摘
着电网容量增短路容量增加短路障引起变压器障增加变压器绕组变形外部短路引起变压器运行中常见障严重威胁着系统安全运行变压器短路障电流影响运行程中变压器绕组流短路电流短路电流漏磁场相互作产生电力伟然绕组承受巨均匀外径轴电力变压器运输安装程中意外击碰撞振动等力（电力机械力）作绕组引起机械位移变形引起绝缘损坏绕组短路烧毁等严重变压器事外保护系统死区时间障导致变压器短路电流长时间绕组变形原研究变压器绕组变形原诊断方法预防措施减少变压器事发生具重意义
关键词：电力变压器绕组变形检测技术
目 录
1引言 1
11变压器绕组变形检测实际意义 1
12变压器绕组变形检测方法 1
2 变压器结构绕组变形分析 2
21电力变压器结构 2
22变压器绕组变形形式 2
23变压器绕组变形分析 4
231 绕组制造工艺应力设计 4
232 绕组受击力类型 4
3 频响曲线频段灵敏度分析 1
31灵敏度计算分析 1
311 灵敏度定义 1
312 频响曲线参数灵敏度计算 1
313 灵敏度分析 2
32频率响应仿真 3
321 PSPICE仿真软件简介 3
322 仿真电路 3
323 仿真结果分析 4
4 绕组变形电感电容参数变化关系 1
41绕组电感计算 1
42绕组电容计算 1
43绕组变形电感电容参数变化关系 2
5 绕组变形统计分析 1
51出现整体变形例子 1
52出现局部变形例子 2
53绕组变形统计 4
结 5
致 谢 7
参考文献 8
1引言
11变压器绕组变形检测实际意义
变压器电力系统中重电气设备安全运行保证电网安全具重意义果型电力变压器系统运行中发生事导致停电变压器检修期般达半年[1]花费影响面广必变压器障进行分析提高障检测手段降低障率保证电网安全运行
关统计资料介绍变压器绕组变压器事损坏部位变压器绕组抗短路力差造成变压器运行损坏原[3] 广州电网2000年广州电力局辖变电站已两台220千伏变压器遭受外部短路障击直接引起变压器部突发性短路障损坏（伍仙门站2号变瑞宝站1号变）三台110千伏变压器运行中遭受电压引起绝缘损坏中松仔岭站1号变系统电压引起变压器绝缘击穿造成线圈匝间层间短路障涌站1号变雷击引起电压造成B相高压线圈端部电容屏击穿引发线圈匝间层间短路障荔城电厂降压站1号变空载充电程出现电压引发C相套末端均压罩变压器箱壁放电放电量造成变压器箱体破裂高压侧套错位喷油台属广州电力局辖番禺砺江电厂（方电厂）110千伏3号升压变B相高压套端部密封良造成高压引线线圈端部进水受潮运行中突发绝缘损坏事[4]
目前进行变压器绕组变形检测深受国外关注已成变压器安全运行重研究课题国家甚该项工作放变压器预防性试验项目首位置国国家电力公司国电发2000589号文防止电力生产重事二十五项重点求中明确绕组变形试验列入变压器出厂交接发生短路事必试项目[6]
12变压器绕组变形检测方法
新安装障般需检查绕组变形情况目前国通常出厂前进行检查现场安装检查运行期进行常规检查障综合检查等通测量分析相特征量判断绕组否变形位移等异常现象
变压器绕组变形常出现种异常现象许特征量电参数物理尺寸形状温度普通基础形成种绕组变形检测方法目前种绕组变形检测方法描述判断般缠绕状态量化绕组变形程度没般指数根理基础测量相关验终绕组变形程度变形判断标准确定位置
变压器受短路击操作单元般常规电气试验项目绝缘油分析检查变压器绝缘状况试验结果表明变压器绝缘油电气测试分析范围预防性试验规程规定吊罩检查发现明显变形绝缘垫严重松卷常规电气试验项目油效发现变压器绕组变形缺陷[7]吊罩检查直观需花费量力物力财力判断侧绕组变形困难[8]满足电力系统求弥补传统电气法吊盖检测法足国外变压器绕组变形检测进行量研究逐步形成种成熟检测方法
2 变压器结构绕组变形分析
21电力变压器结构
变压器工作原理电磁感应结构原理普通铁芯覆盖两两绝缘绕组间存磁耦合电间没直接联系
绕组数目少变压器分双绕组变压器三绕组绕组变压器耦变压器根变压器铁芯结构分心式变压器壳式变压器相数少分单相变压器三相变压器变压器冷方式冷介质分空气冷干式变压器油冷油浸式变压器等
22变压器绕组变形形式
流作变压器绕组电力特出口短路时果超机械强度会产生永久变形般说会立造成损害变压器受短路电流影响次数越短路峰值电流概率越绕组变形性越
变压器绕组变形形式种详见图2－1
永久弯曲变形 局部曲翘变形 轴力引起永久变形
绕组位移 绕组中部撑开 导线变斜 绕组倒塌
图 2－1 绕组变形形式
1．正常运行时电动力引起损坏
电力正常运行果弯线松散制造程曲折毛刺转置成块移位损坏绝缘垫破电动振动引起卡缺陷会缺陷扩指挥指导长期相互摩擦间电线垫导致绝缘损坏放电突然出现绕组损坏法正常运行
2．横电动力引起永久弯曲变形局部曲翘变形
外绕组横电动力导线受拉应力拉应力导线拉长绕组直径扩发生永久变形导线间匝绝缘时拉长匝间绝缘破裂形成匝间短路引起弧光绕组烧毁
绕组横电动力导线受压应力绕组壁撑条支撑压应力两撑条间导线作受压力梁弯矩发生永久弯曲变形种损坏绕组整圆周永久变形基称（图21a）整绕组未失稳定性种损坏较少见绕组压缩力损坏常见种形式结构失稳定局部曲翘变形（图21b）绕组压缩力作局部首先变形扩形成
3．突然短路时电动力引起损坏
饼式绕组圆周鹗尾垫块支撑电动力时两垫块间导线作受压力梁弯矩发生永久变形（图21c）种变形通常圆周称
电动力绕组发生位移绕组整提升绕组中部某处撑开（图21de）种损坏绕组制造装配良高低压绕组间原始状态位移引起安匝衡致
4．突然短路时横电动力时作引起损坏
绕组端部漏磁横分量产生横电动力综合作引起绕组中部磁场分量产生横电动力横磁场产生电动力引起损坏现象绕组发生扭转端部出头圆周位移绕组导线歪斜甚倒塌（图21fg）
23变压器绕组变形分析
变压器受机械力者电动力击绕组否发生变形变形程度受两素影响：（1）变压器绕组承受击力力取决绕组材料结构制造工艺应力均匀性等（2）绕组受击力特性击力作时间作频率作方式范围
231 绕组制造工艺应力设计
变压器绕组引线抽头段间线换位处分接线段部焊接点绕制压缩紧存间隙处结构薄弱环节容易引起变形
变压器绕组般铜线铝线绕制成铜铝典型塑性材料应力时应变应力间服虎克定律呈线性关系应力超定量时会出现永久变形永久变形超02时应力－应变曲线饱时应力稍增加会导致永久变形急剧增[15]
力计算言横电磁力容易计算轴力言横漏磁场产生理讲高低压绕组安匝完全衡考虑端部轴漏磁通弯曲存轴电磁力台实际变压器中分接头存必然会产生剩余安匝存轴电磁力[44]
解决剩余安匝产生轴机械力绕组端部漏磁弯曲产生轴力绕组制造中高低压衡产生部压力必须绕组两端加压力压紧绕组
综述单单计算问题实际结构工艺问题更重两问题互相配合致达求机械强度实际两者难达完全致单单工厂异厂规格产品难致（制造偏差安全系数偏差机概率等）
232 绕组受击力类型
1．正常运行时电动力
正常运行时电动力通常较果绕组制造程中存缺陷绕组松动导线毛刺换位弯折处进入垫块换位处绝缘损坏垫块等电动力引起振动会缺陷进步扩绕组正常运行时出现变形导线垫块间长期互相摩擦甚引发绝缘损坏放电外果绕组热稳定性够正常运行时发生绕组变形障
2．突然短路电动力
突然短路短路电流正常额定电流数倍数十倍绕组受电动力电流方成正短路情况电动力正常运行时数十数百倍[43]然短路时间短强击电流变压器绕组承受巨均匀电动力尤变压器出口附处短路时巨短路电流较短路阻抗电动力更种强电动力引发绕组产生种类型变形变压器绕组变形原
3．直接机械击力
变压器制造运输安装维修等程中会遭受外部偶然急速机械击力作根牛顿力学定理F ＝ ma变压器外壳产生受外力加速减速运动改变先前运动状态运动状态会发生静止变运动速度增加减运动变静止等变化绕组位部惯性继续保持原状态时外壳绕组发生相运动成绕组变形起视变压器绕组外壳连接状态绕组产生类型变形位移
综述变压器受巨机械击力电动力果机械强度足承受强击时绕组会产生种类型变形位移等障
3 频响曲线频段灵敏度分析
31灵敏度计算分析
解电感电容等参数变化分频响曲线什样影响引入灵敏度概念频率段找出频响曲线影响参数电感电容参数变化频响曲线变化间关系规律定认识
311 灵敏度定义
灵敏度定义：函数F相变化参数x相变化：
……………………………………… (3－ 1)
式求Fx灵敏度时求出Fx偏导数xF[46]
Δx时灵敏度定义式出：
……………………………………………………… (3－ 2）
式出灵敏度越Δx引起函数相变化ΔFF越Fx变化较敏感
根灵敏度定义果某频段计算出频响曲线某参数林名度远较参数认该频段该参数变化频响曲线变化影响
312 频响曲线参数灵敏度计算
图1－2等效电路级时等效电路模型图图3－1：
图 3－ 1 变压器绕组等效电路级模型
电压传递函数U2U1：
…………………………………………………… (3－ 3)
考察网络幅频特性参数灵敏度式中sjω代：
……………………………………………… (3－ 4)
分灵敏度定义3－1求系统K1C2L灵敏度：
…………………………… (3－ 5)
………………………………………… (3－ 6)
…………………………… (3－ 7)
313 灵敏度分析
根公式3－53－63－7容易知道：
时传递函数电感参数灵敏度
时传递函数电容灵敏度变时幅频特性曲线变化反映匝间饼间电容变化
时电容影响逐渐变时幅频特性曲线变化受电容电容影响
般电力变压器应图1－2示等效电路分布参数电感L般102H数量级电容K般1011F数量级电容般109F数量级[47][48]出100kHz低频段分布电感参数改变频响曲线影响百百千赫兹中频段电容改变会影响频响曲线变化
计算分析均基级等效模型验证结推广性需级模型进行分析研究
32频率响应仿真
方便级模型中电感电容参数变化频响曲线变化间关系研究课题利PSPICE仿真软件分布参数改变前频响曲线进行仿真
321 PSPICE仿真软件简介
模拟电路仿真SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)软件1972年美国加州学伯克利分校计算机辅助设计组利FORTRAN语言开发成规模集成电路计算机辅助设计PSPICE美国Microsim公司SPICE 2G版基础升级PC机PICE版引入图形化界面
基Windows台PSPICE电路进行工作[49505152]：
1．制作实际电路前仿真该电路电性计算直流工作点(Bias Point)进行直流扫描(DC Sweep)交流扫描(AC Sweep )显示检测点电压电流波形等
2．估计元器件变化(Parametric )电路造成影响
3．分析较难测量电路特性进行噪声(Noise )频谱(Fourier )器件灵敏度(Sensitivity )温度(Temperature)分析等
4．优化设计
总PSPICE模拟实验台利该软件做种电路实验测试便修改优化设计分析设计电路提供强计算机仿真工具利电路信号系统进行辅助分析设计电子工程信息工程动控制等领域工作员具高实价值
322 仿真电路
变压器较高频率（通常指1kHz）电压作铁芯磁导率空气样绕组作线性电阻（般考虑）电感电容等组成源线性分布参数网络等效电路图1－2示仿真中模型5级该分布参数网络中级电路电感电容电容组成电容指匝间电容饼间电容仿真电路图3－2
图 3－ 2变压器绕组频率响应仿真电路
323 仿真结果分析
仿真中参数取值：
表 3－1 计算机仿真参数
参数
L
K
C
数值
41×102 H
20×1011 F
12×109 F
仿真结果图3－33－4中绿色曲线参数未发生变化时频率响应红色曲线级电感变369×102H（减10％）时频率响应蓝色曲线级电容变180×1011F（减10％）时频率响应
图 3－ 3 30－50kHz幅频特性曲线
图 3－ 4 100－300kHz幅频特性曲线
图3－3出变压器绕组参数改变时相应频响曲线峰值谐振频率发生变化中30－50kHz段出相等量变化（减10％）时电容变化引起频响曲线变化明显电感参数变化引起频响曲线谐振峰频率峰值改变明显电容参数影响
图3－4出电感电容发生变化时频响曲线100－300kHz频段出现新谐振峰中电容变化出现谐振峰峰值谐振频率较电感参数引起变化
计算机仿真结果出结30－100kHz频段电感参数幅频特性影响100－300kHz频段电容参数幅频特性曲线影响
考虑仿真中数具备般性数量级够定程度反映出频谱敏感频段认10－100kHz间低频段幅频特性曲线电感参数改变敏感100kHz百kHz中频段幅频特性曲线电容参数改变敏感
结果样证明文31节中推证明低频段曲线变化反映电感参数改变中频段曲线变化反映电容参数改变结
4 绕组变形电感电容参数变化关系
进步推导出频段曲线变化变压器绕组种类型变形相应关系章电感电容参数计算公式入手出变压器绕组种类型变形相应分布参数变化
41绕组电感计算
频率较高时铁芯影响忽略计时绕组成空心绕组电感计算根空心绕组电感公式进行计算
……………………………………………………………………… (4－ 1)式中：
W－绕组匝数
D－绕组均直径
K－电感系数K＝f(blD)lb成反
l－绕组高度
b－绕组厚度
(4－1)式中出W D增加绕组匝数增加均直径增时绕组电感量增加WD定时着lb增加绕组电感量减
42绕组电容计算
变压器绕组电容指线匝间匝间电容线饼间饼间电容分布参数分CiCg表示板电容计算公式：
…………………………………………………………………… (4－ 2)
…………………………………………………………………… (4－ 3)
式中空气介电常数匝绝缘介电常数两边厚度饼间绝缘介电常数绝缘厚度h导线净金属高度Db定义(41)式式(42)(43)出Dhb增减时绕组均直径厚度增匝间饼间距离减绕组电容增反Dhb增减时绕组电容减变压器绕组等效电路中电容K线性叠加
43绕组变形电感电容参数变化关系
根绕组电感电容计算公式分析知绕组形变分布参数变化具定联系
绕组说匝数会改变果电抗发生改变必定结构尺寸发生改变绕组高度等效直径绕组厚度等果绕组发生整体变形相应绕组高度l等效直径D会发生变化绕组分布电感参数必定会发生变化局部变形般讲难lD发生改变引起电感量变化b等参数般会较改变相应绕组电容会较变化
5 绕组变形统计分析
51出现整体变形例子
2001年10月23日槎头站3号变广州电力设备厂进行解体检查解体检查片图5－1图中见低压绕组a相线圈发生明显整体变形整绕组出现曲翘变形时部分导线发生局部弯曲变形
图5－1槎头站3号变低压绕组a相线圈变形情况 图5－2庙头站1号变低压b相线圈变形情况
2001年12月庙头站1号变退出运行送广州电力设备厂进行解体检查处理解体检查片图5－2图中见低压b相线圈发生明显整体曲翘变形时线圈顶部局部绕组中间撑开改变绕组间绝缘距离
2002年6月4日东堤站3号变广州电力设备厂进行解体检查处理解体检查片图5－3图中见低压b相线圈发生整体曲翘变形时局部弯曲变形局部绕组间绝缘距离改变
2002年8月13日元岗站2号变广州电力设备厂进行解体检查处理解体检查片图5－4图中见低压b相线圈发生整体曲翘变形时局部弯曲变形[53]
图5－3东堤站3号变低压b相绕组变形情况 图5－4元岗站2号变低压b相绕组变形情况
52出现局部变形例子
19台吊检变压器中8台变压器绕组未发生明显形变外余变压器绕组均局部变形出现[53]图5－55－11
图5－5石湖站1号变低压a相绕组局部变形 图5－6伍仙门站2号变中压Cm相绕组局部变形
图5－7瑞宝站1号变低压a相绕组局部变形 图5－8涌站1号变高压C相绕组局部变形
图5－9砺江电厂3号变高压B相绕组局部变形 图5－10松仔岭站1号变高压B相绕组局部变形
图 5－ 11流花站1号变低压a相绕组局部变形
53绕组变形统计
变压器绕组解体检查片19台吊检变压器中8台变压器绕组未发生明显形变外余变压器绕组均局部变形出现出现整体形变变压器4台见变压器绕组收击发生形变时局部变形出现概率远整体形变出现概率
根文第四章结知绕组发生形变时数情况电容参数会发生较明显变化
结
频响法检测变压器绕组变形情况时频谱图高频段部分易受外界条件影响测试接线出口引线长度外界电磁波干扰等现场应时考虑测试条件限制般高频段部分作诊断
前推导统计情况出结：
1．100kHz低频段分布电感参数改变频响曲线影响百百千赫兹中频段电容改变会影响频响曲线变化
2．果绕组发生整体变形相应绕组高度等效直径会发生变化绕组分布电感参数必定会发生变化局部变形般讲难绕组高度等效直径发生改变引起电感量变化绕组厚度匝间层间绝缘距离等参数般会较改变相应绕组电容会较变化
3．根目前吊检统计结果变压器绕组收击发生形变时般会出现局部变形整体变形出现概率
见100－300kHz中频段作诊断变压器绕组发生形变会造成电容变化中频段曲线反映时灵敏度较高100－300kHz中频段曲线作变压器绕组变形诊断行效
图 6－ 1 伍仙门站2号变中压三相绕组短路击测试图谱
应该结诊断伍仙门站2号变绕组变形情况图6－1见变压器中压三相绕组受短路击100－300kHz中频段频响曲线出现较差异判断该变压器中压绕组出现较严重变形
实际吊罩检查发现中压线圈Am相线圈处变形现象位导线换位处Bm相整线圈严重变形（呈波浪型）导线换位处变形严重纸绝缘受损伤Cm相整线圈严重变形（呈波浪型径变形达5cm）导线换位处变形严重处导线纸绝缘受损伤线圈端部数第4950层线圈匝间层间短路
见100－300kHz中频段曲线作变压器绕组变形诊断行该结指导现场工作
参考文献
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摘
着电网容量增短路容量增加短路障引起变压器障增加变压器绕组变形外部短路引起变压器运行中常见障严重威胁着系统安全运行变压器短路障电流影响运行程中变压器绕组流短路电流短路电流漏磁场相互作产生电力伟然绕组承受巨均匀外径轴电力变压器运输安装程中意外击碰撞振动等力（电力机械力）作绕组引起机械位移变形引起绝缘损坏绕组短路烧毁等严重变压器事外保护系统死区时间障导致变压器短路电流长时间绕组变形原研究变压器绕组变形原诊断方法预防措施减少变压器事发生具重意义
关键词：电力变压器绕组变形检测技术
目 录
1引言 1
11变压器绕组变形检测实际意义 1
12变压器绕组变形检测方法 1
2 变压器结构绕组变形分析 2
21电力变压器结构 2
22变压器绕组变形形式 2
23变压器绕组变形分析 4
231 绕组制造工艺应力设计 4
232 绕组受击力类型 4
3 频响曲线频段灵敏度分析 1
31灵敏度计算分析 1
311 灵敏度定义 1
312 频响曲线参数灵敏度计算 1
313 灵敏度分析 2
32频率响应仿真 3
321 PSPICE仿真软件简介 3
322 仿真电路 3
323 仿真结果分析 4
4 绕组变形电感电容参数变化关系 1
41绕组电感计算 1
42绕组电容计算 1
43绕组变形电感电容参数变化关系 2
5 绕组变形统计分析 1
51出现整体变形例子 1
52出现局部变形例子 2
53绕组变形统计 4
结 5
致 谢 7
参考文献 8
1引言
11变压器绕组变形检测实际意义
变压器电力系统中重电气设备安全运行保证电网安全具重意义果型电力变压器系统运行中发生事导致停电变压器检修期般达半年[1]花费影响面广必变压器障进行分析提高障检测手段降低障率保证电网安全运行
关统计资料介绍变压器绕组变压器事损坏部位变压器绕组抗短路力差造成变压器运行损坏原[3] 广州电网2000年广州电力局辖变电站已两台220千伏变压器遭受外部短路障击直接引起变压器部突发性短路障损坏（伍仙门站2号变瑞宝站1号变）三台110千伏变压器运行中遭受电压引起绝缘损坏中松仔岭站1号变系统电压引起变压器绝缘击穿造成线圈匝间层间短路障涌站1号变雷击引起电压造成B相高压线圈端部电容屏击穿引发线圈匝间层间短路障荔城电厂降压站1号变空载充电程出现电压引发C相套末端均压罩变压器箱壁放电放电量造成变压器箱体破裂高压侧套错位喷油台属广州电力局辖番禺砺江电厂（方电厂）110千伏3号升压变B相高压套端部密封良造成高压引线线圈端部进水受潮运行中突发绝缘损坏事[4]
目前进行变压器绕组变形检测深受国外关注已成变压器安全运行重研究课题国家甚该项工作放变压器预防性试验项目首位置国国家电力公司国电发2000589号文防止电力生产重事二十五项重点求中明确绕组变形试验列入变压器出厂交接发生短路事必试项目[6]
12变压器绕组变形检测方法
新安装障般需检查绕组变形情况目前国通常出厂前进行检查现场安装检查运行期进行常规检查障综合检查等通测量分析相特征量判断绕组否变形位移等异常现象
变压器绕组变形常出现种异常现象许特征量电参数物理尺寸形状温度普通基础形成种绕组变形检测方法目前种绕组变形检测方法描述判断般缠绕状态量化绕组变形程度没般指数根理基础测量相关验终绕组变形程度变形判断标准确定位置
变压器受短路击操作单元般常规电气试验项目绝缘油分析检查变压器绝缘状况试验结果表明变压器绝缘油电气测试分析范围预防性试验规程规定吊罩检查发现明显变形绝缘垫严重松卷常规电气试验项目油效发现变压器绕组变形缺陷[7]吊罩检查直观需花费量力物力财力判断侧绕组变形困难[8]满足电力系统求弥补传统电气法吊盖检测法足国外变压器绕组变形检测进行量研究逐步形成种成熟检测方法
2 变压器结构绕组变形分析
21电力变压器结构
变压器工作原理电磁感应结构原理普通铁芯覆盖两两绝缘绕组间存磁耦合电间没直接联系
绕组数目少变压器分双绕组变压器三绕组绕组变压器耦变压器根变压器铁芯结构分心式变压器壳式变压器相数少分单相变压器三相变压器变压器冷方式冷介质分空气冷干式变压器油冷油浸式变压器等
22变压器绕组变形形式
流作变压器绕组电力特出口短路时果超机械强度会产生永久变形般说会立造成损害变压器受短路电流影响次数越短路峰值电流概率越绕组变形性越
变压器绕组变形形式种详见图2－1
永久弯曲变形 局部曲翘变形 轴力引起永久变形
绕组位移 绕组中部撑开 导线变斜 绕组倒塌
图 2－1 绕组变形形式
1．正常运行时电动力引起损坏
电力正常运行果弯线松散制造程曲折毛刺转置成块移位损坏绝缘垫破电动振动引起卡缺陷会缺陷扩指挥指导长期相互摩擦间电线垫导致绝缘损坏放电突然出现绕组损坏法正常运行
2．横电动力引起永久弯曲变形局部曲翘变形
外绕组横电动力导线受拉应力拉应力导线拉长绕组直径扩发生永久变形导线间匝绝缘时拉长匝间绝缘破裂形成匝间短路引起弧光绕组烧毁
绕组横电动力导线受压应力绕组壁撑条支撑压应力两撑条间导线作受压力梁弯矩发生永久弯曲变形种损坏绕组整圆周永久变形基称（图21a）整绕组未失稳定性种损坏较少见绕组压缩力损坏常见种形式结构失稳定局部曲翘变形（图21b）绕组压缩力作局部首先变形扩形成
3．突然短路时电动力引起损坏
饼式绕组圆周鹗尾垫块支撑电动力时两垫块间导线作受压力梁弯矩发生永久变形（图21c）种变形通常圆周称
电动力绕组发生位移绕组整提升绕组中部某处撑开（图21de）种损坏绕组制造装配良高低压绕组间原始状态位移引起安匝衡致
4．突然短路时横电动力时作引起损坏
绕组端部漏磁横分量产生横电动力综合作引起绕组中部磁场分量产生横电动力横磁场产生电动力引起损坏现象绕组发生扭转端部出头圆周位移绕组导线歪斜甚倒塌（图21fg）
23变压器绕组变形分析
变压器受机械力者电动力击绕组否发生变形变形程度受两素影响：（1）变压器绕组承受击力力取决绕组材料结构制造工艺应力均匀性等（2）绕组受击力特性击力作时间作频率作方式范围
231 绕组制造工艺应力设计
变压器绕组引线抽头段间线换位处分接线段部焊接点绕制压缩紧存间隙处结构薄弱环节容易引起变形
变压器绕组般铜线铝线绕制成铜铝典型塑性材料应力时应变应力间服虎克定律呈线性关系应力超定量时会出现永久变形永久变形超02时应力－应变曲线饱时应力稍增加会导致永久变形急剧增[15]
力计算言横电磁力容易计算轴力言横漏磁场产生理讲高低压绕组安匝完全衡考虑端部轴漏磁通弯曲存轴电磁力台实际变压器中分接头存必然会产生剩余安匝存轴电磁力[44]
解决剩余安匝产生轴机械力绕组端部漏磁弯曲产生轴力绕组制造中高低压衡产生部压力必须绕组两端加压力压紧绕组
综述单单计算问题实际结构工艺问题更重两问题互相配合致达求机械强度实际两者难达完全致单单工厂异厂规格产品难致（制造偏差安全系数偏差机概率等）
232 绕组受击力类型
1．正常运行时电动力
正常运行时电动力通常较果绕组制造程中存缺陷绕组松动导线毛刺换位弯折处进入垫块换位处绝缘损坏垫块等电动力引起振动会缺陷进步扩绕组正常运行时出现变形导线垫块间长期互相摩擦甚引发绝缘损坏放电外果绕组热稳定性够正常运行时发生绕组变形障
2．突然短路电动力
突然短路短路电流正常额定电流数倍数十倍绕组受电动力电流方成正短路情况电动力正常运行时数十数百倍[43]然短路时间短强击电流变压器绕组承受巨均匀电动力尤变压器出口附处短路时巨短路电流较短路阻抗电动力更种强电动力引发绕组产生种类型变形变压器绕组变形原
3．直接机械击力
变压器制造运输安装维修等程中会遭受外部偶然急速机械击力作根牛顿力学定理F ＝ ma变压器外壳产生受外力加速减速运动改变先前运动状态运动状态会发生静止变运动速度增加减运动变静止等变化绕组位部惯性继续保持原状态时外壳绕组发生相运动成绕组变形起视变压器绕组外壳连接状态绕组产生类型变形位移
综述变压器受巨机械击力电动力果机械强度足承受强击时绕组会产生种类型变形位移等障
3 频响曲线频段灵敏度分析
31灵敏度计算分析
解电感电容等参数变化分频响曲线什样影响引入灵敏度概念频率段找出频响曲线影响参数电感电容参数变化频响曲线变化间关系规律定认识
311 灵敏度定义
灵敏度定义：函数F相变化参数x相变化：
……………………………………… (3－ 1)
式求Fx灵敏度时求出Fx偏导数xF[46]
Δx时灵敏度定义式出：
……………………………………………………… (3－ 2）
式出灵敏度越Δx引起函数相变化ΔFF越Fx变化较敏感
根灵敏度定义果某频段计算出频响曲线某参数林名度远较参数认该频段该参数变化频响曲线变化影响
312 频响曲线参数灵敏度计算
图1－2等效电路级时等效电路模型图图3－1：
图 3－ 1 变压器绕组等效电路级模型
电压传递函数U2U1：
…………………………………………………… (3－ 3)
考察网络幅频特性参数灵敏度式中sjω代：
……………………………………………… (3－ 4)
分灵敏度定义3－1求系统K1C2L灵敏度：
…………………………… (3－ 5)
………………………………………… (3－ 6)
…………………………… (3－ 7)
313 灵敏度分析
根公式3－53－63－7容易知道：
时传递函数电感参数灵敏度
时传递函数电容灵敏度变时幅频特性曲线变化反映匝间饼间电容变化
时电容影响逐渐变时幅频特性曲线变化受电容电容影响
般电力变压器应图1－2示等效电路分布参数电感L般102H数量级电容K般1011F数量级电容般109F数量级[47][48]出100kHz低频段分布电感参数改变频响曲线影响百百千赫兹中频段电容改变会影响频响曲线变化
计算分析均基级等效模型验证结推广性需级模型进行分析研究
32频率响应仿真
方便级模型中电感电容参数变化频响曲线变化间关系研究课题利PSPICE仿真软件分布参数改变前频响曲线进行仿真
321 PSPICE仿真软件简介
模拟电路仿真SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)软件1972年美国加州学伯克利分校计算机辅助设计组利FORTRAN语言开发成规模集成电路计算机辅助设计PSPICE美国Microsim公司SPICE 2G版基础升级PC机PICE版引入图形化界面
基Windows台PSPICE电路进行工作[49505152]：
1．制作实际电路前仿真该电路电性计算直流工作点(Bias Point)进行直流扫描(DC Sweep)交流扫描(AC Sweep )显示检测点电压电流波形等
2．估计元器件变化(Parametric )电路造成影响
3．分析较难测量电路特性进行噪声(Noise )频谱(Fourier )器件灵敏度(Sensitivity )温度(Temperature)分析等
4．优化设计
总PSPICE模拟实验台利该软件做种电路实验测试便修改优化设计分析设计电路提供强计算机仿真工具利电路信号系统进行辅助分析设计电子工程信息工程动控制等领域工作员具高实价值
322 仿真电路
变压器较高频率（通常指1kHz）电压作铁芯磁导率空气样绕组作线性电阻（般考虑）电感电容等组成源线性分布参数网络等效电路图1－2示仿真中模型5级该分布参数网络中级电路电感电容电容组成电容指匝间电容饼间电容仿真电路图3－2
图 3－ 2变压器绕组频率响应仿真电路
323 仿真结果分析
仿真中参数取值：
表 3－1 计算机仿真参数
参数
L
K
C
数值
41×102 H
20×1011 F
12×109 F
仿真结果图3－33－4中绿色曲线参数未发生变化时频率响应红色曲线级电感变369×102H（减10％）时频率响应蓝色曲线级电容变180×1011F（减10％）时频率响应
图 3－ 3 30－50kHz幅频特性曲线
图 3－ 4 100－300kHz幅频特性曲线
图3－3出变压器绕组参数改变时相应频响曲线峰值谐振频率发生变化中30－50kHz段出相等量变化（减10％）时电容变化引起频响曲线变化明显电感参数变化引起频响曲线谐振峰频率峰值改变明显电容参数影响
图3－4出电感电容发生变化时频响曲线100－300kHz频段出现新谐振峰中电容变化出现谐振峰峰值谐振频率较电感参数引起变化
计算机仿真结果出结30－100kHz频段电感参数幅频特性影响100－300kHz频段电容参数幅频特性曲线影响
考虑仿真中数具备般性数量级够定程度反映出频谱敏感频段认10－100kHz间低频段幅频特性曲线电感参数改变敏感100kHz百kHz中频段幅频特性曲线电容参数改变敏感
结果样证明文31节中推证明低频段曲线变化反映电感参数改变中频段曲线变化反映电容参数改变结
4 绕组变形电感电容参数变化关系
进步推导出频段曲线变化变压器绕组种类型变形相应关系章电感电容参数计算公式入手出变压器绕组种类型变形相应分布参数变化
41绕组电感计算
频率较高时铁芯影响忽略计时绕组成空心绕组电感计算根空心绕组电感公式进行计算
……………………………………………………………………… (4－ 1)式中：
W－绕组匝数
D－绕组均直径
K－电感系数K＝f(blD)lb成反
l－绕组高度
b－绕组厚度
(4－1)式中出W D增加绕组匝数增加均直径增时绕组电感量增加WD定时着lb增加绕组电感量减
42绕组电容计算
变压器绕组电容指线匝间匝间电容线饼间饼间电容分布参数分CiCg表示板电容计算公式：
…………………………………………………………………… (4－ 2)
…………………………………………………………………… (4－ 3)
式中空气介电常数匝绝缘介电常数两边厚度饼间绝缘介电常数绝缘厚度h导线净金属高度Db定义(41)式式(42)(43)出Dhb增减时绕组均直径厚度增匝间饼间距离减绕组电容增反Dhb增减时绕组电容减变压器绕组等效电路中电容K线性叠加
43绕组变形电感电容参数变化关系
根绕组电感电容计算公式分析知绕组形变分布参数变化具定联系
绕组说匝数会改变果电抗发生改变必定结构尺寸发生改变绕组高度等效直径绕组厚度等果绕组发生整体变形相应绕组高度l等效直径D会发生变化绕组分布电感参数必定会发生变化局部变形般讲难lD发生改变引起电感量变化b等参数般会较改变相应绕组电容会较变化
5 绕组变形统计分析
51出现整体变形例子
2001年10月23日槎头站3号变广州电力设备厂进行解体检查解体检查片图5－1图中见低压绕组a相线圈发生明显整体变形整绕组出现曲翘变形时部分导线发生局部弯曲变形
图5－1槎头站3号变低压绕组a相线圈变形情况 图5－2庙头站1号变低压b相线圈变形情况
2001年12月庙头站1号变退出运行送广州电力设备厂进行解体检查处理解体检查片图5－2图中见低压b相线圈发生明显整体曲翘变形时线圈顶部局部绕组中间撑开改变绕组间绝缘距离
2002年6月4日东堤站3号变广州电力设备厂进行解体检查处理解体检查片图5－3图中见低压b相线圈发生整体曲翘变形时局部弯曲变形局部绕组间绝缘距离改变
2002年8月13日元岗站2号变广州电力设备厂进行解体检查处理解体检查片图5－4图中见低压b相线圈发生整体曲翘变形时局部弯曲变形[53]
图5－3东堤站3号变低压b相绕组变形情况 图5－4元岗站2号变低压b相绕组变形情况
52出现局部变形例子
19台吊检变压器中8台变压器绕组未发生明显形变外余变压器绕组均局部变形出现[53]图5－55－11
图5－5石湖站1号变低压a相绕组局部变形 图5－6伍仙门站2号变中压Cm相绕组局部变形
图5－7瑞宝站1号变低压a相绕组局部变形 图5－8涌站1号变高压C相绕组局部变形
图5－9砺江电厂3号变高压B相绕组局部变形 图5－10松仔岭站1号变高压B相绕组局部变形
图 5－ 11流花站1号变低压a相绕组局部变形
53绕组变形统计
变压器绕组解体检查片19台吊检变压器中8台变压器绕组未发生明显形变外余变压器绕组均局部变形出现出现整体形变变压器4台见变压器绕组收击发生形变时局部变形出现概率远整体形变出现概率
根文第四章结知绕组发生形变时数情况电容参数会发生较明显变化
结
频响法检测变压器绕组变形情况时频谱图高频段部分易受外界条件影响测试接线出口引线长度外界电磁波干扰等现场应时考虑测试条件限制般高频段部分作诊断
前推导统计情况出结：
1．100kHz低频段分布电感参数改变频响曲线影响百百千赫兹中频段电容改变会影响频响曲线变化
2．果绕组发生整体变形相应绕组高度等效直径会发生变化绕组分布电感参数必定会发生变化局部变形般讲难绕组高度等效直径发生改变引起电感量变化绕组厚度匝间层间绝缘距离等参数般会较改变相应绕组电容会较变化
3．根目前吊检统计结果变压器绕组收击发生形变时般会出现局部变形整体变形出现概率
见100－300kHz中频段作诊断变压器绕组发生形变会造成电容变化中频段曲线反映时灵敏度较高100－300kHz中频段曲线作变压器绕组变形诊断行效
图 6－ 1 伍仙门站2号变中压三相绕组短路击测试图谱
应该结诊断伍仙门站2号变绕组变形情况图6－1见变压器中压三相绕组受短路击100－300kHz中频段频响曲线出现较差异判断该变压器中压绕组出现较严重变形
实际吊罩检查发现中压线圈Am相线圈处变形现象位导线换位处Bm相整线圈严重变形（呈波浪型）导线换位处变形严重纸绝缘受损伤Cm相整线圈严重变形（呈波浪型径变形达5cm）导线换位处变形严重处导线纸绝缘受损伤线圈端部数第4950层线圈匝间层间短路
见100－300kHz中频段曲线作变压器绕组变形诊断行该结指导现场工作
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