變壓器繞組變形診斷技術的研究

王斌

（國電寧夏石嘴山發電有限責任公司，寧夏 石嘴山 753202）

目前，電網容量快速增加，短路故障導致的變壓器損壞事件數量大幅上升。將變壓器進行解體檢查，發現其中的故障主要有短路因素造成，表現出：故障電流會生成軸向力與徑向力，繞組會發生扭曲、傾斜等失穩變形情況。若不將變形問題及時發現并解決，甚至還會損壞絕緣，造成匝間短路、主絕緣放電或完全擊穿等故障。因此采用診斷技術，可以對繞組發生的變形進行準確測試，避免事故進一步惡化。

1 掃頻阻抗法檢測技術原理

使用掃頻阻抗檢測技術檢測變壓器繞組變形過程中，會將變壓器中的每個繞組相應阻抗—頻率曲線全面檢測，將最終獲得的測量結果橫向、縱向對比，之后將曲線的變化作為基礎對繞組可能出現的變形進行判斷。

從上述分析可以看出，實驗中的掃頻信號源主要為激勵源，可以劃分系統等效電路測試過程，其中包含低頻、高頻等效電路模型。首先，測試低頻段過程中，集中電路可以是變壓器繞組與電感等相關元件共同組成部分，測試系統相當于低電壓短路與阻抗法對電路進行測試。其次，頻率的持續增加，變壓器中等效電路會逐步形成一系列電阻、電感分布參數等部分，會共同組成二端口網絡。使用掃頻阻抗檢測技術的主要特征為會獲得頻率響應曲線，還可以獲取變壓器繞組檢測的傳遞函數。

因此對變壓器繞組變形診斷過程中，使用掃頻阻抗檢測技術，可以將變壓器繞組看成相關元件共同組成電路系統，如果運行過程中某部分元件發生變化、故障，變壓器的掃頻阻抗值也會出現相應的變化，繞組的幾何尺寸作為這些元件實際參數的重要基礎。因此可以看出，若改變繞組尺寸，就會造成變壓器掃頻阻抗值發生變化。

2 實驗結果與阻抗值

應用掃頻阻抗曲線對高頻段進行檢測，會獲取相應的頻率響應曲線，因此為了加強測試結果準確性，應充分考慮頻率響應法等相關問題。通過對比分析可以看出，在低頻段使用掃頻阻抗法具備較強的穩定性與抗干擾性能，但在中高頻段進行診斷時，這種方法具備一定的測試靈敏度。

通過上文的分析，通過計算獲取的結果為50Hz，通過部分取值，就可以獲取變壓器中的短路阻抗值，因此使用該阻抗值對變壓器繞組的變形進行診斷。

3 變壓器繞組變形判斷方法

（1）變壓器繞組變形相關系數。為了獲取掃頻阻抗曲線，會使用掃頻阻抗檢測診斷技術，在這個過程中生成的相關系數，可以使用兩條曲線關聯程度統計指標進行充分顯現，同時使用掃頻曲線相關系數的過程中，可以使變壓器繞組掃頻阻抗特點充分凸顯，加強結果的直觀性與全面性。通過對比掃頻阻抗技術、頻率響應法可以看出，在對中高頻段進行檢測的過程中，掃頻阻抗曲線法更加適用如圖1、2，具備與幅頻響應曲線法相同的測試特征，為確定掃頻阻抗曲線的閾值，可以參考與借鑒頻率響應法中的相關閾值設定。

圖1 高壓側變壓器繞組頻率響應曲線特征示意圖

圖2 低壓側變壓器繞組頻率響應曲線特征示意圖

（2）極值點的偏移。在充分明確變壓器完整結構后，可以肯定其中一定的數值為與每個繞組互相對應的二端口網絡參數，還可以確定相應的傳遞函數。如果變壓器繞組發生變形問題，在繞組中的分布電感、電容等相應參數也會隨之發生改變，最終使傳遞函數零點、極點發生改變。因此將波峰、波谷分布位置變化與數量實際變化作為基礎，就可以對變壓器繞組的變形程度進行判斷。

對極值點進行提取時，由于掃頻阻抗曲線存在一定的誤差可能性，因此會對結果的準確性產生影響，如發生極點值連續等現相關問題，因此在提取極值點的過程中，尤其是處理掃頻阻抗曲線時，應注意以下相關事項。（1）設置極值點集為P，主要作用為存儲極值點的實際頻率與幅值。之后將實際測量的數據作為基礎，確定起始頻率f1與終止頻率f2。（2）（f1，f2））范圍內對每個數據點是否為極值點進行判斷，若 Xk〉 Xk-1, Xk+1，就可以判斷為Xk為極大值，如果，Xk＜ Xk-1, Xk+1，就可以判斷Xk為極小值。將全部的極值點進行保存，并將P 加入其中。（3）對P 中是否含有連續存在的極值點進行查看，若其中含有，就將P 中的該部分極值點進行剔除，將首末頻率值f1、f2進行記錄，還要對f1，f2頻率范圍中的數據進行平滑處理，之后返回到（2）步中。若不含有，就可以結束該過程。通過上文描述的處理方式，可以加強測量數據的提取準確性，從而獲得極值點。

在量取極值點偏移度的過程中，要將極值點的頻率偏移與幅值偏移進行綜合分析與對比，可以使用極值點的便宜率獲取相關數值，可以使用公式4 進行計算：。公式中的Δf表示頻率偏移率，。ΔZ 表示阻抗的偏移率，。公式中的Zf與ff含義為故障發生位置的曲線極值點阻抗值、頻率值，Z0與 f0分表含義為正常曲線中的極端值阻抗值、頻率值。

在實際判斷變壓器繞組變形情況過程中，應計算各個極值點的極值點偏移率，測量與計算過程中，應將全部頻段合理劃分為低頻與高頻，在各個頻段處于最大極值點偏移率情況下：Δ PL、Δ PH,以圖1 的方式對變壓器繞組的變形程度進行判斷。極值點的偏移與變壓器繞組變形判斷依據中的Δ PL、Δ PH閾值將基于10 臺變形程度不同的變壓器極值點便宜率統計結果進行設置。

例如在對某臺運行過程中變壓器中壓測試側、低壓短路側進行測試的過程中，依據圖1 的判斷依據，變壓器C 發生了輕度變形問題，變壓器A 與變壓器B 的變形狀態十分嚴重。之后對發生變形問題的變壓器予以返廠解體處理，發現在A變壓器中的壓線圈發生了的變形為凹凸波浪狀，低壓線圈部分墊塊發生松動與位移的情況。發現B 變壓器中的壓線圈出現換位情況，從而造成松動與變形問題發生，低壓線圈中還含有2 處鼓包位置，最終造成該部分出現十分嚴重的變形情況。在變壓器C 中，由于壓線圈中的導線出現變形與松動，但低壓線圈并沒有發生異常問題。壓線圈造成換位部分出現松動與變形情況，低壓線圈中出現兩處鼓包部分，使換位部分發生十分明顯。因此可以看出，應用該診斷技術，可以對變壓器繞組變形進行有效診斷，說明該診斷技術的應用效果十分明顯。

4 結語

本文通過實驗與測試對變壓器繞組變形診斷技術中的掃頻阻抗法進行了分析，發現利用掃頻阻抗法可以將電壓短路阻抗法與頻率響應法中存在的不足有效彌補，從而避免在實際測試過程中受到各種干擾與影響。為了增強變壓器繞組變形診斷技術的實效性、全面性，目前已針對掃頻阻抗法的饒梓變形提出了相應的判斷標準，但相關企業、技術人員通過不斷地實踐與測試對該指標的準確性進行反復驗證。除了掃頻阻抗法之外還有多種變壓器繞組變形診斷技術，可以被應用在不同的實際情況中。