電力變壓器繞組變形檢測與診斷技術的現狀與發展分析

邢春德

（國家新聞出版廣電總局七六三臺，吉林 樺甸 132400）

1 離線方法及其應用

當前國內外的變壓器繞組形變檢測，通過大量的實踐研究形成了三種比較成熟的離線檢測方法，分別是短路阻抗法、低壓脈沖法和頻響分析法。這些方法在對變壓器的繞組形變進行檢測時，主要是將變壓器的內部繞組看作一個線性的阻抗，然后結合無源線性網絡對其內部的參數進行檢測和分析。

1.1 短路阻抗法

短路阻抗法指的是在變壓器短路時其內部的阻抗為零。這一情況下，可狹隘地將變壓器輸入端的等效阻抗視為短路阻抗。短路阻抗主要分為電阻分量和電抗分量。在當前的變壓器中，電阻分量一般情況下占據的阻抗比例較小，電抗分量是主要內容。對于變壓器的短路電抗分量，正常情況下因繞組形狀，往往會造成變壓器的漏電抗出現變化，從而造成變壓器的短路阻抗數據發生變化。在對變壓器進行繞組變形檢測時，通過短路阻抗法能夠對其變形情況進行檢測，同時根據電抗的變化情況判斷其繞組變形狀況。具體地，即對比短路阻抗和變壓器的政策數據，或者對其數據的變化趨勢進行判斷。

1.2 低壓脈沖法

低壓脈沖法是目前變壓器短路測試的標準方法。測試時，它主要是通過現場試驗對其數據進行判斷。低壓脈沖法測試的基本原理為：在對變壓器施加高頻電壓時，其內部的鐵芯磁導率和空氣幾乎等同，而繞組本身可以看作是一個線性電阻。在繞組發生形變后，其等效電路中的阻抗分布也會發生變化。若在繞組的一段施加低壓脈沖信號，往往會在另一端得到對應的響應信號。通過分析響應信號的變化情況，能夠判斷繞組的變化狀況。對于低壓脈沖法測試，它在測試過程中能夠在短時間內判斷其變化情況。隨著重復頻率的增加，它的測試結果準確性也將大大提高，而測試結果需通過繞組的網絡參數變化情況進行判斷[1]。

1.3 頻響分析法

頻響分析法打破了低壓脈沖法測試過程中的一些缺陷內容。這一測試方法主要通過變壓器繞組運行過程中的頻響特性對其變形情況進行判斷。頻響測試主要是通過側接入能夠進行連續性變化的正弦波，獲得不同頻率波段下的響應電壓和激勵電壓，然后通過這兩組數據的比值得到繞組的頻響特性。

頻響分析法應用中主要是借助函數幅度譜對其繞組的狀態進行判斷。隨著對這一檢測方法的研究深入，逐漸引入均方差等，并結合傳遞函數等，對其變壓器的繞組變化情況進行判斷。此外，引入了小波分析技術等，提高了頻響分析法結果的準確性。

1.4 離線測試方法對比分析

通過對三種方法的應用和特點進行分析可知，三種分析方法分別具有各自的優缺點。在選擇檢測方法時，需要結合變壓器的實際情況進行判斷。第一，LVI檢測方法在檢測時能夠快速準確地判斷繞組的變形情況，但進行現場檢測的過程中，其對周圍環境的影響抵抗力較差，因此在出現其他因素干擾時往往會出現錯誤判斷。第二，對比FRA和LVI兩種檢測方法，盡管在靈敏度等方面有所差異，但FRA檢測方法的穩定性更強，且其對周圍影響因素的抵抗能力更高。在進行現場檢測時，FRA檢測方法能夠更加準確地判斷繞組的變形情況，且設備體積較小、重量較輕，能夠保證設備快速投入使用。但是，這一檢測方法對檢測人員具有較高的專業水平限制，這是這一檢測方法使用受限的主要原因。第三，短路阻抗法在進行檢測時采用統一的接線方式，對檢測結果具有一定的靈敏度，但由于其靈敏度相對較低，目前已經很少使用[2]。

2 在線方法和對比分析

在當前的變壓器繞組變形檢測技術中，在線測試分為電量和非電量兩種。非電量檢測方法有超聲波和振動方法兩種，而電量檢測方法主要是頻率響應法和短路阻抗法兩種。

2.1 超聲波檢測法

超聲波檢測法在檢測時主要是通過探頭對變壓器內部的繞組變化情況進行檢測，在同步信號下將超聲波傳輸到變壓器的內部繞組上，根據超聲探頭收集到的反射波對繞組的變形情況進行判斷。數據的判斷主要通過超聲波在變壓器內部的一次往返時間進行確認。這種測試方法是基于變壓器繞組上的每一個點到郵箱表面的距離是固定的，在發生繞組變形后，其距離會發生一定變化，通過超聲波能夠對其距離進行確認和分析。

2.2 振動法

振動法主要通過振動傳感器對變壓器的振動情況進行檢測。在測試過程中對變壓器內部的繞組和鐵芯情況進行判斷，若變壓器的繞組正常，其振動變化情況不會發生特殊變化。一旦存在繞組發生變形問題，其振動傳感器傳出的數據將具有一定的差異性，然后通過振動傳感器的數據分析，能夠確認變形情況和變形位置。

2.3 在線頻率響應法

變壓器在每天運行過程中會發出各種各樣的信號，如運行過程中的負荷變化、故障后的重新合閘等。這時變壓器內部會傳出不同的對應信號，通過對這些信號進行檢測能夠判斷變壓器的運行狀況。變壓器附近的暫態電壓和電流同變壓器本身的運行狀況具有緊密聯系，通過對這些信號進行收集和整理，能夠得到變壓器正常運行下的各種參數，然后通過暫態分布曲線將正常情況下的變壓器周圍暫態信號和異常狀態下的信號進行對比，能夠發現變壓器繞組發生變形時對應的頻率響應特性，從而對變壓器繞組進行在線監測。

2.4 在線短路阻抗法

在線短路阻抗法的應用主要是借鑒與電力變壓器運行過程中存在的等效短路阻抗，通過計算變壓器的電壓和電流輸出值，得到變壓器內部的等效短路阻抗值，然后對這一阻抗值進行實時檢測判斷變壓器內部的繞組是否發生形變。短路阻抗的計算方法往往受到勵磁電流的影響，常見的算法主要有三種。第一種是在變壓器空載和負載情況時，通過兩種情況下的測量得到變壓器運行過程中的短路電抗大小。第二種是采用任意兩個負荷電流對其進行檢測。第三種是在忽略勵磁電流的影響下，建立對應的回路平衡方程，通過系統辨識技術的應用對短路阻抗中的電阻和漏電感進行測試，然后通過短路實驗數據等，修正計算方程得到的結果，從而得到相對準確的測試數據[3]。

2.5 在線測試方法對比

首先，超聲脈沖反射法測試過程中的操作相對簡單，且測試的直接性更好。但是，由于這種方法在有油和無油時的測試結果具有較大差異，且受溫度影響較大，目前的使用限制較大。其次，振動法在使用過程中不會同變壓器產生任何的連接，因此測試過程安全系數高，但其目前無法通過準確的數據對繞組的變形狀態進行準確判斷。再次，在線頻率響應法在使用過程中繼承了離線頻響法的相關優點，對繞組變形情況的算法進行了更新，有效提升了測試結果的準確性，但其在使用過程中無法對特征量進行判斷，使得其無法定量判斷變壓器內繞組的形變情況，且對于不同的變壓器，其測試結果存在較大的差異性。最后，基于短路阻抗法的變形檢測是當前應用最廣泛的一種檢測方法，其測試方法相對簡單，但測試結果的準確性和穩定性較低，需要通過完善測試平臺來提高測試準確性[4]。

3 結 論

綜合所述，當前的變壓器繞組變形檢測和診斷技術經過長時間的發展形成了多種測試技術。目前，離線檢測方法已經比較成熟，進行檢測時需要保證變壓器處于非運行狀態，檢測時產生的危險較低，但會造成當地出現斷電等情況，影響人民的日常生活和生產用電。而在線監測方法在診斷過程中不會造成變壓器停止運行情況，能夠提高電力企業運行的自動化和智能化，是未來變壓器監測發展的主要方向之一。

[1] 甘錫淞，李 云，傅成華，等.基于信息融合和CSSVM的變壓器繞組變形故障診斷方法研究[J].電力系統保護與控制，2018，46（1）：156-161.

[2] 李杰華，孟 艷，溫紅旗，等.變壓器繞組變形綜合診斷分析系統研究與實踐[J].變壓器，2017，54（7）：33-36.

[3] 徐建源，陳彥文，李 輝，等.基于短路電抗與振動信號聯合分析的變壓器繞組變形診斷[J].高電壓技術，2017，43（6）：2001-2006.

[4] 張 寧，朱永利，李 莉.頻響阻抗法診斷變壓器繞組變形[J].電測與儀表，2016，53（10）：32-38.