变压器绕组变形检测技术对比分析与应用研究

一、引言

变压器作为电力系统的核心设备，其安全稳定运行对整个电网至关重要。绕组变形是变压器常见故障之一，可能导致绕组绝缘损坏、短路等严重后果，威胁电力系统的可靠供电。因此，准确检测变压器绕组变形情况，及时发现潜在故障隐患，对于保障变压器及电力系统的安全运行意义重大。目前，多种绕组变形检测技术已在实际中应用，本文将对这些技术进行对比分析与应用研究。

二、变压器绕组变形原因及危害

2.1 变形原因

短路故障冲击：当电力系统发生短路时，巨大的短路电流会产生强大的电动力，作用于变压器绕组，导致绕组的位移、扭曲或变形。短路电流越大、持续时间越长，对绕组造成的变形影响就越严重。

运输与安装过程中的振动冲击：在变压器的运输和安装过程中，不可避免地会受到振动和冲击。如果运输和安装过程操作不当，这些振动和冲击可能会使绕组的固定结构松动，进而引发绕组变形。

长期运行中的机械应力积累：变压器在长期运行过程中，由于负载的变化、温度的波动等因素，绕组会受到周期性的机械应力作用。这些应力长期积累，可能导致绕组的机械性能下降，最终引发绕组变形。

2.2 危害

绝缘性能下降：绕组变形后，其内部的绝缘距离可能发生改变，导致局部电场强度增大，容易引发局部放电，进而加速绝缘老化，降低变压器的绝缘性能，最终可能导致绝缘击穿故障。

短路故障风险增加：变形的绕组可能使绕组间的相对位置发生变化，导致绕组间的电感、电容参数改变。这可能会引起绕组间的电磁耦合异常，增加短路故障发生的概率，严重影响变压器的安全运行。

三、变压器绕组变形检测技术对比分析

3.1 频率响应分析法（FRA）

原理：通过在变压器绕组的一端注入不同频率的扫频信号，测量另一端的响应特性，得到绕组的频率响应曲线。由于绕组的电感、电容和电阻等参数与绕组的结构密切相关，当绕组发生变形时，这些参数会发生改变，从而导致频率响应曲线的变化。通过对比正常绕组和故障绕组的频率响应曲线，可判断绕组是否发生变形以及变形的程度。

特点：

灵敏度高：能够检测出绕组轻微的变形情况，对绕组变形的早期发现具有重要意义。

检测全面：可以对绕组的整体和局部变形进行检测，全面反映绕组的状态。

受外界干扰影响较大：环境温度、湿度以及测试引线的长度和布置等因素，都可能对测量结果产生影响，需要在测试过程中严格控制测试条件。

应用情况：在电力行业中得到广泛应用，是目前检测变压器绕组变形的主要方法之一。许多电力运维部门将 FRA 作为变压器例行试验项目，定期对变压器绕组进行检测，以监测绕组的状态。

3.2 低电压短路阻抗法

原理：在变压器的一侧施加低电压，另一侧短路，测量变压器的短路阻抗。短路阻抗反映了变压器绕组的电感、电阻以及绕组间的漏抗等参数。当绕组发生变形时，这些参数会发生变化，从而导致短路阻抗的改变。通过比较正常状态和故障状态下的短路阻抗值，可判断绕组是否变形。

特点：

操作简单：测试过程相对简单，不需要复杂的测试设备和技术。

对绕组整体变形较为敏感：能有效检测出绕组整体的变形情况，对于评估变压器绕组的整体健康状况具有重要参考价值。

对局部变形检测能力有限：对于绕组局部的轻微变形，短路阻抗的变化可能不明显，难以准确检测出来。

应用情况：常用于变压器的出厂试验、交接试验以及运行过程中的定期检测。在判断绕组整体变形方面具有较高的可靠性，但对于局部变形的检测，通常需要结合其他检测技术。

3.3 绕组直流电阻测量法

原理：通过测量变压器绕组的直流电阻，来判断绕组是否存在变形或其他故障。当绕组发生变形时，可能会导致绕组导线的长度、截面积或连接点等发生变化，从而引起直流电阻的改变。正常情况下，三相绕组的直流电阻应基本平衡，如果三相电阻不平衡度超出一定范围，可能表明绕组存在变形或其他故障。

特点：

测量方法简单：所需测试设备简单，操作方便，是一种较为常用的检测方法。

对绕组断股、接触不良等故障检测效果好：能有效检测出绕组因变形导致的导线断股以及连接点接触不良等故障。

对绕组轻微变形检测不灵敏：对于绕组轻微的变形，直流电阻的变化可能较小，难以准确判断绕组是否发生变形。

应用情况：作为变压器常规检测项目之一，在变压器的日常维护和故障排查中广泛应用。通常作为初步检测手段，若发现直流电阻异常，再结合其他检测技术进一步分析判断。

四、检测技术的综合应用

在实际应用中，单一的检测技术往往难以全面、准确地判断变压器绕组的变形情况。因此，通常需要综合运用多种检测技术，相互补充，以提高检测结果的准确性和可靠性。例如，在对一台运行中的变压器进行绕组变形检测时，首先采用绕组直流电阻测量法进行初步检测，查看三相电阻是否平衡，判断绕组是否存在明显的断股或接触不良等问题。若直流电阻测量结果正常，再采用频率响应分析法对绕组进行全面检测，以发现绕组可能存在的轻微变形或局部变形情况。对于一些怀疑存在整体变形的变压器，可同时采用低电压短路阻抗法进行测量，综合分析判断绕组的整体健康状况。

通过综合应用多种检测技术，可以充分发挥每种技术的优势，弥补其局限性，为变压器绕组变形的准确检测提供有力保障。

五、案例分析

某变电站一台110kV 变压器，在运行过程中出现异常声响。为判断变压器绕组是否发生变形，运维人员采用了多种检测技术进行检测。

首先进行绕组直流电阻测量，发现三相直流电阻不平衡度略超出标准范围，但不十分明显。接着采用频率响应分析法进行检测，通过与该变压器原始的频率响应曲线对比，发现绕组的频率响应曲线发生了明显变化，初步判断绕组存在变形情况。为进一步确定绕组的整体变形程度，又采用低电压短路阻抗法进行测量，结果显示短路阻抗较以往测量值有所增大。综合三种检测技术的结果，最终确定该变压器绕组发生了一定程度的变形。随后对变压器进行吊芯检查，发现绕组部分位置存在明显的位移和变形，与检测结果相符。及时对变压器进行维修处理后，变压器恢复正常运行。

该案例表明，综合运用多种检测技术能够准确判断变压器绕组的变形情况，为变压器的故障诊断和维修提供可靠依据。

六、结论

变压器绕组变形检测技术对于保障变压器的安全运行至关重要。频率响应分析法、低电压短路阻抗法和绕组直流电阻测量法等多种检测技术各有优缺点。在实际应用中，应根据变压器的具体情况、检测目的以及现场条件等因素，合理选择检测技术，并综合运用多种技术进行检测，以提高检测结果的准确性和可靠性。随着电力技术的不断发展，相信未来会有更加先进、准确的变压器绕组变形检测技术出现，为电力系统的安全稳定运行提供更有力的保障。

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