基于參數辨識的變壓器繞組變形在線監測方法

威海技師學院 高宏偉

基于參數辨識的變壓器繞組變形在線監測方法

威海技師學院 高宏偉

【摘要】為了達到使電網更加堅強的目標，變壓器繞組變形在線監測的方法變得越來越重要。通過觀察可以發現，變壓器繞組變形的程度會對它的安全運行造成威脅，甚至產生一些不利因素。本文對一些比較常見的繞組變形在線監測方法進行了研究，其中包括低壓脈沖法、頻率響應分析法、內窺鏡法等，并對這些方法的發展前景做出了展望。

【關鍵詞】變壓器；繞組變形；在線監測

變壓器可是稱得上是電力行業中比較重要的設備之一，由此可見它的作用十分的大，隨著我國電力系統的不斷發展，已經朝著超高壓，大電網方向進軍，但是，在發展的過程中，我們也面臨著一些問題，譬如，短路故障，以及由此造成的變壓器損壞也在不斷地上升，對整個系統的安全運行造成了很不好的影響。

1.變壓器繞組變形的概念

絕緣墊塊和夾件這兩種設備通常是在電動力的作用下進行工作，因此對于它們的設計應該符合實際的運行狀況，并且滿足要求。當有較大的短路電流對變壓器造成沖擊時，線圈自身一定會產生很強大的電動力，通常情況下，變壓器線圈上的電動力是可以分為兩個向力的，一個是軸向力，一個是徑向力。如果徑向電動力在某一時刻高于其屈服點，那么就可能會使線圈變形，而且這種變形通常都會是永久性的，伴隨著這種情況通常會出現我們經常見到的梅花狀或者是鼓包狀繞組變形的現象。如果軸向電動力比以往大時，很有可能會使線段以及線匝在豎直的方向發生彎曲，而且線段間的墊塊會被壓縮，并且傳送到鐵軛，一旦出現這種情況，我們就會看到繞組彎曲，壓板損壞，以及墊塊松動脫落等現象，如果情況比較嚴重，甚至會使鐵軛變形。一些變壓器在運行的過程中也會遇到一些突發事件，其中突然性的短路是比較常見的一種。變壓器繞組剛開始時的故障通常會表現為內繞組發生了各種各樣的變形，之后是絕緣被破壞，匝間短路等。對于一般的繞組發生變形時，只不過單純的在絕緣的距離上發生一些改變，固體絕緣受傷，或者是繞組的機械性能下降等現象，并不一定就會發生損壞事件。

2.繞組變形常見的幾種監測方法

變壓器繞組發生變形的原因各式各樣，其中最常見的是短路故障電流沖擊，或者是在運輸的過程中受到了碰撞等。在這里我們需要注意的是，變壓器即使存在繞組變形的現象，如果我們沒有對其進行徹底的檢查，就會很難發現它的變形程度，因為大多數發生這樣情況的變壓器都是可以正常運行的。由此看來，對變壓器繞組變形進行監測是十分有必要的，否則即使存在一些安全隱患我們也發現不了。下面我們主要介紹幾種比較常見的變壓器繞組變形監測方法：

2.1 低壓脈沖法

低壓脈沖法的工作原理如下：如果頻率高于1kHz， 變壓器的鐵芯就起不到任何的作用，其實繞組本身就可以看成是一個無源線性雙端口網絡，由電阻、電容以及電感等分布參數組成的，所以，繞組一旦發生了變形，那么就一定會引起網絡分布的參數發生一些變化，在這個過程中，繞組對低壓脈沖的響應也會發生一些變化。這樣，我們就可以根據繞組對低壓脈沖的響應波形來進行判斷，從而探討出繞組是否發生了形變。

低壓脈沖法的主要功能是確定變壓器有沒有通過短路測試，但是在現場的測試中，會受到一些外來物質的影響，尤其是各種電磁的干擾，以至于對繞組首端位置的一些故障不能夠做出比較靈敏的響應，當然，也就很難判斷繞組具體的變形位置。

2.2 頻率響應分析法

頻率響應分析法最初是由加拿大人提出的，之后便在世界各個國家都得到了廣泛應用。頻率響應分析法規定，如果頻率超出1kHz，那么變壓器繞組就可以看成是一個線形、無源以及單端輸入-單端輸出的網絡。這種網絡通常是可以用頻率特性進行描述的，而且每一個網絡都對應著唯一的一條頻響特性曲線。如果繞組發生了變形，那么網絡參數就會隨之發生改變，該網絡的頻響特性曲線也會隨著參數的改變而改變。變壓器繞組頻響試驗，實際上就是一個通過對變壓器事故前后繞組頻響特性曲線進行對比，從中得出繞組是否發生變化的結論。頻響分析法可以有效的降低電磁的干擾能力，具有著很多的優點，不僅可以精確的測量出曲線的變化程度，同時在儀器的使用方面更是十分的簡潔方便，而且它還可以在變壓器沒有放油的時候或者是沒有吊罩的情況下判斷變壓器繞組有沒有發生形變，指導著變壓器進行搶修工作，盡量把搶修的時間縮短。從上面的論述我們可以看出，頻響分析方法確實有很多的優勢，所以不難推測這種方法在目前應用的比較廣泛。頻響分析方法的具體工作過程是，首先將一個正弦掃頻信號輸入到想要測試的變壓器之中，并且對輸入端和輸出端的一些相關數值進行記錄，通過處理之后，得到相應的頻響特性曲線，然后通過對當前曲線和歷史曲線、同型號變壓器曲線等進行一系列的對比，最終總結出繞組是否真的發生變形。

2.3 短路阻抗法

短路阻抗法的工作原理如下，首先它需要測量工頻電壓，然后根據變壓器繞組的短路阻抗來判斷繞組是否發生變形。短路阻抗通常由漏抗和繞組的電阻分量這兩部分組成，如果是高于110kV的大型變壓器，電阻分量相對而言占的比例就比較小，短路阻抗重點是漏抗的一些數值，因此阻抗可以很好地發映出漏抗的各種變化，并且這種方法比較容易實現。變壓器的漏抗值的尺寸通常需要靠繞組的幾何尺寸來決定，因為變壓器繞組結構一旦發生了改變，肯定會引起變壓器漏電抗發生一些變化，進而使變壓器短路阻抗也發生相應的改變。綜上所述，完全可以依據短路阻抗的變化來確定變壓器繞組的變形情況。

2.4 內窺鏡法

內窺鏡法，是一種將配有強度非常高的光源以及數字很清晰的攝像機的探頭，深入到變壓器的繞組中，然后對實物進行拍照，這樣做可以對繞組的情況一目了然，很直觀的就可以看出變壓器是否發生了變形，以及內部放電的位置是否整齊等，這是一個比較高端的方法，通過這種方法，我們只需要現場吊罩，減少了以前比較繁瑣的返廠工作。但是，這種方法也存在一定的弊端，我們如果想對變壓器繞組進行全面的檢查，是很難實施的，所以對這種方法的應用還是有待研究的。

3.結語

雖然目前變壓器繞組變形在線監測的方法已經比較成熟，我國電力行業也有了相應的導則，但是，如何劃分變壓器繞組變形的程度依然是一個比較棘手的問題，至今沒有比較嚴格的標準，現在主要以測試人員的經驗作為判斷的標準，同時，繞組變形在達到一定嚴重的程度時，并沒有引起一些相關單位的注意，如果一些設備運維單位并沒有對此足夠的重視，那么在運行的過程中很可能會產生一些比較嚴重的事故。因此，對于高等科研院校以及各級的電力部門來說，對變壓器繞組變形的嚴重程度做出正確的判斷，是一項比較重要的任務。

參考文獻

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