頻率響應法變壓器繞組變形試驗

張 旭

中國化學工程第三建設有限公司 安徽合肥 230601

變壓器運輸過程中若受到碰撞沖擊，繞組可能會發生軸向、徑向尺寸變化、位移、扭曲、鼓包等變形，最后導致變壓器繞組的運行參數發生變化，進而影響并改變變壓器原有的頻域特征，即頻率響應發生幅度變化和諧振頻點偏移等，對變壓器系統的運行造成傷害。

以山東某項目變電所內的兩臺35kV 油浸式變壓器（1# 主變，2# 主變）為例，其運輸過程中有可能因碰撞或其他外界物理沖擊等，導致繞組發生變形。為此，開展變壓器繞組變形試驗。試驗用到的試驗儀器主要是HYRZ- 902G 變壓器繞組變形測試儀。

1 試驗方法

變壓器繞組變形試驗一般有兩種方法：低電壓短路阻抗法與頻率響應法。低電壓短路阻抗法測繞組變形對影響電感的變形較為靈敏，如輻向變形、匝間開路或短路等，操作簡單，具有良好的測試精度。頻率響應法檢測變壓器繞組變形對繞組電容和電感的變形都比較靈敏，尤其是對輻向變形；而且檢測的結果很直觀，便于觀察抗干擾細節，能很好地反應變壓器繞組變形的累積效應。

本試驗利用頻率響應法檢測變壓器繞組變形，即根據測得的變壓器各繞組頻率響應特性的一致性，結合設備結構、運行情況及其他試驗項目，進行全面、歷史、綜合的分析比較，以判斷變壓器繞組變形程度。

頻率響應法是利用電壓頻率調節實驗設備，對變壓器每一繞組的單端施加一系列特定頻率的信號，依次測量其響應端電壓和激勵電壓，以獲取頻幅響應曲線。

2 試驗準備

（1）在做變壓器繞組變形試驗前，需要把進線電纜與出線母線分別斷開，以減小雜散電容的影響，待試驗結束后再進行恢復。因為雜散電容會影響頻率曲線高頻部分的一致性。

（2）檢查變壓器接地狀況是否合格，試驗儀器金屬外殼是否可靠接地，防止試驗人員觸電。

（3）直流電阻試驗完成后，不能直接進行變壓器繞組變形試驗，測試前必須保證接線端做充分放電，否則將會影響檢測數據的重復性，甚至損壞檢測儀器。

（4）測試鉗應與接線套管連接緊固，放線時不要造成測試線彎曲，否則會導致三相頻幅響應曲線軌跡有較大差異，影響試驗結果。

3 試驗步驟

（1）本次試驗每臺變壓器需要分別做3 次不同分接開關位置的試驗。HYRZ- 902G 變壓器繞組變形測試儀在與變壓器繞組進行連接前需要先手動調整變壓器分接開關的位置，分接開關分別選取至1 檔高壓側、1 檔低壓側和7 檔高壓側，以便獲取不同的測量結果。

（2）通過3 根測試儀的專用測試線將被試驗變壓器的被試繞組引出端與測試儀的3 個端口分別進行有效連接：激勵輸出口接黃色測試線；參考輸入口接綠色測試線；響應輸入口接紅色測試線。試驗儀器要進行可靠接地，并放置在通風干燥處避免潮濕。

（3）測試儀參數設置界面打開后，根據現場變壓器銘牌上的內容正確輸入相關試驗數據。繞組接線方式的選擇：本次試驗的兩臺35kV 油浸式變壓器均選取的是三角形接線方式，因此繞組的接線方式選取三角形接法。繞組的接線方式不同，測試線的連接方式就不同。例如，對于三角形接線的變壓器繞組依次測AB、AC、BC 的頻率響應特性，對于星形接線的變壓器繞組依次測OA、OB、OC 的頻率響應特性。高低壓側的選擇：高壓側/ 低壓側根據實際測量的位置需求選取高低壓。名稱輸入是為了方便對試驗結果進行歸檔整理，一般的命名方法為變壓器號+ 檔位+ 高低壓側。掃描方式一般選取線性10Hz～1MHz（線性掃描的掃描間隔固定為0.5kHz，分段掃描在不同的斷掃描間隔不同，線性掃描的掃描范圍更加寬廣，可以得到2000 個掃描點的數據，確保試驗結果更加準確）。

（4）在相關數據輸入完畢后，點擊確認變壓器繞組測試儀將會自主開始測量，測量結束后可以得到頻幅響應曲線（圖1），對響應曲線進行數據分析將得到表1 的測試結果分析表。最終的變壓器繞組變形試驗報告中附上圖1 的三相頻率響應曲線圖即可。從圖1 可以看出，最終得到了三條不同顏色的曲線，橫坐標和縱坐標分別代表頻率和分貝值，紅色曲線對應AB 的頻率響應特性，藍色曲線對應AC 的頻率響應特性，綠色曲線對應BC 的頻率響應特性。三條曲線軌跡顯示基本重合，變化相差不大。由表1 可以看到，相關系數（R）的數值分別同時滿足低頻段、中頻段、高頻段的取值范圍。最終三條曲線呈現的繞組變形程度的分析結果均顯示為正常繞組。因此得到最終結論，變壓器繞組未發生明顯變形，檢測合格。

表1 頻幅響應測試結果分析

圖1 頻幅響應曲線

（5）對變壓器繞組變形試驗的數據進行整理并填寫相關試驗表格，打印后交監理、業主進行審批。審批通過后的變壓器繞組變形試驗記錄將作為送電的必備審批資料正式使用。

4 試驗結果分析

變壓器繞組變形試驗測試的結果一般分為以下四種情況：

（1）正常繞組，低頻段相關系數（RLF）≥2.0、中頻段相關系數（RMF）≥1.0、高頻段相關系數（RHF）≥0.6。三個取值需同時滿足；

（2）輕度變形，1.0≤RLF＜2.0 或0.6≤RMF＜1.0，滿足其中一個條件即可；

（3）明顯變形，0.6≤RLF＜1.0 或RMF＜0.6，滿足其中一個條件即可；

（4）嚴重變形，滿足RLF＜0.6。

繞組變形程度的具體判斷依據參考繞組變形程度系數分析標準表（表2）。繞組變形判據中、低頻局部（10k～500kHz）的頻響曲線中，諧振點變化可以靈敏地反饋出變壓器繞組斷股、鼓包、扭曲、餅間錯位等變形情況；高頻局部（500kHz）以上）能反饋出變壓器繞組的位移情況。變形程度正常指變壓器處于原始狀態或不存在明顯變形，可以正常地繼續運行繞組，不需要整修。一般變形包括重度變形與輕度變形，指變壓器存在明顯變形，需要加強監督，應在適當的情況下安排檢修；若發生再次短路或其他沖擊將有很大可能對變壓器造成損壞，需要整修或更換繞組。嚴重變形指變壓器繞組因產生變形而不能繼續正常運行，必須馬上將變壓器停止運行并檢修，以免對整個變壓器系統造成損傷。

表2 繞組變形程度系數分析標準表

5 測試線常見的四種接線方式

圖2 顯示的是變壓器繞組變形試驗儀器專用測試線常見的四種接線方式，不同接法的變壓器有不同的接線方式，測試時根據變壓器銘牌的標注判斷是哪種接線方式，合理的進行選擇。

圖2 測試線常見的四種接線方式

（1）將帶有紅色標記的儀器專用電纜線連接至紅色測試鉗，再連接到變壓器的測量端；

（2）將不帶紅色標記的兩根儀器專用電纜線（本次儀器顏色標記為黃、綠）連接至黃色測試鉗，再連接到變壓器的信號輸入端；

（3）將黑色測試鉗的兩根地線分別連接紅、黃色測試鉗的接地端，再將黑色測試鉗連接至變壓器的接地柱；

（4）將有紅色標記的儀器專用電纜線連接至儀器響應輸入端，另外兩根儀器專用線（黃色標記與綠色標記）接至儀器激勵輸出端與儀器參考輸入端。

6 結語

變壓器繞組變形試驗屬于電力設備預防性試驗，不屬于電氣設備交接試驗（執行標準《GB50150- 2016 電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》）范圍，如施工合同沒有特殊說明，應向業主索要簽證費用。本次試驗是應業主要求為了保證35kV 油浸式變壓器的安全投用，防止變壓器繞組在運輸中因外界因素造成形變，影響變壓器的正式運行，造成不可逆的損失與危害。通過本次試驗，使我們掌握電力變壓器繞組變形試驗的方法和變壓器繞組測試儀器操作程序，為今后的工作積累了寶貴的經驗。