基于參數辨識的變壓器繞組變形在線監測方法探討

摘 要：隨著科學技術的不斷快速發展，現代技術要求要使電網達到一定的標準，在所有的監測方法中，變壓器繞組變形非常的重要。通過實驗或者是日常的實際操作，對變壓器安全運行造成威脅的就是變壓器繞組變形，不同的程度會對變壓器運行產生一些不利的因素。通過對變壓器繞組變形進行實時的在線監測，我們可以通過研究發現一些問題，通過解決這些問題我們可以更好的去推動變壓器的發展。

關鍵詞：變壓器；繞組變形；在線監側

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.202

0 引言

電力行業中最重要的設備就是變壓器，變壓器在電力行業中起到的作用是非常龐大的，隨著我國電力行業不斷的快速發展，電氣的主流方向就是高壓。在發展的過程中我們會遇到各種各樣的問題，電器經常會出現一些短路方面的故障，當短路發生時就會給變壓器造成一定的傷害，長期的使用之后就會對整個變壓器造成危害。

1 變壓器繞組變形的概念

在電動里作用下進行工作的是絕緣墊塊和夾件，在電路設計的過程中，一定要符合實際的運作狀況，滿足該電器在使用過程中的一些要求。短路電流當達到一定的標準時，就會對運作的變壓器造成一定的沖擊，此時線圈自身會對變壓器造成強度非常大的電動力。在一般情況下，變壓器線圈上會存在電動力，這種電動力大概可以分為兩種，一種是徑向力另一種是軸向力。在徑向電動力存在的時候，如果達到了所規定的屈服點，線圈在強大的作用力之下就會變形，并且這種變形存在的較為持久。在該種情況發生的時候，變壓器繞組變形會呈一種梅花狀或者是鼓包狀。當軸向電動力強度比以往的要大時，線匝在豎直的方向就會出現一些彎曲，此時線段也會出現一些形變。線段之間的墊塊也會受到一定的壓縮，這種形變的作用力一直會傳遞到鐵圈中。當這種情況發生時，變壓器就會發生繞組彎曲，嚴重還會將壓板壓壞，最終會導致墊塊松動脫落。有一些變壓器在運作的過程中還會出現一些緊急的突發事件，最常見的一種就是突然性的短路。使用動態向量模型的方法，對變壓器參數模型在各種運行狀態下的參數辨識解的個數進行了討論，并根據變壓器所處的不同狀態使用不同的參數辨識方程對模型參數進行辨識，在變壓器剛開始進行繞組的過程中，經常會出現各種各樣的故障，但是這些故障發生的最后結果都是一樣的，都會導致絕緣破壞匝間短路。

2 繞組變形常見的幾種監測方法

許多種因素都會導致變壓器繞組發生形變，其中最常見的就是短路故障電流沖擊，在該種情況下變壓器在運作的過程中會受到碰撞。變壓器存在繞組變形的現象是非常普遍的，在事情發生之后，我們需要對變壓器進行全面的檢查，這樣我們才可以了解到變壓器的形變程度。因為在變壓器發生繞組形變時，許多變壓器是可以進行正常工作的，但是如果問題不進行及時的解決，就會存在一些安全隱患。

2.1 低壓脈沖法

當頻率高出1000赫茲時，變壓器的一個組成部分就起不到任何的作用，可以將變壓器繞組本身看做成一個無源線性雙端口網絡。電阻、電感和電容共同組成了繞組本身，當繞組一旦發生變化時，變壓器其中的一些參數也會發生變化。在整個變壓的過程中，低壓脈沖也會受到繞阻的影響，也會受到許多不同的變化。我們可以根據繞組對低壓脈沖的響應波形來進行全面的判斷，在探討的過程中我們可以具體的去決定變壓器的形變程度。確定變壓器是否通過短路測試是低壓脈沖法的主要目標，變壓器在現場的測試過程中，會受到外界的一些各種因素的干擾，其中電磁的干擾是最為嚴重的。根據變壓器運行狀態的特點，調整待辨識參數的個數，選擇不同的辨識方程，分別辨識出模型的不同參數值變壓器在運作的過程中受到電磁的干擾時，位于繞組首端位置的一些故障就不能夠被靈敏的檢測出來，也就是說在一定程度上，我們很難去判斷繞組具體的變形位置。

2.2 頻率響應分析法

加拿大人是最早提出頻率響應分析法的，這個方法在提出之后被廣泛的應用與到了其他的國家。頻率響應分析法有嚴格的規定，當頻率超出1000赫茲時，可以將變壓器繞組看成是一個線型、無緣以及單端輸入的輸出網絡。這種類型的網絡往往是可以用頻率特性來對其進行描述的，每一個網絡都對應著與其唯一的頻響特性曲線，當繞組發生變形之后，與其對應的網絡參數就會發生巨大的改變，其實網絡的頻響特性曲線也會隨著參數的變化而發生變化。變壓器繞組頻響在實驗的過程中，變壓器前后繞組頻響特性曲線會發生變化，根據前后的相應對比我們可以總結出發生變化的具體位置。頻響分析法在一定程度上會高效的降低 電磁的干擾程度，并且還具有許多的其他優點，可以精確地將曲線的變化程度進行測量。儀器在使用的過程中也是非常的簡潔方便的，一般情況下變壓器在運作的過程中是不會放油的，在特殊情況下不僅需要放油還需要吊罩。在一些論述方面我們可以得出結論， 在某種程度上來說頻響分析法具有許多的優勢，所以在應用的過程中頻響分析法會受到廣泛的應用。在頻響分析方法的具體操作過程中，我們首先要將一個正弦掃頻信號輸入到測試的變壓器之中，在輸入端和輸出端進行相關數據的記錄。在對變壓器與工作之中的數據進行記錄之后，我們會得出相應的頻響特性曲線， 我們在工作之后通過分析不同的曲線，可以得出不同型號的變壓器曲線，最終我們會總結出繞組是否真的發生了變形。

2.3 短路阻抗法

短路阻抗法的工作原理非常簡單，在工作之前需要選定一個測量工頻電壓，我們需要根據變壓器繞組的短路阻抗數據，進行變壓器繞組的判斷形變，進一步的去分析變壓器的繞組是否發生了形變。漏抗和繞組兩部分，共同組成了短路抗組，當電壓高于110千伏時，我們需要對電阻分量進行比例分配。短路阻抗的重點就是漏抗的一些數值分析，在漫長的分析過程中，我們可以發現漏抗的一些具體數值變化。變壓器控制系統中的變頻調速系統，雖然檢查的范圍和步驟都較為復雜，但是這些都是為了防止直流母線出現短路、逆變器輸出短路和接地故障等一些常見的問題，由于檢查的范圍過于龐大、檢查的步驟過于繁瑣，工作的時候難免會增加一定系統檢驗成本。變壓器大多數時間處于穩態運行狀態，只要穩態運行中能夠檢測出變形繞組就能滿足工程需要。變壓器繞組變形中存在大量的數據，電子設備通過讀取芯片，可以獲得大量的數據信息，可以提高變壓器系統的集成化和可靠性，在一定程度上提高系統的工作效率。繞組的幾何尺寸一般會決定變壓器的漏抗值，變壓器的繞組結構在一定程度上會發生不同程度的變化，隨著數據的變化變壓器的漏電抗值也會發生變化。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

內窺鏡法在一定程度上是非常簡單的，在運行內窺鏡法時，需要配備強度較高的光源，同時還需要提供數字非常清晰的攝像機探頭。這樣當變壓器深入到繞組中時，才可以更好的對其中的一些事物進行近距離的實景拍攝，這樣我們就可以對繞組情況進行更加深的認識。通過內窺鏡法對變壓器中的繞組進行觀察，可以非常直觀的就得出變壓器是否發生形變，那一定程度上提高了變壓器繞組的形變效率。在數字化變電站中，變壓器端口裝設了電子式互感器，可以解決電流的非線性傳變問題。基于最基礎的參數辨識，我們還可以清楚地知道變壓器內部結構中的數據是否發生變化，了解發生變化的具體位置。同時還可以清楚的觀察到變壓器內部的放電位置是否整齊，利用內窺鏡法對變壓器中的繞組進行觀察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 結束語

通過實驗或者是日常的實際操作，對變壓器安全運行造成威脅的就是變壓器繞組變形，不同的程度會對變壓器運行產生一些不利的因素。電力行業中最重要的設備就是變壓器，變壓器在電力行業中起到的作用是非常龐大的，隨著我國電力行業不斷的快速發展，電氣的主流方向就是高壓。短路電流當達到一定的標準時，就會對運作的變壓器造成一定的沖擊，此時線圈自身會對變壓器造成強度非常大的電動力。有一些變壓器在運作的過程中還會出現一些緊急的突發事件，最常見的一種就是突然性的短路，在整個變壓的過程中，低壓脈沖也會受到繞阻的影響，也會受到許多不同的變化。

參考文獻：

[1]趙宇形，龐海龍.變壓器出口短路故障分析[J].電工技術，2012.

[2]王枉，李彥明，張成良.變壓器繞組變形檢測法和FRA法的比較研究[J].高電壓技術，2009.

[3]嚴玉婷，江健武，王亞舟等.變壓器繞組變形側試的理論分析與試驗研究[J].高壓電器，2010.

[4]熊小伏，鄧祥力，游波.基于參數辯識的變壓器微機保護[J].電力系統自動化，2007.

[5]鄧祥力，王傳啟，張哲.基于等值回路平衡方程和等效勵磁電感的特高壓變壓器保護[J].中國電機工程學報，2012.

作者簡介：王少玄（1975-），男，山西太原人，碩士，研究方向：計算機軟件與理論、電力。