基于磁場耦合的變壓器繞組變形在線檢測方法研究

潘曉華，司占義，姜 鑠

（1.國網山東省電力公司臨沂供電公司，山東 臨沂 276000；2.中國電建集團核電工程有限公司，山東 濟南 250102；3.國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250118）

0 引 言

為提高供電可靠性，發展狀態檢修隨機數是電力設備運維的趨勢。針對變壓器繞組變形檢測，目前國內比較成熟的檢測方法是頻率響應法。此方法離線檢測時，變壓器必須退出運行，而且檢測耗時耗力。目前，在線檢測方法多處于實驗室研究階段，如西安交通大學提出的基于對比短路阻抗值變化的在線阻抗法，國外學者提出的基于對比變壓器振動特征量的振動法[1-3]。

為實現基于傳遞函數法的變壓器繞組變形在線檢測[4]，獲得繞組網絡幅頻響應曲線，關鍵問題之一是獲得指定激勵端和響應端的信號。變壓器帶電運行時，檢測信號不能直接從變壓器套管注入和檢測，同時存在工頻信號干擾和電網其他設備等的影響。針對存在的問題，本文提出使用磁場耦合方式來注入和檢測信號的方案，并在中國電科院某220 kV單相變壓器真型平臺進行了驗證實驗。

1 變壓器繞組信號的注入和響應檢測方式

1.1 信號的注入

利用磁場耦合的方式從中性點將電流源激勵注入變壓器，如圖1、圖2所示。將羅氏線圈套在中性點套管引出線上，然后施加正弦掃頻信號，觀察分析中性點感應到的電壓信號強弱是否滿足要求。

圖1 通過磁場耦合注入信號的接線

圖2 通過磁場耦合注入信號的電路

1.2 響應的檢測

考慮到實際中并非所有變壓器套管都有末屏，即使有，一般也不允許斷開套管末屏接地。所以，本文選擇在套管根部利用羅氏線圈檢測電流信號作為響應。

2 實驗平臺及實驗過程

2.1 實驗平臺

實驗所用變壓器為中國電科院220 kV變壓器真型平臺。該真型平臺擁有一個高壓繞組（兩個并聯的220 kV高壓套管分別是A端和A′端、1個35 kV中性點套管，X端）和一個低壓繞組（兩個10kV套管，分別是a端和x端）。利用此實驗平臺進行變壓器不帶電實驗，驗證信號注入和響應檢測方式的可行性。

2.2 從套管根部檢測響應信號

2.2.1 實驗接線

圖3為實驗接線原理圖，高壓繞組通過一個330 Ω電阻接地，用來等效變壓器運行時的外部設備，ch1、ch2、ch3、ch4是需要用示波器監測的信號，示波器使用64通道平均模式采樣。

ch1為施加在10匝羅氏線圈上的電壓信號，激勵源為TDT6U型變壓器繞組變形測試儀（以下簡稱變形儀）；ch2為在中性點套管X上感應到的電壓信號；ch3為電阻上的電壓信號；ch4為A套管根部柔性電流傳感器檢測到的響應信號，通過信號放大器放大32倍。

2.2.2 實驗過程

首先，利用變形儀按照離線檢測方式獲得高壓繞組幅頻響應曲線。

其次，按本方案原理圖接線，通過變形儀產生頻帶范圍在1kHz～1MHz的正弦信號，記錄不同頻率下ch1、ch2、ch3、ch4的數據，部分數據如表1所示。

觀察到響應信號較小，通過增加匝數的方式增大中性點感應到的電壓信號。中性點引出線在10匝羅氏線圈上繞10匝，使得羅氏線圈原邊和副邊匝數比變為1:1。羅氏線圈檢測到的信號不再接信號放大器，而是直接接在示波器上，通過變形儀產生頻帶范圍在1kHz～1MHz的正弦信號，觀察并記錄不同頻率下ch1、ch2的信號。

圖3 套管根部檢測響應信號接線原理

3 實驗結果分析

分析表1中的ch2數據，實驗所用羅氏線圈可以在中性點上感應到1V左右的信號，且頻率越高，越容易注入。

表1 示波器各通道電壓信號

分析表1中ch4數據，在1～100 kHz內，響應信號很弱，6 kHz下的信號波形如圖4所示。在100～1000 kHz，響應信號較強。在中性點接地線繞10匝后，在中性點感應到了10V左右的電壓，響應信號明顯增大，說明要想得到信噪比高的響應信號，需要增大注入信號的幅值。

若以表1中ch2信號作為輸入，ch3信號作為響應，由于變形儀的掃描頻率間隔為1kHz，而本實驗中頻率間隔較大，與變形儀所得幅頻響應曲線相比會漏掉一部分頻率諧振點，但二者曲線趨勢基本一致。

圖4 6 kHz下示波器截圖

4 結 論

通過磁場耦合方式從中性點注入激勵信號，從套管根部檢測響應是可行的。在100 kHz～1MHz頻帶內，響應信號信噪比較大。進一步在變壓器帶電情況下驗證，主要考慮工頻信號的干擾、外圍設備的影響等，獲得了對數頻率響應曲線，可為下一步變壓器繞組變形在線檢測提供參考。