一種新的變壓器繞組變形檢測方法

姜云龍+姜德勝+葉風(fēng)彩

摘 要：目前研究現(xiàn)狀中各類變壓器繞組變形檢測方法都多多少少存在一定缺陷，僅僅通過單一信息對繞組變形狀況進(jìn)行檢測已不可靠，因此，本文基于變壓器振動信號和阻抗圓特性提出一種聯(lián)合分析法。

關(guān)鍵詞：繞組變形；振動信號；阻抗圓特性

引言

電力變壓器是電網(wǎng)中極其重要的設(shè)備，擔(dān)負(fù)著電壓升降的重要作用，其運(yùn)行狀況直接影響到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。變壓器繞組變形或者破損是變壓器故障中比較常見的故障，在變壓器長期運(yùn)行中，各種短路電流沖擊都很容易造成變壓器繞組變形或破損；在變壓器運(yùn)輸、安裝或吊罩過程中，意外沖撞顛簸和振動同樣也容易導(dǎo)致變壓器繞組變形，因此，及時準(zhǔn)確了解電力變壓器繞組變形或破損狀況是極其重要的。

常見的繞組故障檢測技術(shù)主要包括頻率響應(yīng)法、短路阻抗法和油色譜分析法等，然而前兩種方法不僅對繞組的輕中度變形診斷準(zhǔn)確度低，而且不能進(jìn)行帶電檢測；油色譜分析法雖然可用于帶電檢測，但是對內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)并不敏感。隨著研究的深入，大量的檢測方法被提出，這些方法大體可以分為電類檢測和非電類檢測兩種，電類檢測如基于繞組漏磁場變化的方法、短路點(diǎn)抗值法等，非電類檢測如振動信號分析法。然而各種方法都存在一些問題，為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，僅僅通過單一信息對繞組變形狀況進(jìn)行檢測已經(jīng)不可靠。

針對此，本文提出基于振動信號與阻抗圓特性聯(lián)合分析的檢測方法，電類檢測采用振動信號法，通過檢測提取振動信號中的每階固有頻率對應(yīng)的單頻振動衰減曲線，進(jìn)而計(jì)算得到電力變壓器繞組各測點(diǎn)的診斷參考值的變化量；非電類檢測采用阻抗圓特性法，利用變壓器原副邊的電壓電流信息，做出電壓降落與原邊電流的關(guān)系圖，即變壓器的阻抗圓特性圖，進(jìn)而得到反映橢圓變化的特征量——偏移角。將參考值的變化量與偏移角的變化量加權(quán)，以此得到的結(jié)果來表示繞組變形的狀態(tài)。最后，模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的正確性。

1振動信號法

變壓器表面的振動主要來源于鐵芯和繞組的振動，電力變壓器穩(wěn)定運(yùn)行時，硅鋼片的磁致伸縮引起了鐵芯振動，由電流通過繞組時在繞組間、線餅間、線匝間產(chǎn)生的電動力引起繞組振動。

1.1檢測點(diǎn)的確定

由變壓器繞組振動的傳播路徑可知，繞組線圈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及受力方向在距離油箱頂面二分之一高度處，即油箱正面中的徑向振動傳遞路徑最短、幅值最高，故將其作為振動信號的采集位置。

考慮到采集變壓器振動信號的全面性及準(zhǔn)確反映變壓器振源信息，按照變壓器軸向振動方向，設(shè)置變壓器油箱頂面為振動信號的檢測位置。由于繞組線圈振動距離油箱側(cè)面的軸向傳遞路徑較遠(yuǎn)，且三相繞組到油箱側(cè)面的距離不一致，且受噪聲影響較大，頻率特性保留不完整，故不在此面設(shè)置檢測點(diǎn)。油箱采集位置如圖1、2所示。

1.2 振動信號法實(shí)現(xiàn)

（1）同步采集各測點(diǎn)處的振動信號

（2）提取振動信號中的每階固有頻率對應(yīng)的單頻振動衰減曲線

對于采集到的各個測點(diǎn)的振動信號，先通過短時傅里葉變換法分析振動頻譜分布，并提取出對應(yīng)的固有頻率，振動頻譜圖上的每個峰值分別對應(yīng)每一階的固有頻率。根據(jù)每一階固有頻率的數(shù)值，分別設(shè)計(jì)一個帶通濾波器，并利用此濾波器再對振動信號進(jìn)行濾波，最后得到對應(yīng)的單頻振動衰減曲線。

（3）以診斷參考值為依據(jù)，計(jì)算診斷參數(shù)平均值的變化量 ，變化量的大小反映繞組結(jié)構(gòu)和位置發(fā)生形變的嚴(yán)重程度。

2阻抗圓特性法

變壓器的阻抗圓特性，即變壓器原副邊的電壓降落與原邊電流的關(guān)系，該特性圓是相對于坐標(biāo)軸有一定旋轉(zhuǎn)（該旋轉(zhuǎn)角為偏移角）的橢圓形，在變壓器正常運(yùn)行和故障情況下，對應(yīng)阻抗圓特性的形狀不同，根據(jù)偏移角的變化可以判斷繞組結(jié)構(gòu)和位置是否發(fā)生形變，以及形變的嚴(yán)重程度，該方法的具體實(shí)現(xiàn)如下：

（1）實(shí)時采集變壓器分接頭調(diào)節(jié)信號以及變壓器原邊、變壓器副邊兩側(cè)電壓電流信號；

（2）根據(jù)采集到的電壓電流數(shù)據(jù)，做出變壓器的阻抗圓特性圖

（ ）

其中， u1為原邊電壓， u2為副邊電壓， l1為原邊電流；

（3）按圖3所示的阻抗圓特性圖中對應(yīng)橢圓的偏移角 ，分別求出變壓器負(fù)荷百分比不同，功率因數(shù)不同時對應(yīng)阻抗圓的偏移角，由計(jì)算結(jié)果可知，在變壓器正常運(yùn)行情況下偏移角是保持不變的。

（4）以正常運(yùn)行情況下的偏移角為基準(zhǔn)值，進(jìn)行偏移率變化量 計(jì)算，偏移率變化量的大小反映繞組結(jié)構(gòu)和位置發(fā)生形變的嚴(yán)重程度。

3繞組變形檢測

現(xiàn)用三相雙繞組變壓器的動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證所述變壓器繞組變形檢測方法，變壓器是由三個單相變壓器組成的三相雙繞組變壓器（其中一相繞組分別人為設(shè)置不同程度變形），Y/d11接法，額定容量2kVA，原副邊繞組電壓均為220V，空載電流I0%=1.17，取 ，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯可以看出，基于振動信號法和阻抗園特性法的聯(lián)合分析法能準(zhǔn)確有效檢測繞組變形狀況。

4結(jié)論

1）針對電力變壓器繞組變形的問題，將振動信號法與阻抗圓特性法相結(jié)合，構(gòu)建聯(lián)合分析診斷繞組變形模型，通過加權(quán)診斷參數(shù)平均值變化量和偏移率變化量，判斷繞組是否變形以及變形嚴(yán)重程度。

2）通過模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法對于變壓器繞組變形診斷的有效性，為變壓器繞組變形診斷提供了一種值得參考的方法。

作者簡介：

姜云龍（1991—），男，主要從事電力變壓器方面的運(yùn)行與維護(hù)