一种变压器绕组变形的诊断方法技术领域
本发明涉及电网技术领域，尤指变压器领域，具体涉及一种采用电容-电抗联合分
析变压器绕组变形的方法。
背景技术
电力变压器作为电网最为贵重和复杂的设备，其可靠运行对保证电网安全至关重
要。变压器设备运行工况复杂，在很强的电磁场与各种干扰下运行，特别是其绕组位于变压
器核心，日常诊断其运行状态非常困难。国内多数变压器制造厂2010年之前生产的产品存
在低压绕组抗短路能力不足的问题，在内蒙电网运行的变压器也存在诸多绕组故障，实践
证明，多台主变在35kV绕组已发生严重变形或绕组已发生严重变形放电。若能提前准确判
断出变压器绕组故障，则可以提前安排检修，做到防患于未然。
中国专利申请申请号：201410129080.0公开了一种变压器绕组变形综合分析诊断
方法。其包括建立采集诊断系统、采集变压器绕组的数据、对频响试验中各相各频段数据进
行逻辑分析、区域判断、趋势判断和综合诊断等阶段。本发明提供的变压器绕组变形综合分
析诊断方法可及时、有效地对变压器绕组变形测试数据通过综合智能专家判别库给出正确
分析判断结论，避免以往需对“问题”变压器放油吊罩再做检查绕组的步骤，大大缩短了事
故变压器的停电检修时间，为做出技术决策提供有力的决策依据，对减少事故变压器对外
停电时间起到关键作用。
综上所述，目前现有的介损、低电压阻抗测试等仪器只能对变压器的电容或电抗
进行测量；即使完成预试或交接试验，依然无法诊断出变压器绕组是否存在变形以及变形
位置。上述中国专利申请申请号：201410129080.0中涉及的频晌法，虽然可以应用于变压器
绕组变形检测，但是该项技术的灵敏性太高，经常造成误判，低电压阻抗法只能测量变压器
绕组的短路电抗值，并不能明确诊断出绕组状态。因此变压器绕组变形的精确诊断技术研
究就显得尤为重要。
本发明人经过多年的行业经验和生产积累，经过反复实验发明一种通过变压器绕
组的电容和电抗变化来确定变压器绕组变形评估与诊断方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变压器绕组变形的诊断方法，可以有效诊断出变压器
绕组变形的程度与位置，具有可靠性高、诊断精确、应用性强。
为了实现上述的目的，本发明一种变压器绕组变形的诊断方法，步骤1：对变压器
电压、容量与绕组连接组别建立典型变压器；通过计算得出电容与各典型变压器绕组变形
规律、通过计算得出电抗与各典型变压器绕组变形规律；
步骤2：通过步骤1中的电容、电抗与典型变压器绕组变形的变化率对比，计算得出
电容与电抗联合判断变压器绕组变形的电容变化率和电抗变化率所占的权重比；
步骤3：采用有限元分析方法，结合步骤2中电容与电抗联合判断变压器绕组变形
的权重比，建立典型变压器绕组变形位置与联合电容和电抗数值的对应关系，建立典型变
压器绕组各变形位置上电容和电抗数值的关系数据库；
步骤4：通过测量现场变压器绕组的电容和电抗，开始步骤1-3的顺序操作，得出现
场联合电容和电抗与现场变压器变形位置的判据；
步骤5：结合典型变压器联合电容和电抗与典型变压器绕组变形位置的数据库与
现场变压器电容和电抗与现场变压器绕组变形位置的关系进行双向验证，判断现场变压器
绕组是否变形；
典型变压器电压、容量与绕组连接的组别分别为典型220/110/10KV、典型220/35/
10KV和典型110/35/10KV；
典型变压器绕组发生变形后，其绕组间的距离随之发生变化，并与所测的电容和
电抗量建立对应关系；
各典型变压器上绕组变形后，其典型变压其绕组间距离发生变化与联合电容和电
抗的关系采用的有限元分析方法是通过计算机辅助工程ANSYS软件进行建模分析，分析模
拟得出各典型变压器绕组变形位置与联合电容和电抗的数值对应关系，并建立数据库；
步骤2建立联合电容变化率和电抗变化率与变压器绕组间变形的权重为电容变化
率超过5％，并且电抗变化率超过2％即可确定现场所测变压器绕组发生变形；
采用步骤5中的双向验证，随着采用该方法运行次数得增多，调整步骤2中电容和
电抗比率的权重，可以不断提高该方法判断变压器绕组变形的准确率；
所述的步骤1中典型变压器计算电容与绕组变形规律的公式是首先计算绕组对铁
芯的几何电容；其次计算线圈间的几何电容；最后计算绕组对油箱的电容；
绕组对铁芯的几何电容计算的公式为：
式中Cwi-绕组与铁芯间的所有介质的等值介电常数；h-绕组的轴向高度；Rw-绕组
的内半径；Ri-铁芯的外半径。
线圈间的几何电容计算的公式为：
式中，εωe为绕组之间介质的等值介电常数，h为绕组的总高度；Rω2为较大绕组的内
半径；Rω1为较小绕组的外半径；
绕组对油箱的电容计算的公式为：
式中，εω0为绕组与油箱之间的组合介质的介电常数；Rt为油箱内壁的等效半径；Ru
为绕组的外半径；h为绕组的高度；
归纳出典型变压器中电容与绕组变形的规律；
所述的步骤1中典型变压器计算电抗与绕组变形规律的公式为
短路阻抗
式中，xK为变压器的短路电抗；W为绕组总匝数；h为绕组高度；ρ为常数，取0.96；
短路阻抗中的∑D计算公式为
式中，a1为低压绕组厚度；r1为低压绕组中心距；a2为中/高压绕组厚度；r2为中/高
压绕组中心距；a12绕组间距离；r12绕组中心距；
归纳出典型变压器电抗与绕组变形的规律；
步骤4中双向验证，随着采用该方法运行次数得增多，调整步骤2中电容和电抗比
率的权重，不断提高该方法判断变压器绕组变形的准确率。
采用了上述的技术手段，本发明一种变压器绕组变形的诊断方法的有益效果为采
用变压器绕组变形的电容量变化率计算方法、电抗变化率计算方法计算出变压器绕组间距
离变化的规律，通过规律进行判断变压器绕组变形的依据。同时为了确保判断的准确建立
电容与电抗两个因素与变压器绕组间距变形的联合分析方法。通过电容-电抗与变压器器
绕组间距离的权重分析，将两个因素诊断变压器绕组变形关联，比现有的主变绕组孤立的
电容量测量或单独的电抗测量，更全面，更实用。通过上述的方法本发明创建的绕组变形定
性评估诊断模型与量化评估模型，对实现变压器绕组变形的精确评估具有积极意义。同时
本发明研究绕组变形专家诊断系统，将110kV、220kV典型变压器绕组变形，与电容-电抗的
变化规律，建立数据库，设置绕组变形的诊断依据，能正确评估变压器绕组变形程度与位
置。对现场变压器的绕组快速准确诊断具有很高的实用价值，进一步提高了变压器绕组的
运行水平。
附图说明
如图1所示为一种变压器绕组变形的诊断方法的结构示意图。
如图2所示为一种变压器绕组变形的诊断方法的流程示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细
说明如下。
实施例
如图1所示为一种变压器绕组变形的诊断方法的结构示意图。变压器绕组变形分
析诊断方法包括两个部分，分别为变压器绕组变形定性评估诊断模块和变压器绕组诊断量
化评估模块。所述的第一部分变压器绕组变形定性评估诊断模块包括，数据采集模块、变压
器主变主绝缘电容结构模型、变压器主变主绝缘电抗结构模型，联合电容电抗权重分析模
块和联合电容电抗模拟变压器绕组变形关系模型即建立模型。在变压器绕组变形定性评估
诊断模块中先对典型变压器的联合电容电抗权重分析模块进行权重分析，采用有限元分析
方法，结合联合电容与电抗变化率的权重分析。得出典型变压器绕组变形位置与电容和电
抗数值关系，建立数据库。然后变压器绕组变形定性评估诊断模块中所述的数据采集模块
是针对变压器绕组的电容量进行测量，然后针对变压器绕组的电抗进行测量；创建主变主
绝缘电容结构模型、变压器主变主绝缘电抗结构模型计算出绕组间的距离。将测量后的电
容变化率和电抗变化率进行权重计算。采用有限元分析方法，结合联合电容与电抗变化率
的权重分析。得出现场变压器绕组变形位置与电容和电抗数值关系。将上述的现场变压器
绕组变形位置与电容和电抗数值关系与典型变压器绕组变形位置与电容和电抗数值关系
进行双向验证，调整联合电容与电抗变化率的权重，更新数据库。在本实施例中有限元分析
方法是通过计算机辅助工程ANSYS软件进行建模分析。所述第二部分变压器绕组变形量化
评估模块为建立绕组变形量化模型数据库。通过有限元分析方法，结合联合电容与电抗变
化率的权重分析，同时开展典型变压器的绕组各位置变形与电容和电抗的分析，创建电容-
电抗变化率与典型变压器绕组变形位置数据库。结合第一部分和第二部分顺序执行如图2
中的步骤便可判断变压器绕组变形。
如图2所示为一种变压器绕组变形的诊断方法的流程示意图。如图2所示步骤1：对
变压器电压、容量与绕组连接组别建立典型变压器；在判别定义典型变压器后，通过计算得
出电容与典型变压器绕组变形规律、通过计算得出电抗与典型变压器绕组变形的规律；
所述的步骤1中典型变压器计算电容与绕组变形规律的公式是首先计算绕组对铁
芯的几何电容；其次计算线圈间的几何电容；最后计算绕组对油箱的电容；
绕组对铁芯的几何电容计算的公式为：
式中Cwi-绕组与铁芯间的所有介质的等值介电常数；h-绕组的轴向高度；Rw-绕组
的内半径；Ri-铁芯的外半径。
线圈间的几何电容计算的公式为：
式中，εωe为绕组之间介质的等值介电常数，h为绕组的总高度；Rω2为较大绕组的内
半径；Rω1为较小绕组的外半径；
绕组对油箱的电容计算的公式为：
式中，εω0为绕组与油箱之间的组合介质的介电常数；Rt为油箱内壁的等效半径；Ru
为绕组的外半径；h为绕组的高度；
归纳出典型变压器中电容与绕组变形的规律；
所述的步骤1中典型变压器计算电抗与绕组变形规律的公式为
短路阻抗
式中，xK为变压器的短路电抗；W为绕组总匝数；h为绕组高度；ρ为常数，取0.96；
短路阻抗中的∑D计算公式为
式中，a1为低压绕组厚度；r1为低压绕组中心距；a2为中/高压绕组厚度；r2为中/高
压绕组中心距；a12绕组间距离；r12绕组中心距；
归纳出典型变压器电抗与绕组变形的规律。
步骤2、通过步骤1中的电容、电抗与典型变压器绕组变形的变化率对比，计算得出
电容与电抗联合判断变压器绕组变形的电容和电抗变化率所占的权重。
采用步骤2建立联合电容变化率和电抗变化率与变压器绕组间变形变化的权重分
析中电容变化率超过5％，并且电抗变化率超过2％即可确定现场所测变压器绕组发生变
形。
步骤3、采用有限元分析方法，结合步骤2中电容与电抗联合判断变压器绕组变形
的权重，建立典型变压器绕组变形位置与联合电容和电抗数值的对应关系，建立典型变压
器绕组各变形位置上电容和电抗数值的数据库。
步骤4、通过测量现场变压器绕组的电容和电抗，开始步骤1-3的顺序操作，得出现
场联合电容和电抗与现场变压器变形位置的判据。
步骤5、结合典型变压器联合电容和电抗与典型变压器绕组变形位置的数据库与
现场变压器电容和电抗与现场变压器绕组变形位置的关系进行双向验证一致，判断现场变
压器绕组是否变形。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。
必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和
范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。