变压器变化与绕组变形测试仪

ZYST99变压器绕组变形测试仪

产 品 说 明

ZYST99变压器绕组变形测试仪

一、前言

电力变压器在运行过程中不可避免地要遭受各种故障短路电流的冲击。在短路电流产生的强大电动力作用下，变压器绕组可能失去稳定性，导致局部扭曲、鼓包或移位等变形现象，严重时将直接造成突发性损坏事故。

变压器在遭受短路故障电流冲击，绕组发生局部变形以后，即使没有立即损坏，也有可能留下严重的故障隐患，例如：

1. 绝缘距离发生改变，固体绝缘受到损伤，导致局部放电。当遇到过电压作用时有可能发生匝间、饼间击穿，导致突发性绝缘事故，甚至在正常运行电压下，因局部放电的*作用发生绝缘击穿；

2. .绕组机械性能下降，抗短路能力降低。当再次遭受故障短路电流冲击时，绕组的变形现象加剧，甚至因承受不住巨大的电动力作用而发生损坏。

用频率响应分析法测量变压器的绕组变形，在国内已有多年的使用经验。实践证明，该方法具有较高的检测灵敏度，能满足现场使用的要求。

在现场用低电压测试短路电抗（包括短路阻抗和漏电感等参数）以判断变压器绕组有无变形已有多年，多次检出了动稳定状态劣化的大中型电力变压器，并经器身检查得到验证和处理，避免了变压器短路损坏事故。ZYST99变压器绕组变形综合测试仪集成了FRA频响分析法和短路阻抗测试方法，提高了现场测试效率和绕组故障判断的准确度。

ZYST99变压器绕组变形综合测试仪，秉承了原有系列产品的技术特点，符合DL/T911-2004 电力行业标准《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》和DLT1093-2008 《电力变压器绕组变形的低电压电抗法检测判断导则》，在仪器的易用性方面有较大的提高，并且增加了如下功能。

1. *符合 DL/T911-2004 电力变压器绕组变形的频率响应分析法行业标准；

2. *符合 DLT1093-2008 电力变压器绕组变形的低电压电抗法检测判断导则;

3. 数字化滤波技术，可消除现场干扰信号的影响，保证测试数据的重复性；

4. 操作简单，测量迅速，测试变压器绕组频响特性的时间不超过2分钟；

5. 智能诊断功能，可根据对比曲线间的相关系数，标定曲线差异并生成诊断结论；

6. 具备测试报告生成、打印、保存及图谱插入等功能，便于报告编写与诊断；

7. 具备调用并转换其它同类产品数据的功能，提高了测试数据的共享性；

8. *的自校验功能，可避免因测试线缆及仪器自身故障而导致错误的判断；

二、名词术语

1. 绕组变形：

指电力变压器绕组在机械力或电动力的作用下发生轴向或径向尺寸的变化，通常表现为绕组局部发生扭曲、鼓包或移位等特征。变压器在遭受短路电流冲击或在运输过程中遭受冲撞时，均有可能发生绕组变形现象，它将直接影响变压器的安全运行。

2. 双口网络：

指具备一对输入端口和一对输出端口的网络。如果网络是由线性的电阻、电感（包括互感）和电容元件组成，且内部不含任何独立电源，则称之为无源线性双口网络。当频率较高时，可把变压器绕组视为无源线性双口网络。

3. 传递函数：

用拉普拉斯变换形式表示的无源双口网络的输出与输入之比。传递函数的极点和零点的分布与双口网络的内部元件参数、联接方式以及端口的联接阻抗密切相关。

4. 频率响应特性：

指在正弦稳态情况下，网络的传递函数 H(jω)与角频率ω的关系。通常把 H(jω)幅值随ω的变化关系称为幅频响应特性，H(jω)相位随ω变化的关系称为相频响应特性。

5. 扫频检测：

连续改变外施正弦波激励信号源的频率，测量网络在不同频率下的输出信号与输入信号之比，并绘制出相应的幅频响应特性或相频响应特性曲线。

三、检测原理

变压器绕组在较高频率的电压作用下，每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感（互感）、电容等分布参数构成的无源线性双口网络，其内部特性可通过传递函数H(jω)进行描述，如图1所示。如果绕组发生变形，绕组内部的分布电感、电容等参数必然改变，导致其等效网络的传递函数H(jω)的零点和极点发生变化，从而使网络的频率响应特性发生变化。

用频率响应分析法检测变压器绕组变形，是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的变化程度，判断变压器可能发生的绕组变形。

变压器绕组的幅频响应特性采用扫频检测方式获得，如图1所示。连续改变外施正弦波激励源Vs的频率f(角频率ω=2πf)，测量在不同频率下的响应端电压V2和激励端电压V1的信号幅值之比，获得激励端和响应端情况下的绕组幅频响应特性。

测得的幅频响应特性曲线常用对数形式表示，即对电压幅值之比进行如下处理：

H（f）=20Log[V2(f )/V1(f )]

式中：H（f）为频率f时传递函数的模│H(jω)│；V2(f )和V1(f )为频率为 f 时响应端和激励端电压的峰值或有效值│V2(jω)│和│V1(jω)│。

图中：L、K及C分别代表绕组单位长度的分布电感、分布电容及对地分布电容，V1、V2分别为等效网络的激励端电压和响应端电压，Vs为正弦波激励信号源电压，Rs为信号源输出阻抗，R为匹配电阻。

图：频率响应分析法的基本检测回路

四、分析判断

变压器绕组的幅频响应特性曲线中通常包含多个明显的波峰和波谷，经验及理论分析表明，这些波峰和波谷的分布位置及分布数量的变化，可作为分析变压器绕组变形的重要依据。

1. 幅频响应特性曲线低频段（1kHz~100kHz）的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组的电感改变，可能存在匝间或饼间短路的情况。频率较低时，绕组的对地电容及饼间电容所形成的容抗较大，而感抗较小，如果绕组的电感发生变化，会导致其频响特性曲线低频部分的波峰或波谷位置发生明显移动。对于绝大多数变压器，其三相绕组低频段的响应特性曲线应非常相似，如果存在差异则应查明原因。

2. 幅频响应特性曲线中频段（100kHz~600kHz）的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组发生扭曲和鼓包等局部变形现象。在该频率范围内的幅频响应特性曲线具有较多的波峰和波谷，能够灵敏地反映出绕组分布电感、电容的变化。

3. 幅频响应特性曲线高频段（>600kHz）的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组的对地电容改变，可能存在线圈整体移位或引线位移等情况。频率较高时，绕组的感抗较大，容抗较小，由于绕组的饼间电容远大于对地电容，波峰和波谷分布位置主要以对地电容的影响为主。

用频率响应分析法判断变压器绕组变形，主要是对绕组的幅频响应特性进行纵向或横向比较，并综合考虑变压器的短路情况、变压器结构、电气试验及油中溶解气体分析等因素。

纵向比较法

对同一台变压器、同一绕组、同一分接开关位置、不同时期的幅频响应特性进行比较，根据幅频响应特性的变化分析绕组变形的程度。该方法具有较高的检测灵敏度和判断准确性，但需要预先获得变压器的原始幅频响应特性，并且应排除检测条件及检测方式变化所造成的影响。

上图是某台变压器低压绕组在遭受突发性短路电流冲击前后测得的幅频响应特性曲线。可见，遭受短路电流冲击以后的幅频响应特性曲线（LaLx02）与冲击前的曲线（LaLx01）相比较，部分波峰及波谷的频率分布位置明显向右移动，可判定变压器绕组发生变形。

横向比较法

对变压器同一电压等级的三相绕组的幅频响应特性进行比较，必要时借鉴同一制造厂在同一时期制造的同型号变压器的幅频响应特性，来判断变压器是否发生绕组变形。该方法不需要变压器的原始幅频响应特性，现场应用较为方便，但应排除变压器的三相绕组发生相似程度的变形、或者正常变压器三相绕组的幅频响应特性本身存在差异的可能性。

图A：某台变压器遭受突发短路后低压绕组的幅频响应特性曲线

图B：另一台同型号变压器低压绕组的幅频响应特性曲线

上图A是某台三相变压器低压绕组在遭受短路电流冲击以后测得的幅频响应特性。可见，曲线LcLa与曲线LaLb、LbLc相比，波峰和波谷的频率分布位置以及分布数量均存在差异，即三相绕组幅频响应特性的一致性较差。而同一制造厂在同一时期制造的另一台同型号变压器的三相绕组的频响特性一致性却较好（图B），故可判定变压器在遭受突发性短路电流冲击后绕组变形。

五、仪器性能

1. 扫频检测范围：0.1kHz~2MHz，可任意设定检测频段。

2. 扫频检测方式：线性或对数分布。

3. 扫频信号输出：10Vp-p

4. 频率扫描精度：0.005%

5. 扫描频率间隔：在扫频检测范围内，可任意设置 100~2000 个测量频点。

6. 测量阻抗匹配：

具备一个正弦波激励信号输出端（Vs）和两个独立的信号检测端(V1 和 V2)。其中，正弦波扫频信号源 Vs 的输出阻抗 Rs 为 50Ω，且输出端通过同轴屏蔽电缆直接与被测变压器绕组的激励端连接；两个独立的信号检测端 V1 和 V2 的输入阻抗为 1MΩ，且通过同轴屏蔽电缆，分别连接到被测变压器绕组的激励端和响应端，并在被测绕组的测端与地之间加 50Ω的匹配电阻（安装在输入单元和检测单元内部）。所用同轴屏蔽电缆的波阻抗为 50Ω，电缆长度为 15m 左右。

7. 扫频检测精度：在-100dB~20dB 范围内的检测精确度不低于±0.5dB。

8. 干扰抑制能力：数字选频滤波功能，测量频带的宽度不超过被测频率的 1%，不受频带外干扰的影响。

9. 数据存储格式：采用 csv 文件格式（即 Excel 数据格式）保存测量数据，并能打开 国内外多种同类测试仪器的测试数据进行分析，便于数据的传递和比较。

10. 基本配置部件：

1) ZYST99 型 变压器绕组变形综合测试仪（一体化结构）

2) 标准附件：

一、 15m 测量电缆：1 套3根

二、 测量接线钳：2 把

三、 接地线：1 套

四、 电源线：1 根

五、 铝合金仪器箱：1 个

六、检测要求

1. 接线要求

1) 变压器绕组变形检测须在直流试验项目之前或者在变压器绕组得到充分放电（2小时以上）以后进行，否则将会影响检测数据的重复性甚至导致检测仪器损坏。

2) 检测前应拆除与变压器套管端头相连的所有引线，并使拆除的引线尽可能远离被测变压器套管。对于套管引线无法拆除的变压器，可利用套管末屏作为响应端进行检测，但应注明，并应与同样条件下的检测结果作比较。

3) 变压器绕组的频率响应特性与分接开关的位置有关，建议在分接位置下测量，或者应保证每次测量时分接开关均处于相同的位置。

4) 因测量信号较弱，激励信号和响应信号测量端应与变压器绕组端头可靠联接，减小接触电阻。

5) 输入单元和检测单元的接地线应与变压器外壳油箱可靠联接，不允许存在大于1欧姆以上的接触电阻，接地线应尽可能短且不应缠绕。通常建议联接在变压器顶部的铁心接地铜排位置，严禁随意缠绕在油箱表面的螺栓上。

2. 接线方式

1) 按照下图所示原则，选定被测变压器的激励端（输入端）和响应端（测量端）；

2) 通过两根裸铜线把输入电缆和检测电缆所带有的“GND”端共同联接在变压器油箱金属外壳上，保证与外壳可靠联接（接触电阻不大于1欧姆），接地线应尽可能短且不应缠绕。通常建议联接在铁心接地引出端的接地铜排位置，严禁随意缠绕在油箱外壳的金属螺栓上；

3) 通过两把接线钳把输入电缆和检测电缆分别联接到选定的激励端和响应端套管端头；

4) 通过同轴电缆把输入单元的Vs、V1端对应地与测试仪Vs、V1端口联接，把检测单元的V2端对应地与测试仪V2端口联接；

5) 启动计算机中的TDTView7程序，操作“测量”菜单中的［启动测量］项或相应的快捷键即可启动测量。

图：常用变压器的几种测量接线方式

3. 检测程序

1) 按选定接线方式分别测量并记录变压器不同测端的幅频响应特性曲线，通常应把低压绕组作为重点测量对象。

2) 比较相同电压等级的三相绕组的幅频响应特性，如果差异较大则应检查测试电缆及接地引线，重新进行测量，保证同一绕组测量结果的重复性，排除测量接线等因素所造成的影响。

3) 如果发现测得的频响曲线的平滑性较差（曲线上带有大量毛刺），则应检查接线钳是否与套管端部可靠联接、电缆插头是否存在接触不良或断线现象。

4) 如果测得的3相绕组的频响特性一致性较差，则应检查或改换输入电缆及测量电缆中接地线的联接位置，检查其是否与变压器外壳可靠联接（注：变压器油箱上的螺栓与外壳通常存在接触电阻，切忌使用！，重新进行测量，确认两次测得的数据曲线*一致，避免因测量接线损坏或接地引）线与外壳联接不亮，造成错误的测试数据。

4. 判断程序

1) 在现场就地对测得的同一电压等级的三相绕组的频响曲线进行比较，以确保测试数据正确无误。

a) 若三相频响曲线较为一致，则可认为测试数据正确无误；

b) 若存在明显差异，则首先应检查测试接线方式是否符合规定的要求，测试电缆的是否处于完好状态，确认无误后再重测。如果重测后的频响曲线与之前的*相同，且响应幅度主要集中在-20~-60dB 之间，则可认为测试数据正确无误；

2) 利用该台变压器的历史测试数据，或者同型号、同批次的另一台变压器的测试数据，来进行纵向比较分析，然后作出较为可靠的诊断结论。

a) 若该台变压器的测试数据与历史数据（或出厂测试数据）基本一致，无明显的差异，则无论其三相之间的频响曲线是否一致，均可判断该变压器无明显的绕组变形现象，这是较为可靠的一种诊断方式。

b) 若该台变压器的测试数据与同型号、同批次的另一台变压器的基本一致，无明显的差异，则无论其三相之间的频响曲线是否一致，均可判断该变压器无明显的绕组变形现象，这是在没有历史数据时较为常用的一种诊断方式。

c) 在进行纵向比较时，考虑到测试仪器、测试接线及测试工况的差异所造成的影响，只要前后两次的频响曲线基本相似，或者三相绕组之间的差异规律基本没有明显变化，通常即可认为绕组无明显变形。

3) 即使依据上述方法，初步判断变压器可能存在明显的绕组变形，也应通过了解变压器的如下信息，通过综合分析后得出测试结论。

a) 该变压器的制造年代或设计型号。根据经验，在 1985－1998 年间生产的变压器抗突发短路的能力较差，较易出现绕组变形；

b) 该型号的变压器是否否已有出现绕组变形的案例。根据经验，同型号（特别是同批次）的变压器往往带有缺陷遗传规律；

c) 是否是抗短路能力较差的薄绝缘铝线圈、自耦变中压绕组或分裂变压器低压绕组;

d) 变压器是否发生出口或近区短路冲击，继电保护是否在规定时间内动作;或者该变压器在运输、吊装时是否受到撞击;

e) 对于 500kV 单相变压器，其高压侧绕组频响特性的一致性可能较差，特别是在高频段。另外，对于某些小厂生产或经过现场检修的变压器，其三相的频响特性一致性相对较差，如果遇到该类情况，通常可适当放松判断的尺度。

七、操作步骤

1. 严格按照上述“检测要求”所规定的方法，联接好测试系统的接线。

2. 启动计算机，运行 ZYST99 程序组中的相关程序，进入ZYST99绕组变形测试界面。  

左图：TDTView 测量界面             右图：TDTView 分析界面

用鼠标点击［启动测量］按钮，即可启动测量，并可在屏幕左上方观察到扫频设置和测量数据。

说明 1：*的测量设置参数为 1~1000kHz（线性扫描 1000 个频点），可通过“测量”菜单中的［测量参数］项（上方左图所示）灵活进行更改。如采用“对数”扫频测量方式，则将更加细化低频段测量数据。

说明 2：为方便使用，ZYST99 测试系统可在退出或关机后自动保存上一次设置的参数，因此应在启动测量后通过屏幕左上方所显示的信息，及时确认测量参数设置是否正确无误。

说明 3：提供多种测量显示方式，通过测量菜单中的［显示方式］项（如上方右图所示）可灵活地进行设置，必要时可更改显示波形的颜色，并可关闭测量过程中的“动态波形监视窗”，以便节省 10S 左右的测量时间。

说明 4：若测量结束后，没有立即对数据进行存盘，则可通过“文件”菜单中的［数据另存为…］项，对当前显示的测量数据重新进行存盘操作。

3. 扫频测量完成时，系统将会弹出对话框，必须严格按照如下要求，正确录入被测变压器的信息，以便日后的数据管理。点击［保存文件］即可对本次测量结果进行存盘，并显示出存盘路径（以“名称＋编号”生成数据目录）和文件名称（以“激励＋响应”生成数据文件）。

a) 名称：变电站名称，建议输入 10 个以内的汉字。

b) 编号：运行编号，建议输入 01~99 双位数字。

c) Tap 档位：分接开关档位，建议输入 01~20 数字。

d) 型号：变压器的型号，以便进行同类型比较。

e) 描述：测试目的、制造厂或其他信息。

f) 激励：信号激励端 V1（联接 2 根电缆）。

g) 响应：信号响应端 V2（联接 1 根电缆）。

h) 存盘路径：可根据需要任意选定或设置。

注意 1：正式测量时，应正确输入被测变压器的信息，否则将会给日后的数据管理造成不便。测试系统将自动记录上一次测量所输入的信息，因此只需在*次测量时输入即可。

注意 2：H、M、L 表示激励和响应端绕组的电压等级，O、A、B、C、X、Y、Z 分别表示相别，若无法选取到合适的代表符号，可手动输入其他的字符（多2位）。

4. 在测量完变压器各个绕组的频响特性后，通过“文件”菜单中的［打开数据目录］项，即可同时调出该变压器的测量数据文件，鼠标双击该文件即可把数据曲线调入波形显示窗口进行分析。

说明 1：通过［打开数据目录］功能可把所选目录（通常为变压器名称）中的所有数据导入到“数据文件列表”，双击该列表中的文件名称（其信息将在屏幕右下角的“当前浏览文件”中显示） 即可把该数据文件调入到屏幕右侧的数据波形显示窗口，（每个电压等级多调入 6条）；若仅需调入某个目录下的一个数据文件，则可使用［打开数据文件］功能。

说明 2：调入到屏幕曲线显示窗口中的波形信息可在其上方的“分析文件列表”栏中显示，鼠标右键点击选中的数据文件，即可弹出如下方左图所示的分析文件操作菜单，可删除、清空数据文件，修改显示曲线的颜色，修改数据文件信息，并可把所显示的多条曲线数据导为Excel，以便使用 Excel 工具自行绘制波形曲线。

说明 3：在波形显示窗口中点击鼠标右键，将弹出如上方右图所示的波形操作界面，可设置显示数据（幅频特性／相频特性）、曲线式样（点状／线状）、频率坐标（线性／对数），并可分别显示低频段 LF、中频段 MF、高频段 HF 的波形曲线（此时应关闭［智能诊断］功能），必要时还可通过［调整坐标刻度］项设置和调整 X 轴、Y 轴的坐标刻度，得到所需要的坐标刻度。

5. 确认所调入显示的数据文件符合“横向比较”或“纵向比较”的条件以后，启动［智能判断］功能，即可用“彩条”方式显示出曲线间的差异情况（波形显示窗口上方），并可在分析结论栏中显示出诊断结论。

说明 1：分析结论是根据 DL/T911-2004 标准所提供的相关系数进行判断的，如有需要可通过分析菜单中的［修改判据标准］项（如下方左图所示）另行设置判据标准。

说明 2：通过分析菜单中的［显示方式］项（如上方右图所示），可另行定义 LF 低频段和 MF 中频段的范围，并可设置频率坐标的显示方式（线性或对数）。建议采用对数显示方式，以便更为清晰地分析低频段 LF 及中频段 MF 的曲线差异。

说明 3：鼠标双击“分析结论”栏，即可编辑或修改分析结论信息，并通过试验报告打印出来。

6. 通过文件菜单中的［创建报告］项，输入测试报告的信息（如下方左图所示），点击“浏览”即可把当前所显示页面（低压／中压／高压）中的所有数据曲线添加到试验报告之中，确认正确无误后即可保存并打印。

为便于用户编制其它格式的试验报告，TDT 软件还提供把波形曲线“导入粘贴板”和把多条数据曲线“导为 Excel”的功能，可方便地通过 Word 和 Excel 得到特殊风格的试验报告。

附图: 变压器绕组变形时的典型幅频响应特性曲线

图1：SFPSZ7-120000/220 变压器低压绕组变形时和修复后的频响曲线

图2：SFPSZ7-150000/220 变压器低压绕组变形时和修复后的频响曲线

图3：SFPSZ7-150000/220变压器低压绕组变形时的频响曲线  图4：SF9-31500/110变压器低压绕组变形时的频响曲线

图5：SF7-6300/110变压器低压绕组变形时的频响曲线图   

低压短路阻抗测试说明短路阻抗测试接线方式

1. 将被测变压器低压侧ABC各相间短路；

2. 将ZYST99的Vs和V2端悬空，V1接测试电缆；

3. 启动TDTView7软件，选择菜单--测量--短路阻抗测试；

4. 在操作界面上填写被测变压器的额定电压、额定电流和测试工作频率（大可以400Hz）

5. *次测试时，先将测试电缆末端的夹子短接，进行电缆阻抗校准；这是对电缆复数阻抗进行一次精确校准；

6. 测试电缆末端夹子接被测变压器高压侧的各绕组对。本仪器目前仅支持单相测试模式，因为根据DLT1093标准导则，变压器在短路阻抗模型中是线性器件，可以通过3次独立的短路阻抗测试获得三项测法需要的终数值。

7. 点击“测试”按钮，获得短路阻抗测试的结果数据，包括短路阻抗Zk，短路阻抗百分比Zke，短路电抗Xk和漏电感Lk。

附录1：ZYST99变压器绕组变形测试仪

软件安装说明

1. 执行ZYST99 View Setup.Exe（通常在随机配的笔记本 D 盘中有备份），安装 ZYST99软件。安装过程中所有提示均可采用缺省选项。

2. 安装完成后，程序将自动启动，并在桌面上出现相应的 TDTView 7图标。

3. 如果所用电脑初次与ZYST99主机连接使用，则必须安装 TDSUSB 驱动程序。该驱动程序通常与ZYST99程序一起提供。

4. 启动 TDTview 7 程序，即可执行测量。

5. 安装好 TDTView 7软件及相应的驱动程序后，即可通过随机所提供的“ 校验单元”，验证测试仪是否正常工作。

附录2：ZYST99 新增功能说明

1. 新增均方差值计算功能。用鼠标右键点击界面下方的“相关系数（或均方差值）列表”中，选择“显示相关系数”或“显示均方差值”，即可在列表中显示出对应的数据列表。默认值为相关系数。

2. 新增“创建图片”功能。点击后可把 TDTView7 软件所显示的高/中/低压曲线，以图片形式（即*.emf 后缀结尾的矢量图）同时导入到 C:\TDTdat\Pic\目录中（注：该目录可通过 TDTView.ini 配置文件中的 Save_Picture_Folde 任意设定）。其中，高压绕组的图片文件名为 TDT Report H.emf，中压绕组图片文件名为 TDT Report M.emf，低压绕组图片文件名为 TDT Report L.emf。

附录3：ZYST99变压器绕组变形测试仪