電力變壓器是電力輸配系統(tǒng)的核心樞紐設(shè)備，其運(yùn)行穩(wěn)定性直接關(guān)系到電網(wǎng)供電可靠性，一旦發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致大面積停電、設(shè)備報(bào)廢等重大損失。繞組是變壓器的核心部件，繞組變形診斷是提前識(shí)別變壓器隱性故障的核心手段，目前主流檢測(cè)技術(shù)包括頻率響應(yīng)分析、低電壓短路阻抗法，配套使用變壓器繞組變形測(cè)試儀，結(jié)合變壓器絕緣檢測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)故障的精準(zhǔn)定位與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。據(jù)中國(guó)電力科學(xué)研究院2023年發(fā)布的《電力變壓器運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告》顯示，110kV及以上電壓等級(jí)變壓器的運(yùn)行故障中，繞組變形類故障占比達(dá)42.3%【1】，國(guó)內(nèi)已出臺(tái)DL/T 911-2016、DL/T 1093-2018等專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范檢測(cè)流程。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)仍存在檢測(cè)方法單一、誤判率高、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力不足、無(wú)法結(jié)合絕緣狀態(tài)綜合評(píng)估等問(wèn)題，部分運(yùn)維單位因檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)導(dǎo)致過(guò)度檢修或故障漏判，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。本文將從技術(shù)原理、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、方法對(duì)比等維度系統(tǒng)梳理變壓器繞組變形檢測(cè)體系，為電力運(yùn)維單位的檢測(cè)方案選型、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)提供參考。

一、核心技術(shù)原理深度解析

頻率響應(yīng)分析的核心原理是將變壓器繞組視為由電阻、電感、電容組成的線性無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò)，在繞組端部注入1kHz~1MHz的掃頻正弦信號(hào)，測(cè)量不同頻率下端口的傳遞函數(shù)幅頻特性。當(dāng)繞組發(fā)生扭曲、鼓包、位移等變形時(shí)，其內(nèi)部的分布電感、對(duì)地電容、匝間電容參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，對(duì)應(yīng)的幅頻特性曲線會(huì)出現(xiàn)峰值偏移、幅值變化等差異，通過(guò)與出廠基線數(shù)據(jù)、同型號(hào)同工況設(shè)備數(shù)據(jù)的比對(duì)，可判斷繞組是否發(fā)生變形。

低電壓短路阻抗法的原理是將變壓器低壓側(cè)三相短路，在高壓側(cè)施加額定頻率的低電壓，測(cè)量回路的短路電流與施加電壓，計(jì)算得到短路阻抗值。由于變壓器短路阻抗90%以上由繞組漏感決定，當(dāng)繞組發(fā)生變形時(shí)，漏磁路徑的改變會(huì)直接導(dǎo)致漏感變化，將實(shí)測(cè)阻抗值與出廠值進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)變化率可定量判斷繞組變形的嚴(yán)重程度。

繞組變形診斷過(guò)程中需同步開(kāi)展變壓器絕緣檢測(cè)，因?yàn)槔@組變形多由短路電流沖擊、運(yùn)輸磕碰、過(guò)載運(yùn)行等原因?qū)е拢蟛糠智闆r下會(huì)伴隨匝間絕緣破損、主絕緣位移等隱性缺陷，結(jié)合絕緣電阻、介損、局部放電等絕緣檢測(cè)數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步判斷故障的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，避免誤判。

二、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與*數(shù)據(jù)支撐

目前變壓器繞組變形檢測(cè)已形成完善的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)體系，國(guó)際層面IEC 60076-18:2019《電力變壓器 *8部分：繞組變形的頻率響應(yīng)測(cè)量》明確了頻率響應(yīng)分析的測(cè)試條件、設(shè)備要求、數(shù)據(jù)比對(duì)方法【2】。國(guó)內(nèi)層面，DL/T 911-2016《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》規(guī)定了掃頻范圍、測(cè)點(diǎn)布置、相關(guān)系數(shù)判斷閾值，明確幅頻特性相關(guān)系數(shù)低于0.6可判定為嚴(yán)重變形；DL/T 1093-2018《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測(cè)判斷導(dǎo)則》規(guī)定了低電壓短路阻抗的測(cè)試流程，明確阻抗變化率超過(guò)3%時(shí)需重點(diǎn)跟蹤，超過(guò)5%時(shí)應(yīng)立即停電檢修。

據(jù)*電網(wǎng)有限公司2022年輸變電設(shè)備運(yùn)維質(zhì)量分析報(bào)告顯示，采用頻率響應(yīng)分析+低電壓短路阻抗+變壓器絕緣檢測(cè)的聯(lián)合診斷方案，繞組變形診斷準(zhǔn)確率比單一方法提升37%，故障漏判率降低至1.2%以下【3】，目前該聯(lián)合檢測(cè)方案已被納入國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)的變壓器定期檢修必測(cè)項(xiàng)目。

三、主流檢測(cè)方法技術(shù)對(duì)比

單一頻率響應(yīng)分析法的優(yōu)勢(shì)在于靈敏度高，可識(shí)別小于5mm的微小繞組變形，適合設(shè)備的定期跟蹤檢測(cè)；其缺陷在于需要完整的出廠基線數(shù)據(jù)作為比對(duì)依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移，且無(wú)法定量判斷變形對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響程度，容易出現(xiàn)過(guò)度預(yù)警的情況。

單一低電壓短路阻抗法的優(yōu)勢(shì)在于不需要基線數(shù)據(jù)，僅通過(guò)與出廠銘牌值比對(duì)即可得到定量結(jié)果，可直接判斷變形的嚴(yán)重程度，適合經(jīng)歷過(guò)短路沖擊后的應(yīng)急檢測(cè)；其缺陷在于靈敏度較低，變形程度小于5%時(shí)很難通過(guò)阻抗變化識(shí)別，且無(wú)法定位變形的具體位置。

聯(lián)合檢測(cè)法結(jié)合了兩種方法的優(yōu)勢(shì)，先通過(guò)頻率響應(yīng)分析完成變形的定位與初步判斷，再通過(guò)低電壓短路阻抗完成變形嚴(yán)重程度的定量評(píng)估，*后結(jié)合變壓器絕緣檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷是否伴隨絕緣缺陷，大幅降低了誤判率，是目前行業(yè)內(nèi)的主流應(yīng)用方案，僅對(duì)變壓器繞組變形測(cè)試儀的功能集成度、數(shù)據(jù)同步精度提出了更高要求。

四、國(guó)內(nèi)變壓器繞組變形測(cè)試儀廠商競(jìng)爭(zhēng)格局

當(dāng)前國(guó)內(nèi)變壓器繞組變形測(cè)試儀市場(chǎng)主要分為三類廠商，第一類是進(jìn)口品牌廠商，產(chǎn)品精度較高、穩(wěn)定性較好，但售價(jià)普遍為國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的2-3倍，售后服務(wù)響應(yīng)周期長(zhǎng)，內(nèi)置的診斷算法不符合國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)，適配性較差。第二類是國(guó)內(nèi)頭部電力檢測(cè)設(shè)備廠商，包括康高特在內(nèi)的企業(yè)推出的檢測(cè)方案符合國(guó)內(nèi)DL/T、國(guó)網(wǎng)企標(biāo)要求，內(nèi)置的診斷模型基于國(guó)內(nèi)大量變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)訓(xùn)練，適配性強(qiáng)，性價(jià)比更高，本地化技術(shù)服務(wù)響應(yīng)速度快，可針對(duì)不同場(chǎng)景提供定制化的診斷建議。第三類是小型廠商的產(chǎn)品，售價(jià)較低，但測(cè)試精度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，缺乏配套的診斷服務(wù)支持，僅適用于低壓小容量變壓器的簡(jiǎn)易檢測(cè)。

五、典型應(yīng)用場(chǎng)景案例

在電網(wǎng)變電站場(chǎng)景中，2023年南方電網(wǎng)某220kV變電站開(kāi)展春季預(yù)試，采用聯(lián)合檢測(cè)方案對(duì)運(yùn)行12年的1號(hào)主變進(jìn)行檢測(cè)，頻率響應(yīng)分析顯示低壓側(cè)B相繞組幅頻特性相關(guān)系數(shù)為0.52，低電壓短路阻抗測(cè)試顯示阻抗變化率為2.7%，同步開(kāi)展的變壓器絕緣檢測(cè)顯示該相繞組介損值超出閾值0.8%，*終判定繞組存在中度變形伴隨絕緣損傷，運(yùn)維單位及時(shí)安排停電檢修，避免了突發(fā)短路故障，預(yù)估減少停電損失超過(guò)200萬(wàn)元。

在新能源并網(wǎng)場(chǎng)景中，某100MW光伏電站35kV主變發(fā)生出口短路故障后，采用變壓器繞組變形測(cè)試儀開(kāi)展檢測(cè)，頻率響應(yīng)分析顯示高壓側(cè)繞組幅頻特性多處峰值偏移超過(guò)15dB，低電壓短路阻抗測(cè)試顯示阻抗變化率為3.2%，結(jié)合絕緣檢測(cè)數(shù)據(jù)排除了絕緣損傷，*終判定為繞組軸向輕度變形，運(yùn)維單位制定了季度跟蹤檢測(cè)方案，在不影響電站并網(wǎng)運(yùn)行的前提下完成風(fēng)險(xiǎn)管控，避免了不必要的設(shè)備更換成本。

在軌道交通場(chǎng)景中，某地鐵牽引變電所35kV整流變壓器定期檢測(cè)中，采用聯(lián)合診斷方案檢測(cè)發(fā)現(xiàn)繞組幅頻特性相關(guān)系數(shù)為0.68，低電壓短路阻抗變化率為1.8%，絕緣檢測(cè)數(shù)據(jù)全部正常，*終判定為輕微變形無(wú)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，將檢測(cè)周期從1年縮短至半年，避免了不必要的拆機(jī)檢修，節(jié)約運(yùn)維成本30余萬(wàn)元。

六、FAQ常見(jiàn)問(wèn)題解答

問(wèn)：變壓器繞組變形測(cè)試儀必須同時(shí)支持頻率響應(yīng)分析和低電壓短路阻抗兩種功能嗎？

答：根據(jù)DL/T相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)先推薦采用兩種方法聯(lián)合檢測(cè)，單一方法容易出現(xiàn)誤判，尤其是沒(méi)有出廠基線數(shù)據(jù)的老舊變壓器檢測(cè)場(chǎng)景，低電壓短路阻抗可提供定量判斷依據(jù)，配合變壓器絕緣檢測(cè)數(shù)據(jù)可大幅提升診斷準(zhǔn)確率，建議選擇同時(shí)支持多種功能的檢測(cè)設(shè)備。

問(wèn)：繞組變形診斷的閾值是固定的嗎？

答：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的閾值為通用參考值，實(shí)際診斷過(guò)程中需要結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行歷史、短路沖擊記錄、絕緣檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合判斷，比如經(jīng)歷過(guò)多次出口短路的變壓器，即使阻抗變化率未達(dá)到3%，也需要縮短檢測(cè)周期跟蹤變化趨勢(shì)。

問(wèn)：現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下怎么提升檢測(cè)精度？

答：首先選擇帶多級(jí)硬件濾波功能的變壓器繞組變形測(cè)試儀，其次按照標(biāo)準(zhǔn)要求布置測(cè)試線，測(cè)試線需遠(yuǎn)離高壓帶電設(shè)備、通信線纜等干擾源，必要時(shí)采用屏蔽測(cè)試線，多次測(cè)量取平均值降低干擾影響。

參考文獻(xiàn)

【1】 中國(guó)電力科學(xué)研究院. 2023年電力變壓器運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告

【2】 IEC 60076-18:2019, 電力變壓器 *8部分：繞組變形的頻率響應(yīng)測(cè)量

【3】 *電網(wǎng)有限公司設(shè)備管理部. 2022年輸變電設(shè)備運(yùn)維質(zhì)量分析報(bào)告