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[摘 要]变压器绕组变形是导致变压器发生损坏事故的主要原因之一。因此，对受短路冲击后的变压器应进行绕组变形测试，以确保变压器的安全稳定运行。
[关键词]变压器；绕组变形；测试技术；应用
中图分类号：TM046 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0035-01
引言
变压器是电力系统中最重要的设备之一，变压器在运输过程中遭受意外碰撞和冲击，在运行中承受故障状态下的冲击电流均会使变压器的绕组和机械结构受到机械应力的冲击，导致绕组一定程度的变形，运行中造成事故。由于绕组变形对变压器和电力系统运行的严重危害性，而以往的试验方法又不能有效发现这类缺陷，只能通过吊检来验证，这不仅要花费大量的人力物力，而且对变压器本身也有一定的危害性；况且在现行的电力系统运行情况下，大型变压器的长时间停电也是很困难的。因此能在现场不吊罩情况下快速测量绕组内部变形的频率响应法提出后，得到国内外有关部门的重视并积极开展这方面的研究工作。
1 变压器短路事故后的分析
1.1 按实际短路电流进行短路应力的计算
变压器在制造完成后，其绕组无论在辐向还是轴向都存在一个临界力。当电动力Fx （辐向）和Fy（轴向）超出其对应的临界力时，绕组就要失稳而发生变形。当变压器发生出口短路后，从实际电流的大小，可初步判断短路产生的后果，但其准确性不大。同时可以根据短路电流的大小，计算短路的机械应力和短路热力，看其是否超过临界值，通过计算可大致判断变压器绕组变形情况，但计算短路机械应力和短路热力时相当烦琐，困难很大。
1.2 通过变压器解体，观察绕组和其他构件的变形形态
变压器短路后，可通过吊罩的方式观察各部件的情况。内绕组短路损坏后的变形，其典型形状是原来的圆形轮廓变成齿轮形的轮廓。而且由于轴向磁场沿线圈高度的分布比较均匀，因此绕组的变形往往从上端一直延伸到下端。外绕组的变形情况与内绕组类似。内绕组在辐向磁场作用下，产生的轴向力，使一个绕组上窜，另一个绕组下压。相应线圈的端部、压板、压钉和夹件都不同程度的变动。变压器发生故障后，将变压器解体检查虽然直观，但有时会造成误判断。变压器发生短路事故时，一般内绕组的损坏情况比外绕组严重，可能会出现变压器内绕组已严重变形损坏，但外绕组还看不出损坏痕迹的现象。这是因为在轴向漏磁场的作用下，内外绕组互相排斥，内绕组受到挤压力，而外绕组受到扩张力。一般外绕组的抗张强度比内绕组的抗压强度要好，所以两者的变形有区别。我们直观检查时，不容易发现内绕组的变形情况。同时，这种方法工作量大，停电时间长。
2 变压器绕组变形测试方法原理
为了能及时发现哪些绕组变形较严重但却仍在运行的电力变压器，目前，国内外业内人士普遍认为频率响应法和短路阻抗法是测试变压器绕组变形较有效的方法。
2.1 频率响应法
实质上，变压器每个绕组在高频下可看成一个由电阻、电容和电感等分布参数构成的无源线性双端网络。频率响应法就是用扫描发生器将一组不同频率的正弦波电压加到变压器绕组的一端然后测量绕组两端的端口特性参数，如输人、输出阻抗和电压、电流传输比的领域函数（频率响应曲线）。通过分析端口参数的频率图谱特性，来判断绕组的结构特征。 如果绕组发生变形，就会使分布电容和电感发生变化，反映到端口参数的频率图谱也会发生变化。对于同类型的变压器绕组，由于绕组结构的类似性，其测得的频率响应曲线必然有可比性。所以频率响应法是通过故障前后录取频率的响应曲线来判断变压器绕组变形程度的。在测试中常采用专门的绕组变形仪来进行的。
2.2 低电压短路阻抗测试
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，它是由绕组的几何尺寸所决定的。对于一台变压器，当绕组变形、几何尺寸发生变化时，其短路电抗值也要变化。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，如果变化较大，则可认为绕组有显著变形。 一般在运行现场对电力变压器进行低电压短路阻抗测试，并与铭牌或短路故障前所测值进行比较，就能够判断严重故障短路电流造成的绕组有无明显变形。 低电压短路阻抗测试方法 （以下简称短路阻抗法）以三相变压器为例，它都是采用单相电源进行测试的。测试中是将低压侧绕组的三相端子短接，而对另一侧绕组的任意两个端子施加单相电压，每次读数时应将试验电流调成一致（2-10A），共测试三次，最后计算变压器的短路阻抗值。试验时电压和电流要同时读取，所用仪表应有足够的精度。
3 变压器绕组变形测试试验事项
3.1 测试注意事项
绕组变形试验是一种较灵敏、较精确的试验，要求试验人员要有较强的责任心和认真的态度。 测量时应拆除变压器套管相连的所有母线，并使其尽可能远离变压器套管，试验人员尽量远离套管，以减少杂散电容的影响。 为了便于相互比较，应按照统一规定的试验接线方式和试验顺序进行测试。 当发现试验结果异常时应首先检查仪器和试验接线，并重复测量一次，前后两次测量结果应相符，确保试验结果的可靠性。 接地线应接地良好，建议用螺母紧固在铁芯接地线上，不可随意缠绕，因为接地线接地不良可能导致测试结果的重复性不好。 测试头与变压器接线头的接触应良好。 绕组变形测试最好安排在所有直流试验项目之前进行，以避免累积电荷的影响。 对于三角型接线的绕组，如果有可能解开，应考虑解开三相分别测量，以提高测量数据的准确度。
3.2 变压器绕组初次试验的重要性
通过对不同的生产厂家及型号进行初步的分析，我们发现在众多的厂家中，即使是同一型号、同一批生产的变压器，其波形并不象其他厂家一样，即第一次的现场测试的结果为以后变压器检修后测试结果的分析比较十分重要的。
3.3 总结测试结果十分必要
通过近段时间的总结，归纳出不同生产厂家的波形特征，相对而言，不同型号之间的差别，远没有不同厂家之间的差别明显，有时候甚至可以忽略。由于此项工作对变压器的变形程度、能否继续运行没有一个标准，更多的是依据经验来判断，因此这三年的主要分析工作仍处于总结经验阶段，对各种不同厂家、型号的变压器图谱进行归类，找到其主要的特征，为以后的深入分析作准备。
4 预防变压器绕组变形的措施
4.1 变压器在设计制造时，一定要充分考虑到绕组的抗短路能力，对于用户来说，要选择承受短路能力强的变压器；
4.2 提高继电保护装置的正确动作率，尽可能避免变压器出口短路或近区短路故障；
4.3 交接、大修吊罩时，要加强对变压器夹件、紧固件的检查；
4.4 发生短路的变压器，一定要及时对其进行绕组变形检测，以确定绕组是否变形。综上所述，要减少变压器绕组变形事故，就要尽可能避免变压器遭受出口短路或近区短路故障的冲击；当变压器受到短路电流冲击后，采用频响特性测试技术对变压器进行绕组变形检测，确定变压器发生绕组变形后，再进行吊罩、吊芯等解0体检查，将起到事半功倍的效果。
5 结语
绕组变形测试作为一种对变压器新的检验手段，可以及时有效地发现变压器由于受短路冲击后造成的绕组变形缺陷，并通过及时的吊检和大修，避免重大事故的发生。变压器绕組变形测试今后的主要方向是建立波形的分析软件及数据库，重点对曾经发生过出口短路的变压器作深入分析，为变压器安全运行及开展变压器状态检修工作提供依据；加强与国内外单位的联系与交流，吸取同行成功的经验；积极了解该项技术的最新发展情况，不断提高自己的分析判断水平。
参考文献
[1] 陈化刚.电力设备预防性试验方法及其诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2] 汪学勤，许书燕.电气试验与油化验（高级）[M].北京：中国电力出版社，1999.
[关键词]变压器；绕组变形；测试技术；应用
中图分类号：TM046 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0035-01
引言
变压器是电力系统中最重要的设备之一，变压器在运输过程中遭受意外碰撞和冲击，在运行中承受故障状态下的冲击电流均会使变压器的绕组和机械结构受到机械应力的冲击，导致绕组一定程度的变形，运行中造成事故。由于绕组变形对变压器和电力系统运行的严重危害性，而以往的试验方法又不能有效发现这类缺陷，只能通过吊检来验证，这不仅要花费大量的人力物力，而且对变压器本身也有一定的危害性；况且在现行的电力系统运行情况下，大型变压器的长时间停电也是很困难的。因此能在现场不吊罩情况下快速测量绕组内部变形的频率响应法提出后，得到国内外有关部门的重视并积极开展这方面的研究工作。
1 变压器短路事故后的分析
1.1 按实际短路电流进行短路应力的计算
变压器在制造完成后，其绕组无论在辐向还是轴向都存在一个临界力。当电动力Fx （辐向）和Fy（轴向）超出其对应的临界力时，绕组就要失稳而发生变形。当变压器发生出口短路后，从实际电流的大小，可初步判断短路产生的后果，但其准确性不大。同时可以根据短路电流的大小，计算短路的机械应力和短路热力，看其是否超过临界值，通过计算可大致判断变压器绕组变形情况，但计算短路机械应力和短路热力时相当烦琐，困难很大。
1.2 通过变压器解体，观察绕组和其他构件的变形形态
变压器短路后，可通过吊罩的方式观察各部件的情况。内绕组短路损坏后的变形，其典型形状是原来的圆形轮廓变成齿轮形的轮廓。而且由于轴向磁场沿线圈高度的分布比较均匀，因此绕组的变形往往从上端一直延伸到下端。外绕组的变形情况与内绕组类似。内绕组在辐向磁场作用下，产生的轴向力，使一个绕组上窜，另一个绕组下压。相应线圈的端部、压板、压钉和夹件都不同程度的变动。变压器发生故障后，将变压器解体检查虽然直观，但有时会造成误判断。变压器发生短路事故时，一般内绕组的损坏情况比外绕组严重，可能会出现变压器内绕组已严重变形损坏，但外绕组还看不出损坏痕迹的现象。这是因为在轴向漏磁场的作用下，内外绕组互相排斥，内绕组受到挤压力，而外绕组受到扩张力。一般外绕组的抗张强度比内绕组的抗压强度要好，所以两者的变形有区别。我们直观检查时，不容易发现内绕组的变形情况。同时，这种方法工作量大，停电时间长。
2 变压器绕组变形测试方法原理
为了能及时发现哪些绕组变形较严重但却仍在运行的电力变压器，目前，国内外业内人士普遍认为频率响应法和短路阻抗法是测试变压器绕组变形较有效的方法。
2.1 频率响应法
实质上，变压器每个绕组在高频下可看成一个由电阻、电容和电感等分布参数构成的无源线性双端网络。频率响应法就是用扫描发生器将一组不同频率的正弦波电压加到变压器绕组的一端然后测量绕组两端的端口特性参数，如输人、输出阻抗和电压、电流传输比的领域函数（频率响应曲线）。通过分析端口参数的频率图谱特性，来判断绕组的结构特征。 如果绕组发生变形，就会使分布电容和电感发生变化，反映到端口参数的频率图谱也会发生变化。对于同类型的变压器绕组，由于绕组结构的类似性，其测得的频率响应曲线必然有可比性。所以频率响应法是通过故障前后录取频率的响应曲线来判断变压器绕组变形程度的。在测试中常采用专门的绕组变形仪来进行的。
2.2 低电压短路阻抗测试
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，它是由绕组的几何尺寸所决定的。对于一台变压器，当绕组变形、几何尺寸发生变化时，其短路电抗值也要变化。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，如果变化较大，则可认为绕组有显著变形。 一般在运行现场对电力变压器进行低电压短路阻抗测试，并与铭牌或短路故障前所测值进行比较，就能够判断严重故障短路电流造成的绕组有无明显变形。 低电压短路阻抗测试方法 （以下简称短路阻抗法）以三相变压器为例，它都是采用单相电源进行测试的。测试中是将低压侧绕组的三相端子短接，而对另一侧绕组的任意两个端子施加单相电压，每次读数时应将试验电流调成一致（2-10A），共测试三次，最后计算变压器的短路阻抗值。试验时电压和电流要同时读取，所用仪表应有足够的精度。
3 变压器绕组变形测试试验事项
3.1 测试注意事项
绕组变形试验是一种较灵敏、较精确的试验，要求试验人员要有较强的责任心和认真的态度。 测量时应拆除变压器套管相连的所有母线，并使其尽可能远离变压器套管，试验人员尽量远离套管，以减少杂散电容的影响。 为了便于相互比较，应按照统一规定的试验接线方式和试验顺序进行测试。 当发现试验结果异常时应首先检查仪器和试验接线，并重复测量一次，前后两次测量结果应相符，确保试验结果的可靠性。 接地线应接地良好，建议用螺母紧固在铁芯接地线上，不可随意缠绕，因为接地线接地不良可能导致测试结果的重复性不好。 测试头与变压器接线头的接触应良好。 绕组变形测试最好安排在所有直流试验项目之前进行，以避免累积电荷的影响。 对于三角型接线的绕组，如果有可能解开，应考虑解开三相分别测量，以提高测量数据的准确度。
3.2 变压器绕组初次试验的重要性
通过对不同的生产厂家及型号进行初步的分析，我们发现在众多的厂家中，即使是同一型号、同一批生产的变压器，其波形并不象其他厂家一样，即第一次的现场测试的结果为以后变压器检修后测试结果的分析比较十分重要的。
3.3 总结测试结果十分必要
通过近段时间的总结，归纳出不同生产厂家的波形特征，相对而言，不同型号之间的差别，远没有不同厂家之间的差别明显，有时候甚至可以忽略。由于此项工作对变压器的变形程度、能否继续运行没有一个标准，更多的是依据经验来判断，因此这三年的主要分析工作仍处于总结经验阶段，对各种不同厂家、型号的变压器图谱进行归类，找到其主要的特征，为以后的深入分析作准备。
4 预防变压器绕组变形的措施
4.1 变压器在设计制造时，一定要充分考虑到绕组的抗短路能力，对于用户来说，要选择承受短路能力强的变压器；
4.2 提高继电保护装置的正确动作率，尽可能避免变压器出口短路或近区短路故障；
4.3 交接、大修吊罩时，要加强对变压器夹件、紧固件的检查；
4.4 发生短路的变压器，一定要及时对其进行绕组变形检测，以确定绕组是否变形。综上所述，要减少变压器绕组变形事故，就要尽可能避免变压器遭受出口短路或近区短路故障的冲击；当变压器受到短路电流冲击后，采用频响特性测试技术对变压器进行绕组变形检测，确定变压器发生绕组变形后，再进行吊罩、吊芯等解0体检查，将起到事半功倍的效果。
5 结语
绕组变形测试作为一种对变压器新的检验手段，可以及时有效地发现变压器由于受短路冲击后造成的绕组变形缺陷，并通过及时的吊检和大修，避免重大事故的发生。变压器绕組变形测试今后的主要方向是建立波形的分析软件及数据库，重点对曾经发生过出口短路的变压器作深入分析，为变压器安全运行及开展变压器状态检修工作提供依据；加强与国内外单位的联系与交流，吸取同行成功的经验；积极了解该项技术的最新发展情况，不断提高自己的分析判断水平。
参考文献
[1] 陈化刚.电力设备预防性试验方法及其诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2] 汪学勤，许书燕.电气试验与油化验（高级）[M].北京：中国电力出版社，1999.