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摘要：变压器作为电力系统的主要设备，变压器的正常运行对电力系统的安全、稳定和供电可靠性具有十分重要的意义。随着电网系统容量的不断增大，当变压器遭受短路冲击时，短路电流很大，绕组受到电动力的作用会产生变形。另外，变压器在出厂到变电站的运输及安装过程中若发生冲撞、振动，亦会导致绕组一定程度的变形。绕组变形程度超过一定值可能会影响变压器的安全运行。因此，有效地检测绕组变形并诊断其变形程度显得尤为必要。因此本文通过目前变压器绕组变形主要检测方法进行概论，对工程实践应用有一定的参考意义。
关键词：变压器绕组变形 低压脉冲法 直阻测量 频率响应法
0 引言
近年来对全国大型电力变压器事故统计表明，短路故障是造成变压器损坏的主要原因之一。根据国家电力公司发输电运营部和中国电力科学院统计的（（1995--1999年全国变压器类设备运行情况及事故统计分析》，1995-1999年全国110 kV及以上电压等级变压器每年因短路损坏的事故125台次，事故容量为7996.0 MVA；占总事故台次的44.%，总事故容量的37.5%，并有逐年上升的趋势。根据对事故后变压器的解体检查情况和事故原因分析.造成变压器短路损坏的原因除了制造部门的设计和工艺问题之外主要有两类：一类是变压器出口或近距离短路，由于短路冲击电流很大，往往造成变压器在短路瞬间损坏；另一类是由于变压器在运输、安装过程中受机械碰撞，或运行中短路造成内部绕组变形。这种变形不会立刻对变压器安全产生影响，但其具有积累效应，即随运行时间和短路次数的增加，变形程度会逐渐增大，其后果是：一种情况，绕组的绝缘距离发生变化或绝缘材料受到损伤，致使绝缘强度下降，在过电压甚至工作电压作用下产生局部放电或击穿，发展到一定程度后，突然损坏烧毁；另一种情况，绕组偏离正常位置，稳定性下降，在下次短路中损坏[1]。由此可见，对变压器绕组变形情况的及时掌握十分重要。
1变压器绕组变形具体原因及危害分析
1.1 绕组变形
电力行业标准DL/T911-2004《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》对绕组变形的定义是[2]：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，通常表现为绕组局部扭曲、鼓包或移位等特征。变压器在遭受短路电流冲击或运输过程中遭受冲撞时，均有可能发生绕组变形现象，它将直接影响变压器的安全运行。
1.2 绕组变形的原因
通过大量的现场实践经验进行总结，可以发现主要造成绕组变形的原因有以下几个方面，具体总结如下：
（1）短路故障電流冲击
电力变压器在运行过程中，不可避免地要遭受各种短路电流的冲击，特别是变压器出口或近区短路故障，巨大的短路冲击电流将使变压器绕组受到很大的电动力（是正常运行时的数十倍至数百倍），并使绕组急剧发热。在较高的温度下，导线的机械强度变小，电动力更容易使绕组破坏或变形。
（2）在运输、安装或者吊罩过程中，可能会受到意外的冲撞、颠簸和振动等，导致绕组变形。
（3）保护系统有死区，动作失灵保护系统存在死区或动作失灵都会导致变压器承受稳定短路电流作用的时间长，也是也是造成变压器绕组变形故障的原因之一。粗略统计结果，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%。
（4）绕组承受短路能力下降当变压器绕组出现短路时，会因其承受不了短路电流冲击力而发生变形。近几年来，对全国110KV的电力变压器事帮统计分析表明，因绕组承受短路能力不够已成为电力变压器事故的首要内部原因，严重影响电力变压器的安全、可靠运行。
2 变压器绕组变形常规性测量方法分析
在变压器进行检修后或者刚刚出厂时必须进常规性一系列的预试项目，以确保主变可以安全稳定性的运行，主要包括以下几部分：
（1）测量绕组的绝缘电阻和吸收比或极化指数。
（2）测量绕组连同套管的泄漏电流。
（3）测量绕组连同套管的介质损耗因数。
（4）绕组连同套管在一起的交流耐压试验。
（5）夹件及穿芯螺杆的绝缘电阻。
（6）各绕组的直流电阻、变比、组别（或极性）。
（7）绕组变形测试（短路阻抗法、频响法、低压脉冲法）
现在就以常规性预防实验的绕组变形测试作主要说明，常用以下三种方法对变压器绕组变形工作进行检测，具体为短路阻抗法、低压脉冲法、频响法。
2.1短路阻抗法
变压器的短路阻抗是指变压器的负荷阻抗为零时变压器输入端的等效阻抗，它反映了绕组之间或绕组和油箱之间漏磁通形成的感应磁势。短路阻抗包含电阻分量和电抗分量，对于110kV及以上的大型变压器，电阻分量在短路阻抗中所占的比例非常小，短路阻抗值主要是电抗分量的数值。变压器的短路电抗分量，就是变压器绕组的漏电抗[3]。变压器的漏电抗由横向漏电抗和纵向漏电抗组成，通常横向所占比例很小。在频率一定的情况下，变压器的漏电抗值由绕组的几何尺寸所决定，变压器绕组结构状态的改变势必引起变压器漏电抗的变化，从而引起变压器短路阻抗数值的改变。
短路阻抗法的基本思想即通过测试变压器绕组中漏电抗的变化来检测绕组的变形程度。实际测量中，一般在低电压下实施阻抗测量，绕组高压侧接到工频交流电源上，低压侧短接。利用电流和电压值即可算出绕组的漏抗值。变压器短路阻抗及其电感分量与绕组几何尺寸及相对位置有关，通过比较不同时期变压器绕组的短路阻抗值即可分析绕组状况。变压器短路阻抗由绕组结构决定，绕组变形是否及变形大小可由短路阻抗值变化大小来判断。
2.2低压脉冲法[3-4]
当频率超过1 kHz时，变压器绕组在较高频率的电压作用下，其铁芯的磁导率几乎和空气一样，绕组本身可以看作一个由线性电阻、电感、电容等组成的无源线性分布参数网络，其等效电路如图1所示。 低压脉冲法（Low Voltage Impulse）简称为LVI法。低压脉冲法的基本原理即将一比较稳定的低压脉冲电压信号施加于被试变压器的一端，同时记录该端子和其它端子的电压波形，通过将时域中的激励与响应作比较，可对绕组的状态作出比较正确的判断。当变压器的绕组发生变形时，等值电路中各个小单元内分布参数（L，K，C）的微小变化都将造成响应信号波形上的变化，响应信号在变压器绕组变形前后的变化将反映出绕组变形的信息。
2.3频响法及基本原理[5]
所谓频响法就是从绕组一端对地注入扫频信号，然后测量绕组两端的端口特性参数，如输入阻抗、输出阻抗、电压传输比和电流传输比的频域函数。通过分析端口参数的频域图谱特性，判断绕组的结构特征。如果绕组发生变形，就会引起绕组的分布电容和电感发生变化，反映到端口参数的频谱也随之发生变化。电压传输比反映了等效网络的衰减特性，是一种常见的检测参数，其测量接线见图2示。输入端施加正弦扫频电压信号Ui，测量输出电流在采样电阻R上的压降U0，并计算U0/Ui，得到传输比随频率变化的图谱。如果输出电流I0 很小，U0也很小，则U0/Ui很小，频谱曲线上出现频谷；反之，频谱曲线上出现频峰。理论分析表明，在频峰处，绕组上的驻波分布将呈现为整个半正弦波的分布；而在频谷处，驻波呈现为奇数个1/4正弦波分布[5-6]。
3 案例分析
针对上述讨论，现在通过实例解说，某年某月某分，某变电站一主变高压开关突然发生跳闸，运行人员迅速进行停电并检查其发生原因，目测变电器局部有黑烟冒出，并有明显的烧焦味道，可能发生内部高能量放电；通过直流电阻测试表明低压绕组b相偏大2倍，有断股发生；低压短路阻抗测试发现高压加压，低压短路，测量短路阻抗发现b相相对其它相变12.38%；低压加压，中压短路，测量短路阻抗发现b相相对其它相變化-18.68%；高压加压，中压短路，测量短路阻抗发现b相相对其它相变化-2.22%，说明漏感有较大变化。为了确认哪相绕组发生变形及可能变形的部位和程度，对低压绕组进行了频响实测分析，得到图形如图3：
图谱分析表明，a相和c相频谱曲线严格吻合，b相频谱第一个频峰左移约4kHz（箭头指处），说明整体电感增大，与阻抗法的判断相符。中高频段频响幅值略有升高，频峰向高频方向略有偏移（箭头指处），说明分布电感略有减小，对地电容可能改变，判断可能性较大的是幅向变形。因此诊断建议仅更换b相线圈。因此，频响法可以速度、准确的发生变压器绕组故障。
4 总结
随着电网系统容量的不断增大，当变压器遭受短路冲击的概率也随着的不断的增大，在强大的短路电流中，绕组难免受到剧烈的电动力而产生变形。常用的绕组变形试验方法有短路阻抗法、低电压脉冲法和频率响应法等。其中，短路阻抗法测量简单，能较好地再现评估结果。当参数偏离规定值时，能可靠地估计是否存在故障，但需动用庞大试验设备、灵敏度不高、无法察觉细小的变形。低压脉冲法克服了短路阻抗法的缺点，其灵敏度高，能检测出2-3mm的弯曲变形，但现场应用时抗干扰能力差、重复性差。频率响应分析法检测变压器绕组变形具有检测灵敏度高、现场使用方便、可在变压器不吊罩的情况下判断变压器绕组变形等优点，现己成为检测变压器绕组变形的主要方法。因此本文对工程实践应用有一定的参考意义。
5 参考文献
[1]电力变压器绕组变形的频率响应分析法[M].浙江人民出版社，2004： 911-912.
[2]电力设备预防性试验规程. DL/T911-2004中华人民共和国电力行业标准，1996： 596-597.
[3]范天元，赵亚玲，边军刚等.绕组变形测试在电力变压器上的应用[J].西北电力技术，2005，5（6）：35-37
[4]黄华.阻抗法和频响法诊断电力变压器绕组变形[J].高电压技术1999，25（2）：70-71.
[5]秦少臻，土环，李彦明等.检测变压器绕组变形的低压脉冲法的研究[J].变压器，1997：34 （7）24-29
[6]王环，李彦明，张成良.变压器绕组变形检测的LVI法和FRA法的比较研究[J].高电压技术，1997，23（1）：13-15
关键词：变压器绕组变形 低压脉冲法 直阻测量 频率响应法
0 引言
近年来对全国大型电力变压器事故统计表明，短路故障是造成变压器损坏的主要原因之一。根据国家电力公司发输电运营部和中国电力科学院统计的（（1995--1999年全国变压器类设备运行情况及事故统计分析》，1995-1999年全国110 kV及以上电压等级变压器每年因短路损坏的事故125台次，事故容量为7996.0 MVA；占总事故台次的44.%，总事故容量的37.5%，并有逐年上升的趋势。根据对事故后变压器的解体检查情况和事故原因分析.造成变压器短路损坏的原因除了制造部门的设计和工艺问题之外主要有两类：一类是变压器出口或近距离短路，由于短路冲击电流很大，往往造成变压器在短路瞬间损坏；另一类是由于变压器在运输、安装过程中受机械碰撞，或运行中短路造成内部绕组变形。这种变形不会立刻对变压器安全产生影响，但其具有积累效应，即随运行时间和短路次数的增加，变形程度会逐渐增大，其后果是：一种情况，绕组的绝缘距离发生变化或绝缘材料受到损伤，致使绝缘强度下降，在过电压甚至工作电压作用下产生局部放电或击穿，发展到一定程度后，突然损坏烧毁；另一种情况，绕组偏离正常位置，稳定性下降，在下次短路中损坏[1]。由此可见，对变压器绕组变形情况的及时掌握十分重要。
1变压器绕组变形具体原因及危害分析
1.1 绕组变形
电力行业标准DL/T911-2004《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》对绕组变形的定义是[2]：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，通常表现为绕组局部扭曲、鼓包或移位等特征。变压器在遭受短路电流冲击或运输过程中遭受冲撞时，均有可能发生绕组变形现象，它将直接影响变压器的安全运行。
1.2 绕组变形的原因
通过大量的现场实践经验进行总结，可以发现主要造成绕组变形的原因有以下几个方面，具体总结如下：
（1）短路故障電流冲击
电力变压器在运行过程中，不可避免地要遭受各种短路电流的冲击，特别是变压器出口或近区短路故障，巨大的短路冲击电流将使变压器绕组受到很大的电动力（是正常运行时的数十倍至数百倍），并使绕组急剧发热。在较高的温度下，导线的机械强度变小，电动力更容易使绕组破坏或变形。
（2）在运输、安装或者吊罩过程中，可能会受到意外的冲撞、颠簸和振动等，导致绕组变形。
（3）保护系统有死区，动作失灵保护系统存在死区或动作失灵都会导致变压器承受稳定短路电流作用的时间长，也是也是造成变压器绕组变形故障的原因之一。粗略统计结果，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%。
（4）绕组承受短路能力下降当变压器绕组出现短路时，会因其承受不了短路电流冲击力而发生变形。近几年来，对全国110KV的电力变压器事帮统计分析表明，因绕组承受短路能力不够已成为电力变压器事故的首要内部原因，严重影响电力变压器的安全、可靠运行。
2 变压器绕组变形常规性测量方法分析
在变压器进行检修后或者刚刚出厂时必须进常规性一系列的预试项目，以确保主变可以安全稳定性的运行，主要包括以下几部分：
（1）测量绕组的绝缘电阻和吸收比或极化指数。
（2）测量绕组连同套管的泄漏电流。
（3）测量绕组连同套管的介质损耗因数。
（4）绕组连同套管在一起的交流耐压试验。
（5）夹件及穿芯螺杆的绝缘电阻。
（6）各绕组的直流电阻、变比、组别（或极性）。
（7）绕组变形测试（短路阻抗法、频响法、低压脉冲法）
现在就以常规性预防实验的绕组变形测试作主要说明，常用以下三种方法对变压器绕组变形工作进行检测，具体为短路阻抗法、低压脉冲法、频响法。
2.1短路阻抗法
变压器的短路阻抗是指变压器的负荷阻抗为零时变压器输入端的等效阻抗，它反映了绕组之间或绕组和油箱之间漏磁通形成的感应磁势。短路阻抗包含电阻分量和电抗分量，对于110kV及以上的大型变压器，电阻分量在短路阻抗中所占的比例非常小，短路阻抗值主要是电抗分量的数值。变压器的短路电抗分量，就是变压器绕组的漏电抗[3]。变压器的漏电抗由横向漏电抗和纵向漏电抗组成，通常横向所占比例很小。在频率一定的情况下，变压器的漏电抗值由绕组的几何尺寸所决定，变压器绕组结构状态的改变势必引起变压器漏电抗的变化，从而引起变压器短路阻抗数值的改变。
短路阻抗法的基本思想即通过测试变压器绕组中漏电抗的变化来检测绕组的变形程度。实际测量中，一般在低电压下实施阻抗测量，绕组高压侧接到工频交流电源上，低压侧短接。利用电流和电压值即可算出绕组的漏抗值。变压器短路阻抗及其电感分量与绕组几何尺寸及相对位置有关，通过比较不同时期变压器绕组的短路阻抗值即可分析绕组状况。变压器短路阻抗由绕组结构决定，绕组变形是否及变形大小可由短路阻抗值变化大小来判断。
2.2低压脉冲法[3-4]
当频率超过1 kHz时，变压器绕组在较高频率的电压作用下，其铁芯的磁导率几乎和空气一样，绕组本身可以看作一个由线性电阻、电感、电容等组成的无源线性分布参数网络，其等效电路如图1所示。 低压脉冲法（Low Voltage Impulse）简称为LVI法。低压脉冲法的基本原理即将一比较稳定的低压脉冲电压信号施加于被试变压器的一端，同时记录该端子和其它端子的电压波形，通过将时域中的激励与响应作比较，可对绕组的状态作出比较正确的判断。当变压器的绕组发生变形时，等值电路中各个小单元内分布参数（L，K，C）的微小变化都将造成响应信号波形上的变化，响应信号在变压器绕组变形前后的变化将反映出绕组变形的信息。
2.3频响法及基本原理[5]
所谓频响法就是从绕组一端对地注入扫频信号，然后测量绕组两端的端口特性参数，如输入阻抗、输出阻抗、电压传输比和电流传输比的频域函数。通过分析端口参数的频域图谱特性，判断绕组的结构特征。如果绕组发生变形，就会引起绕组的分布电容和电感发生变化，反映到端口参数的频谱也随之发生变化。电压传输比反映了等效网络的衰减特性，是一种常见的检测参数，其测量接线见图2示。输入端施加正弦扫频电压信号Ui，测量输出电流在采样电阻R上的压降U0，并计算U0/Ui，得到传输比随频率变化的图谱。如果输出电流I0 很小，U0也很小，则U0/Ui很小，频谱曲线上出现频谷；反之，频谱曲线上出现频峰。理论分析表明，在频峰处，绕组上的驻波分布将呈现为整个半正弦波的分布；而在频谷处，驻波呈现为奇数个1/4正弦波分布[5-6]。
3 案例分析
针对上述讨论，现在通过实例解说，某年某月某分，某变电站一主变高压开关突然发生跳闸，运行人员迅速进行停电并检查其发生原因，目测变电器局部有黑烟冒出，并有明显的烧焦味道，可能发生内部高能量放电；通过直流电阻测试表明低压绕组b相偏大2倍，有断股发生；低压短路阻抗测试发现高压加压，低压短路，测量短路阻抗发现b相相对其它相变12.38%；低压加压，中压短路，测量短路阻抗发现b相相对其它相變化-18.68%；高压加压，中压短路，测量短路阻抗发现b相相对其它相变化-2.22%，说明漏感有较大变化。为了确认哪相绕组发生变形及可能变形的部位和程度，对低压绕组进行了频响实测分析，得到图形如图3：
图谱分析表明，a相和c相频谱曲线严格吻合，b相频谱第一个频峰左移约4kHz（箭头指处），说明整体电感增大，与阻抗法的判断相符。中高频段频响幅值略有升高，频峰向高频方向略有偏移（箭头指处），说明分布电感略有减小，对地电容可能改变，判断可能性较大的是幅向变形。因此诊断建议仅更换b相线圈。因此，频响法可以速度、准确的发生变压器绕组故障。
4 总结
随着电网系统容量的不断增大，当变压器遭受短路冲击的概率也随着的不断的增大，在强大的短路电流中，绕组难免受到剧烈的电动力而产生变形。常用的绕组变形试验方法有短路阻抗法、低电压脉冲法和频率响应法等。其中，短路阻抗法测量简单，能较好地再现评估结果。当参数偏离规定值时，能可靠地估计是否存在故障，但需动用庞大试验设备、灵敏度不高、无法察觉细小的变形。低压脉冲法克服了短路阻抗法的缺点，其灵敏度高，能检测出2-3mm的弯曲变形，但现场应用时抗干扰能力差、重复性差。频率响应分析法检测变压器绕组变形具有检测灵敏度高、现场使用方便、可在变压器不吊罩的情况下判断变压器绕组变形等优点，现己成为检测变压器绕组变形的主要方法。因此本文对工程实践应用有一定的参考意义。
5 参考文献
[1]电力变压器绕组变形的频率响应分析法[M].浙江人民出版社，2004： 911-912.
[2]电力设备预防性试验规程. DL/T911-2004中华人民共和国电力行业标准，1996： 596-597.
[3]范天元，赵亚玲，边军刚等.绕组变形测试在电力变压器上的应用[J].西北电力技术，2005，5（6）：35-37
[4]黄华.阻抗法和频响法诊断电力变压器绕组变形[J].高电压技术1999，25（2）：70-71.
[5]秦少臻，土环，李彦明等.检测变压器绕组变形的低压脉冲法的研究[J].变压器，1997：34 （7）24-29
[6]王环，李彦明，张成良.变压器绕组变形检测的LVI法和FRA法的比较研究[J].高电压技术，1997，23（1）：13-15