一種新的變壓器繞組變形檢測方法

姜云龍+姜德勝+葉風彩

摘 要：目前研究現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合分析法。

關鍵詞：繞組變形；振動信號；阻抗圓特性

引言

電力變壓器是電網中極其重要的設備，擔負著電壓升降的重要作用，其運行狀況直接影響到電力系統的安全穩定運行。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；在變壓器運輸、安裝或吊罩過程中，意外沖撞顛簸和振動同樣也容易導致變壓器繞組變形，因此，及時準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主要包括頻率響應法、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確度低，而且不能進行帶電檢測；油色譜分析法雖然可用于帶電檢測，但是對內部的機械結構并不敏感。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，為了保證檢測結果的準確性，僅僅通過單一信息對繞組變形狀況進行檢測已經不可靠。

針對此，本文提出基于振動信號與阻抗圓特性聯合分析的檢測方法，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的單頻振動衰減曲線，進而計算得到電力變壓器繞組各測點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系圖，即變壓器的阻抗圓特性圖，進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，以此得到的結果來表示繞組變形的狀態。最后，模擬實驗驗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，電力變壓器穩定運行時，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、線匝間產生的電動力引起繞組振動。

1.1檢測點的確定

由變壓器繞組振動的傳播路徑可知，繞組線圈的內部結構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確反映變壓器振源信息，按照變壓器軸向振動方向，設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面的軸向傳遞路徑較遠，且三相繞組到油箱側面的距離不一致，且受噪聲影響較大，頻率特性保留不完整，故不在此面設置檢測點。油箱采集位置如圖1、2所示。

1.2 振動信號法實現

（1）同步采集各測點處的振動信號

（2）提取振動信號中的每階固有頻率對應的單頻振動衰減曲線

對于采集到的各個測點的振動信號，先通過短時傅里葉變換法分析振動頻譜分布，并提取出對應的固有頻率，振動頻譜圖上的每個峰值分別對應每一階的固有頻率。根據每一階固有頻率的數值，分別設計一個帶通濾波器，并利用此濾波器再對振動信號進行濾波，最后得到對應的單頻振動衰減曲線。

（3）以診斷參考值為依據，計算診斷參數平均值的變化量 ，變化量的大小反映繞組結構和位置發生形變的嚴重程度。

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系，該特性圓是相對于坐標軸有一定旋轉（該旋轉角為偏移角）的橢圓形，在變壓器正常運行和故障情況下，對應阻抗圓特性的形狀不同，根據偏移角的變化可以判斷繞組結構和位置是否發生形變，以及形變的嚴重程度，該方法的具體實現如下：

（1）實時采集變壓器分接頭調節信號以及變壓器原邊、變壓器副邊兩側電壓電流信號；

（2）根據采集到的電壓電流數據，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橢圓的偏移角 ，分別求出變壓器負荷百分比不同，功率因數不同時對應阻抗圓的偏移角，由計算結果可知，在變壓器正常運行情況下偏移角是保持不變的。

（4）以正常運行情況下的偏移角為基準值，進行偏移率變化量 計算，偏移率變化量的大小反映繞組結構和位置發生形變的嚴重程度。

3繞組變形檢測

現用三相雙繞組變壓器的動態模擬實驗來驗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 ，實驗結果如下表所示。

由實驗結果明顯可以看出，基于振動信號法和阻抗園特性法的聯合分析法能準確有效檢測繞組變形狀況。

4結論

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合，構建聯合分析診斷繞組變形模型，通過加權診斷參數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重程度。

2）通過模擬實驗，驗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行與維護