基于掃頻阻抗法的變壓器繞組變形測(cè)試技術(shù)研究

盧旻　吳紹武　郭鐳　張超

【摘? 要】本文在對(duì)變壓器繞組等效電路理論進(jìn)行充分研究的基礎(chǔ)上，對(duì)變壓器繞組變形常用的診斷方法，如頻率響應(yīng)法、短路阻抗法等進(jìn)行分析。此外，本文還針對(duì)頻響法和阻抗法中的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了有效的結(jié)合，從而提出了一種對(duì)變壓器繞組變形進(jìn)行診斷的掃頻阻抗法，從而在一次測(cè)試后便能夠獲得相關(guān)的頻譜特征，而且還能夠獲得短路阻抗特征信息。經(jīng)過對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)掃頻阻抗法對(duì)比頻響法要更加的有效和實(shí)用，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)人員起到一些參考作用。

【關(guān)鍵詞】變壓器繞組變形;頻率響應(yīng)法;短路阻抗法;掃頻阻抗法

在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，電力變壓器的安全可靠十分重要，對(duì)整個(gè)供電運(yùn)輸過程都起到極為關(guān)鍵的作用。而變壓器在具體的運(yùn)行過程中可能會(huì)發(fā)生一些短路故障問題，而在這一狀況下，強(qiáng)大的短路電流會(huì)給繞組帶來巨大的電動(dòng)力，一旦超過繞組自身所能承受的短路抗擊能力，將會(huì)使繞組出現(xiàn)變性故障，從而對(duì)變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。此外，在店里的傳輸過程中，當(dāng)其受到機(jī)械力的作用時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)繞組變形現(xiàn)象。在其出現(xiàn)變形后，一些變壓器會(huì)直接損壞，而多數(shù)變壓器會(huì)持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，但該時(shí)間段內(nèi)的變壓器性能不夠穩(wěn)定，容易產(chǎn)生安全隱患。因此，變壓器的繞組出現(xiàn)變性故障，輕則引起變壓器的運(yùn)行指標(biāo)出現(xiàn)失誤，重則直接損壞變壓器，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。所以，技術(shù)人員應(yīng)對(duì)頻響法和短路阻抗法等診斷技術(shù)進(jìn)行研究，并應(yīng)用掃頻阻抗法來更加準(zhǔn)確的對(duì)變壓器繞組變形問題進(jìn)行診斷。

一、變壓器繞組變形的成因及種類

（一）變壓器繞組變形的成因

電網(wǎng)運(yùn)行過程中，變壓器的繞組之所會(huì)出現(xiàn)變性故障，主要是因?yàn)樽儔浩髟诰唧w的運(yùn)行時(shí)，無(wú)法避免要承受短路電流的沖擊。而在溫度較高的情況下，會(huì)使導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度減小，從而導(dǎo)致繞組出現(xiàn)變形故障。此外，當(dāng)變壓器在長(zhǎng)途運(yùn)輸或安裝的過程中，可能會(huì)受到一些沖撞或震動(dòng)，這些機(jī)械作用力也可能會(huì)導(dǎo)致繞組出現(xiàn)變形。最后，保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中存在著一些死區(qū)或是動(dòng)作失靈等問題，從而導(dǎo)致變壓器對(duì)短路電流的承受實(shí)踐較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致變壓器繞組出現(xiàn)變形問題。

（二）變壓器繞組變形的種類

變壓器繞組變形的種類具體包括，首先徑向拉伸，主要出現(xiàn)在變壓器的高壓側(cè)中央位置，幅度通常不大。其次是徑向壓縮，通常出現(xiàn)在變壓器的低壓側(cè)，幅度為中央上下等。再次，是軸向延伸，其主要位于低壓側(cè)頂端。而軸向壓縮則主要位于變壓器高壓側(cè)繞組中間位置。此外，還包括軸向套疊，此類型在高、低壓側(cè)都可能會(huì)出現(xiàn)。最后是匝間短路故障。

二、變壓器變形測(cè)量方法

（一）阻抗法

在變壓器的負(fù)荷阻抗為零時(shí)，輸入端的阻抗則成為了變壓器的整體短路阻抗。而短路阻抗主要由電阻分量和電抗分量組成，一般在大型的變壓器短路阻抗當(dāng)中，，電阻分量所占的比值相對(duì)較小，而此時(shí)的短路阻抗則和電抗分量近似乎相等。變壓器繞組的漏電抗主要是指變壓器的短路電抗分量，其共包括縱向漏電抗和橫向漏電抗，但在其中橫向漏電抗所占的比值相對(duì)較小。而漏電抗值和變壓器繞組的尺寸有關(guān)，因此當(dāng)變壓器的繞組出現(xiàn)變形后，會(huì)產(chǎn)生漏電抗的變化，使變壓器的短路阻抗值發(fā)生變化。在應(yīng)用短路阻抗法時(shí)要受到條件限制，所以很難達(dá)到額定電流，而且對(duì)于測(cè)試儀表具有教改的檢測(cè)精度要求，因此檢測(cè)靈敏度往往難以獲得，一些時(shí)候只對(duì)那些繞組變形十分嚴(yán)重上的變壓器有效。但是阻抗法的實(shí)施過程十分簡(jiǎn)單，而且具有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以參考，所以也是一種十分有效的檢測(cè)方法。

（二）頻響法

在變壓器繞組的一段輸入掃頻電壓信號(hào)后，通過信號(hào)處理設(shè)備，可以對(duì)不同掃描頻率下繞組兩端的電壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。在經(jīng)過具體的處理之后，可以得到變壓器繞組的傳遞函數(shù)，從而將具體的頻率響應(yīng)描繪程曲線，從而有效的對(duì)變壓器繞組進(jìn)行診斷。

三、掃頻阻抗法研究

（一）低頻時(shí)等效模型

當(dāng)變壓器的頻率較低時(shí)，對(duì)于分步電容的影響則可以忽略，可以將變壓器作為集中參數(shù)模型來進(jìn)行等效處理，再通過T型等效網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行描述。變壓器繞組變形測(cè)試可以看做短路阻抗測(cè)試，在變壓器的繞組出現(xiàn)變形故障后，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的樓康變化，進(jìn)而通過短路阻抗值來進(jìn)行有效的反映。

（二）高頻時(shí)等效模型

當(dāng)變壓器的頻率較高時(shí)，變壓器的繞組可以看做由電阻、電容等分布參數(shù)構(gòu)成的無(wú)源線性雙端網(wǎng)絡(luò)，從而對(duì)繞組電阻進(jìn)行忽略，可以看做是應(yīng)用頻響法來進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于匝間短路、繞組扭曲變形等現(xiàn)象都會(huì)引起相關(guān)參數(shù)的變化，使頻響特性曲線發(fā)生改變。而在測(cè)試中，如果加大掃頻信號(hào)功率，會(huì)增強(qiáng)測(cè)試信號(hào)，從而提高抗干擾能力，降低因?yàn)椴涣辑h(huán)境因素所造成的影響。

（三）診斷機(jī)理

根據(jù)變壓器在不同頻率下的等效模型我們可以發(fā)現(xiàn)，在低頻率狀態(tài)下，變壓器可以通過T網(wǎng)絡(luò)等效模型來進(jìn)行等效，而在這一過程中，繞組和鐵芯之間的等效電感發(fā)揮主要作用。如果是由于電感量的變化所引起的繞組變形故障，主要表現(xiàn)在低頻段。而變壓器等效電容的變化則主要是在高頻段所產(chǎn)生的相關(guān)反應(yīng)。簡(jiǎn)單來說，在應(yīng)用掃頻阻抗法對(duì)變壓器繞組進(jìn)行測(cè)試的過程中，短路阻抗可以反映低頻段，而頻率響應(yīng)則可以將高頻段進(jìn)行反映。

（四）掃頻阻抗法與頻響法的對(duì)比

掃頻阻抗法在測(cè)試結(jié)果當(dāng)中融入了全新的、具有參考價(jià)值的參數(shù)，從而為變壓器的繞組變形提供更具有準(zhǔn)確性的參考依據(jù)，而且對(duì)比頻響法要更加的有效，測(cè)試結(jié)果中能夠反映出更多的信息量。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，一旦變壓器繞組出現(xiàn)變形故障，將會(huì)對(duì)變壓器的正常運(yùn)行造成影響，從而阻礙了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而掃頻阻抗法將頻響法和短路阻抗法的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了有效的結(jié)合，并可以通過一次測(cè)量獲得短路特性和頻響特性曲線，從而更好地對(duì)變壓器繞組變形現(xiàn)象進(jìn)行診斷。

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作者簡(jiǎn)介：

盧旻（1985-）男，大學(xué)本科，高級(jí)職稱，主要研究方向電力系統(tǒng)分析、高電壓與絕緣試驗(yàn)

吳紹武（1973-）男，大學(xué)本科，高級(jí)職稱，主要研究方向電力工程

郭鐳（1963-）男，碩士學(xué)位，高級(jí)職稱，主要研究方向電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化

張超（1985-）男，大學(xué)本科，中級(jí)級(jí)職稱，主要研究方向電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化

（作者單位：1? 國(guó)網(wǎng)江蘇電力公司淮安供電公司;2? 南京優(yōu)能特電力科技發(fā)展有限公司）