后续评估提供数据支持。故障录波在线监视装置的配置要求对于110kV（66kV）及以上电压等级的变压器，应配置故障录波在线监视装置，以记录短路故障电流大小、持续时间等关键参数，作为判断绕组变形情况的参考。在线监测系统的功能实现在线监测系统通过实时采集变压器运行状态数据，结合故障录波信息，可及时发现异常情况，为变压器绕组变形的早期诊断和预防提供技术保障，提升电力系统运行的安全性和可靠性。运行维护周期与状态评估

定期检测周期设定110kV及以上变压器在出厂、投运前应进行频率响应试验和低电压阻抗测试，正常运行时一般每6年进行一次电抗法检测。

特殊情况检测要求变压器遭受近区短路后，除有足够理由确认无变形外，应立即进行频率响应试验或低电压阻抗测试；大修后也需进行相关检测。

状态评估方法通过比较同一绕组不同时期、同一变压器同一电压等级绕组不同相间、同类变压器同类绕组的频率响应曲线，结合短路阻抗变化值（变化大于4%需退出运行）进行综合评估。

在线监测与记录110kV（66kV）及以上电压等级变压器应配置故障录波在线监视装置，记录短路故障电流大小及持续时间，作为绕组变形状态评估的参考依据。06运输安装与检修维护规范运输过程中的冲击防护措施

器身可靠定位装置采用可靠的器身定位装置，如固定螺栓、定位钉等，防止运输过程中器身在油箱内发生位移、晃动，避免绕组因碰撞受损。

运输过程中的减震缓冲在运输车辆上安装减震装置，使用弹性材料对变压器进行固定和缓冲，减少运输颠簸、紧急刹车等产生的冲击力对绕组的影响。

运输过程中的状态监控对运输过程中的振动、冲击加速度等参数进行实时监测，确保运输过程中的冲击在允许范围内，及时发现并处理异常情况。

运输前的包装与固定运输前对变压器进行牢固包装，确保绕组等部件在运输过程中不会发生松动、移位，必要时进行专项加固处理。安装调试关键工艺要求

绕组器身定位工艺采用可靠的器身定位装置，确保运输及安装过程中器身无位移。例如，通过高强度螺栓固定上下铁轭，控制轴向位移量不超过2mm，径向偏差≤1mm。

绕组压紧力控制标准根据绕组结构类型设定压紧力，饼式绕组推荐初始压紧力为4-5MPa，运行中定期复紧，确保垫块压缩量偏差≤5%。采用力矩扳手按对角线顺序均匀紧固，避免局部应力集中。

短路阻抗测试规范安装后需进行短路阻抗测试，测试值与出厂值偏差应≤2%。采用高压侧加压、低压侧短路的接线方式，试验电流控制在额定电流的10%-20%，记录三相阻抗不平衡度≤1%。

器身清洁度控制吊罩检查时，需保证器身无金属杂质、油污，绝缘表面无损伤。使用2500V兆欧表测量绝缘电阻，吸收比R60/R15≥1.3，否则需进行干燥处理。绕组变形修复技术与流程修复前的全面检测与评估进行外观检查，确认变压器外壳及焊缝无凹凸及渗漏油；开展油样色谱分析，判断潜在故障；通过频响分析法、短路阻抗法等检测绕组变形程度与位置，为修复方案提供依据。绕组的拆卸与重绕工艺拆卸时需细心剪开绝缘纸，取出硅钢片，记录原始绕向与圈数；按原样选用高强度导线重新绕制，确保绕制紧密、均匀，维持原有电气性能参数。修复后的质量检验标准检查绕组绝缘状态，确保无破损、过热、放电痕迹；验证引线绝缘包扎及支架固定情况，无松动损坏；进行直流电阻、变比、绝缘电阻等电气试验，确认性能达标。大修后质量检验标准绕组绝缘状态检验检查绕组绝缘层无破损、过热碳化痕迹及放电烧蚀现象，绝缘电阻值符合DL/T596-2021《电力设备预防性试验规程》要求，吸收比≥1.3（温度20℃时）。引线及支架固定检验验证引线绝缘包扎紧密无松动，支架固定螺栓扭矩符合厂家规定（通常为25-40N·m），绝缘距离满足设计值，无异物残留。直流电阻测试标准各相绕组直流电阻不平衡率：1600kVA及以上变压器不大于2%，1600kVA以下不大于4%，且与历史数据相比变化量≤2%。短路阻抗测试标准实测短路阻抗值与原始值或设计值偏差应≤±2%，三相阻抗不平衡度≤2%，确保绕组压紧及结构恢复符合要求。07案例分析与经验总结典型绕组变形事故案例解析220kV变电站雷雨短路事故某220KV变电站雷雨天气25KV侧出口短路，差动保护及重瓦斯动作跳闸。色谱分析显示C2H2含量异常，判断为电弧放电故障。频响法测试发现低压侧C相曲线异常，返厂检查证实低压绕组C相下半部分变形并有放电痕迹，2匝线圈短路，通过更换绕组及加强绝缘处理恢复运行。厂用变压器多次短路损坏事故某电厂厂用变压器在经历7-8次短路后烧毁。由于未及时检查紧固松动的压紧装置，多次短路冲击导致绕组变形累积，最终绝缘受损并在过电压下烧毁。此类事故表明，忽视短路后的检查维护易引发严重后果，需重视短路后的绕组状态评估。运输冲撞导致器身位移事故某供电局一台主变压器运输中遭受强烈撞击，吊罩检查发现油箱固定螺栓断裂、器身纵向及横向位移，绕组对端圈错位最大达[具体数值未提及]。该案例凸显运输过程中器身可靠定位的重要性，需加强运输固定措施防止绕组机械损伤。保护拒动引发绕组失稳事故某双卷油浸式变压器因10KV母线三相短路，保护未能及时跳开高压侧开关，故障持续3秒导致高低压绕组严重变形、压环碎裂。事故前该变压器曾2次短路跳闸未进行充分检查，支撑结构强度不足及保护延迟共同导致绕组失稳击穿，强调保护系统可靠性及短路后检测的必要性。预防措施实施效果评估

01短路试验验证效果通过短路试验可验证变压器抗短路能力提升效果。国家主管部门推动短路试验开展，能有效评估变压器在短路电流冲击下的耐受能力，减少因短路机械强度不足导致的绕组变形事故。

02压紧力优化效果评估正确选择绕组压紧力可显著提升绕组稳定性。合理的压紧力能平衡绕组机械强度与稳固性，避免因压紧力过小导致线段串动变形，或过大使压紧结构变形，从而有效抵抗短路电动力冲击。

03器身定位可靠性评估器身可靠定位可防止运输安装中绕组位移。采用可靠的器身定位装置，能避免变压器在运输颠簸或安装冲撞中发生器身移位，减少绕组因机械力作用产生的变形损坏风险。

04保护系统完善效果评估改善短路保护系统可缩短故障切除时间。消除保护“死区”、优化重合闸策略，能快速切断短路电流，降低短路电流对绕组的冲击时间，减少绕组变形几率，如将过流保护动作时间控制在2秒以内效果显著。

05监测技术应用效果评估绕组变形监测技术可及时发现潜在问题。通过频率响应分析法等手段，对运行中及短路后的变压器进行监测，能对比分析绕组变形程度，为及时检修提供依据，避免故障扩大，保障变压器安全运行。行业最佳实践与技术趋势

01短路能力试验与质量评估国家主管部门推动短路试验作为“特殊试验”，部分运行中变压器抽取进行试验，以验证抗短路能力，鞭策制造厂提升质量，减少短路事故经济损失。

02智能监测与诊断技术应用采用频率响应分析法（FRA）、振动监测、红外热像等技术，结合在线故障录波装置，实时掌握短路电流大小及持续时间，实现绕组状态精准评估。

03材料与结构优化趋势选用高强度、耐变形材料，优化绕组支撑结构，如采用半硬铜、自粘性换位导线、硬绝缘筒及加密撑条，提升绕组抗短路能力与机械稳定性。

04全生命周期管理理念从设计、制造、运输