低电压电抗法诊断
电力变压器动稳定状态的实测分析
邬伟民1 孙强2 李建强3
（1、天水供电局 2、西北电力试研院3、新疆电力试研院 4、广州电力试验院）
摘要：本报告通过对大量实测事例的对比分析，阐明了在变压器出厂前，运输后和短路电流冲击后，用低电压电抗法检测电力变压器绕组和铁芯的动稳定状态参数的作用和意义。
关键词：阻抗电压、短路阻抗、短路电抗、漏电感、空载电流、空载损耗。
1 前言
采用低电压电抗法检测变压器绕组的动稳定状态有无异常（主要针对变形、位移）已经业绩累累。为降低电力变压器短路事故率发挥了越来越大的作用。其主要原因有三：
第一、低电压电抗法置根于经典的理论原理。（1）
由戴维南定理可知：变压器的短路阻抗ZK就是变压器的等效内阻抗。
短路阻抗的无功分量即是通常所称的漏电抗或短路电抗，该电抗XK的值是变压器输入绕组与输出绕组之间相对几何位置的函数，因此变压器绕组只要发生变形、位移，其电抗值必定有响应。
由于电抗就是交流频率ω和电感L的乘积，因此，漏电感能更“纯”地反映绕组位移、变形等等。
短路阻抗的有功分量可以由绕组的电阻值和实测的总损耗值经温度换算后确定，这样ZK也就仅仅成了绕组间相对几何位置的函数。
变压器铭牌上的阻抗电压UK值是制造厂在负载试验后换算得到的。UK就是试验时通入加压绕组的额定电流IH和短路阻抗ZK的乘积。UK通常是用相对于额定电压的百分数来表示的。
可见，UK、ZK、XK、LK一脉相承。四参数的变化或差异都显示出变压器绕组有位移、变形或差异等。本文以下提到四参数中的任一个，无特别说明时，即包涵泛指四参数。
更重要的是：负载试验与电抗测试的接线在原理上可以是同一回事。只是所加的激励不同，常规的负载试验要求通入额定电流IH（许多制造厂只通入了50%IH，甚至20%IH），而低压电抗法加上的是市电（380V左右），不必调电压、调电流。可以证明（1）：XK和LK在测试精度0.2%的范围内完全可以认为是线性的，与施加的电压、电流值无关。这就奠定了低压法的有效性。
第二、低电压电抗法诊断变压器动稳定状态是有顶级权威的法规可遵循和所支持的。
（1） 国际电工委员会标准IEC60076—5：2000《电力变压器 第5部分 承受短路的能力》中有要求、有判据。
（2） 中华人民共和国国家标准GB1094.5—××××《电力变压器 第5部分 承受短路的能力》中的“4.2.2和4.2.7故障检测和（短路）试验结果的判断”都明确了电抗法的主裁地位和相应的判据。
（3） 国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中的“15.2.5认真……对110kV及以上电压等级变压器在出厂和投产前应做低电压短路阻抗测试……”和“15.6…变压器在遭受近区突发短路后，应做低电压短路阻抗测试…，判断变压器无故障后，方可投运”。
第三、测试仪器和测试经验已趋成熟。
中国最权威的国家变压器质量监督检验中心的虎石台强电流高电压试验站，在对受试变压器实施短路电流冲击前后，使用YY2816精密电感分析仪，用低压法实测变压器的电抗XK。
我国首台（2）送往国外作变压器承受短路能力试验时，世界电工行业四大试验中心之一的意大利CESI的专家们也认定：IEC推荐的低压电抗法是判断变压器是否经受住了短路电流冲击的主要方法。
本文所举现场测试的实例（除例5之外）均为用《CD9882型变压器动稳定状态参数测试仪》（3）所测、判。该仪器是便携式，测试电压就直接用380/220V的市电，测试精度完全满足并优于IEC60076和GB1094.5的基本要求（复验性小于0.2%）。测试后可出示UK、ZK、XK、LK等参数，且均已换算到50HZ（精度不低于0.1%）频率，以增强可比性。仪器配有专家系统，可指导专业人员检测、查询、诊断。确保现场检测简捷、诊断结论准确。
2 短路电流冲击后的检测
2.1 短路承受能力试验前后的电抗测试
2.2.1 文献（4）提供了上世纪末在国家变压器质检中心的一批配电变压器的测试情况，参试变压器66台。55台的短路电抗值在短路试验前后的变化不到2%；有2台在试验过程中内部严重放电；9台的电抗变化超过2%，其中三台是三相超限，六台是单相超限；吊芯检查发现，超限变压器内部均有不同程度的明显位移、变形，详情见表1，由表1可以看出：电抗值的变化与位移、变形的情况有极为良好的可对照性。
表1： 1994-1996年配电变压器短路试验后电抗变化和绕组变形对照表
序
号 被试品 短 路 电 抗 测 量 值 吊心检查情况
容量/KVA 相序 试前X1/Ω 试后X2/Ω X1-X2 /%
X1
1 630 A 7.15 6.55 -8.4 A、B、C相绕组各旋转10°、15°、30°，垫块脱落，三相绕组变形，低压引线变形弯曲。
B 8.05 7.65 -5
C 7.95 7.45 -6.3
2 315 A 11.45 15.225 33 A、B相绕组上下端部和匝间绝缘胀开，两相绕组严重变形、移位。
B 12.15 17.625 45
C 12.05 11.775 -2.3
3 200 A 17.325 25.025 44 三相绕组上端部绝缘包扎全部脱开，B、C相垫块向外突出，C相绕组位移10mm。
B 17.975 30.775 71
C 17.925 26.075 45
4 315 A 12.275 12.275 0 B相绕组位移15mm，上下垫块向外突出15mm。
B 12.375 12.935 4.5
C 11.975 12.025 0.42
5 1000 A 4.4 5.18 17.7 A相绕组扭曲，倾斜，导线绝缘破裂，端绝缘损坏严重。
B 4.24 4.2 -0.94
C 4.37 4.41 0.92
6 1000 A 3.96 4.025 1.6 B相绕组位移10mm，低压绕组下串30mm，低压垫块脱落。
B 3.91 4.495 15
C 3.91 3.865 -1.1
7 1000 A 4.075 4.09 0.36 B相垫块脱落，低压绕组下移。
B 4.035 4.18 3.6
C 4.215 4.23 0.36
8 1250 A 3.11 3.16 1.6 C相高压绕组位移10mm，下端绝缘变形弯曲10mm。
B 2.93 2.93 0
C 3.03 3.1 2.3
9 1000 A 4.395 4.405 0.2 三相垫块向外突出10mm左右,绝缘压板弯曲，低压引线变形。B相低压绕组变形严重。
B 4.25 5.325 25
C 4.415 4.365 -1.1
2.1.2 为了应对上世纪九十年代中期后，大型变压器动稳定破坏事故的不断攀升，1996年开始，先后有三十余家变压器制造厂将40余台110kV变压器进行了短路承受能力试验。试验前后都逐台进行了低电压电抗测试和吊罩检查。文献（5）报道了最早在国家变压器质检中心通过短路试验的四台110kV变压器，短路前后所测得电抗最大偏差为0.06%—0.33%，均远小于国标GB1094.5中要求的不大于2%。吊芯检查亦证实：绕组、引线和支撑件结构均无明显位移、变形。内部无放电痕迹，复试例行试验，完全合格。这些经电抗测试，确认通过短路试验的110kV变压器在运行中尚未发生过任何动稳定故障。
2.1.3 国家变压器质检中心已对二台220kV变压器进行了短路承受能力试验。
2.1.3.1 1997年12月至1998年9月进行试验的是一台专门用于试验的研究性样机（1：1，实体）。用接近最大短路电流的电流（75.3—127.9%）冲击变压器。其中B相冲击了8次，C、A两相各自只冲击了一次。吊检前，B、C、A三相各自的电抗值的相对变化率（与短路冲击前的原始值比）依次为1.49%、1.71%、4%。吊芯检查的结果是B、C两相均未发现线卷、引线和支撑件结构等有明显位移、变形，器身表面也未发现放电痕迹，例行试验复试也完全合格，而A相绕组已失稳损坏。更有意思的是B相在8次短路冲击的前，中、后共进行了6次电抗测试，电抗变化率随冲击次数和短路电流的大小呈攀升趋势，明显可看出积累效应。见表2所附。
2.1.3.2 2002年2月，国家变压器质检中心对12台同一设计的同一批SF9-120000/220变压器抽取一台进行了短路承受能力试验。
每相冲击3次，每次0.25秒（国标新要求），冲击电流为最大允许短路电流的96.7-104.3%。短路冲击后，A相电抗相对变化0.251%，B相为0.0195%，C相为0.204%，均远远小于2%。吊芯检查和例行试验复试均一切正常。这12台变压器已陆续加入了电网运行。
表2： 220kV样机变压器短路电抗统计表
序号 被试相别 试验电流（%） 电抗变化率
（%）
峰值 对称值
1 B(三次) 75.3 95.6 0.30
93.2 95.6
97.8 96.1
2 B 95.9 96.1 0.38
3 B 100.0 94.8 0.45
4 B(二次) 104.8
108.2 108.4
108.9 0.38
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