對比分析納秒脈沖法與頻響法檢測變壓器繞組變形

鐘潤培

摘要：變壓器繞組變形是變壓器常見缺陷，而在檢測工作中使用納秒脈沖法與頻響法，均能獲得一定的檢測結(jié)果，以納秒脈沖法為優(yōu)。在此之上，本文簡要分析了變壓器繞組變形的原因及其危害性，并通過設(shè)計納秒脈沖法與頻響法實驗，驗證其可行性，自此為變壓器繞組變形檢測工作指明新思路，維護變壓器運行安全。

關(guān)鍵詞：頻響法;納秒脈沖法;變壓器;繞組變形

前言：

變壓器具體是以銅線或者鋁線搭配絕緣墊塊形成的電力設(shè)施，它在電壓變換與電流轉(zhuǎn)換中有著顯著效用。而所謂的繞組變形指的是線圈在機械動力等干擾因素下形成的位移扭曲情況。若不能及時處理繞組變形現(xiàn)象，將對變壓器性能產(chǎn)生影響，使其在電力系統(tǒng)運行中無法保持優(yōu)良狀態(tài)。據(jù)此，應(yīng)圍繞繞組變形制定科學的檢測方案，以此妥善應(yīng)對變壓器隱患問題，保持電能供應(yīng)穩(wěn)定性。

1、變壓器繞組變形的原因及其危害性

變壓器繞組變形實則是指線圈出現(xiàn)扭曲或者位移偏差問題，造成變壓器無法保持優(yōu)良性能，甚至還會引發(fā)安全事故。另外，繞組變形的危害性還可體現(xiàn)在性能下降上，促使遭遇短路沖擊后，變壓器承擔電動力的能力有所減弱。而且從相關(guān)研究中可了解到：繞組變形變壓器與正常變壓器比較，前者更易出現(xiàn)絕緣故障等。究其根本，其產(chǎn)生繞組變形的原因多源于短路電流沖擊。一般而言，在變壓器出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，變壓器線圈將出現(xiàn)快速升溫情況，繼而在升溫中降低線圈的強度性能，增加繞組變形風險，在徑向力影響下，變壓器線圈剛度值將達不到合力要求，最終引發(fā)變壓器鼓包現(xiàn)象。另外，變壓器還可受制于運輸振動。如若在變壓器安裝運輸階段，遭受外力沖擊，將在劇烈振動下形成繞組變形，從而影響變壓器運行穩(wěn)定性。所以，針對變壓器繞組變形實施精準化檢測，有利于提前處理此項問題，以免長期在繞組變形刺激下，削弱變壓器性能。鑒于此，相關(guān)人員應(yīng)圍繞繞組變形特征，選擇適合的檢測方法，增加檢測結(jié)果可信度。

2、納秒脈沖法與頻響法檢測變壓器繞組變形的實驗研究

2.1設(shè)計實驗條件

頻響法在變壓器繞組變形檢測中的應(yīng)用，主要是通過對繞組結(jié)構(gòu)施加不同頻率，以此獲取對應(yīng)的正弦信號，使之同正常變壓器繞組頻率正弦信號相互對比，借此知曉變壓器是否存在繞組變形情況。然而，從相關(guān)研究中可知：此種方法雖然能夠獲得一定的檢測結(jié)果，但錯誤率偏高，而且無法給出精準結(jié)果，造成檢測人員常常針對變壓器繞組變形情況給出錯誤判斷，從而影響變壓器的正常使用狀態(tài)。而納秒脈沖法是以脈沖源的合理設(shè)計，借助頻響應(yīng)單元實現(xiàn)繞組變形的準確檢測。為了進一步驗證兩種檢測方法的推廣價值，需采用對比實驗予以分析。其中需將實驗中的對照組確定為頻響法，而觀察組以納秒脈沖法為主，而后經(jīng)過對應(yīng)指標的分析，知曉不同檢測方法的可行性差異。

首先，以廣州西門子企業(yè)中的高壓變壓器為研究對象，對其繞組變形情況予以檢測，并且設(shè)置好變壓器的相關(guān)參數(shù)。此類變壓器的容量為2000kVA，其電壓值為220kV。在對其使用納秒脈沖法時，需要將實驗中使用的設(shè)備設(shè)置為德國生產(chǎn)的一款探測脈沖器，其中此設(shè)備能夠釋放500ns脈沖寬度值;其次，準備好實驗用具后，需要明確實驗標準。在納秒脈沖法檢測過程中，可以針對脈沖信號實施記錄，其中將實驗數(shù)據(jù)與標準樣本庫內(nèi)保存的數(shù)據(jù)予以比對，而后若重復率在4%以下，則代表此部分的檢測中無繞組變形。其中頻響法中以頻率釋放條件為主，而觀察組（納秒脈沖法）中則為其配備示波器、脈沖發(fā)生器，以此保證每一個實驗結(jié)果都符合實驗要求;最后，還需要對兩組中的操作步驟予以規(guī)范。其中最為關(guān)鍵的是觀察組中，要求實驗人員，分別對變壓器繞組應(yīng)用納秒脈沖，并分別計取脈沖下正常繞組短路匝形變化規(guī)律，而后與正常變壓器下形成的匝形變化圖進行對比，從而對正常波形與短路沖擊下缺陷繞組波形實施差異性對比，如若存在顯著差異，可以證實此種檢測方法下有著精準鑒別價值。在設(shè)置兩組實驗條件時，還應(yīng)當以相同變壓器作為同一個檢測對象，以免受實驗過程中外界因素的干擾，造成檢驗結(jié)果缺乏可靠性。

2.2整理實驗數(shù)據(jù)

通過觀察組與對照組兩組中的實驗數(shù)據(jù)進行整理，可以從中分析出頻響法與納秒脈沖法的差異性特征，甚至能夠準確判斷更有推廣前景的檢測方法。經(jīng)由對比實驗數(shù)據(jù)可知：其中在波形變化規(guī)律的研究中，對于三相變壓器中的B相變壓器，其中觀察中納秒脈沖法下形成的匝間短路時間與電壓值的相關(guān)性中，變壓器正常繞組中，隨著時間的進展，會逐漸在4×10s到8×10s范圍內(nèi)出現(xiàn)電壓升高情況，而后逐漸降壓，并在16×10s時再度增壓。此時對比后可通過計算待測變壓器中曲線變化振幅與正常繞組下的差值，驗證是否處于正常的繞組分布狀態(tài)。如若它的差值比例在4%以上，則將其納入繞組變形隊列中。

至于對照組（頻響法）中也可以在不同頻率下記錄其振幅情況，其中針對B相變壓器正弦信號予以分析。其中正常繞組下形成的匝間短路-振幅變化圖，其中隨著頻率從0.1kHz逐漸上升為1000kHz，其中在5kHz左右時出現(xiàn)振幅下降趨勢，而后隨著頻率升高出現(xiàn)明顯的上下波動現(xiàn)象。對應(yīng)的正常繞組與非正常繞組曲線基本重合。

此外，從線圈軸向位移值上進行比對，由此了解不同檢測方法下變化規(guī)律，最終發(fā)現(xiàn)納秒脈沖法下，正常繞組與非正常繞組線圈軸向位移值浮動明顯，其差值處在標準范圍內(nèi)，從而驗證此結(jié)果下形成的檢測結(jié)果具有參考價值。至于兩組不同檢測效果的對比，可以從差值比例上進行比較。其中可發(fā)現(xiàn)，在不同檢測方法下，納秒脈沖法中形成的差值（正常繞組-待測繞組）遠高于頻響法，且呈現(xiàn)較為明顯的變化幅度，由此可確定前者的準確度略高一些。

在機電設(shè)備檢修工作中，對于變壓器繞組變形情況的準確檢測，可以參照上述檢測結(jié)果，確定適合的檢測方案。例如早在2015年，廣州西門子企業(yè)就曾組織相關(guān)人員編制了高壓變壓器實驗方案，并且還實施了雷電沖擊調(diào)波試驗，并對機電設(shè)備中的變壓器設(shè)施性能實施客觀檢查，除了驗證變壓器是否存在隱藏式故障外，還對其局部細節(jié)處實施了精準排查，以便該企業(yè)中的變壓器設(shè)備保持良好的運行狀態(tài)，也為該企業(yè)踐行安全生產(chǎn)目標給予了保障。鑒于此，在機電設(shè)備維修作業(yè)中，需要相關(guān)人員隨時針對機電設(shè)備的運行情況，判定具體的檢測方法。特別是對變壓器開展的維保活動，還應(yīng)當綜合本次研究項目中的兩組實驗數(shù)據(jù)，判斷不同檢測方法在不同操作條件中的適應(yīng)性。由于在該企業(yè)中的變壓器均以高壓變壓器、超高壓變壓器為主。故而為了降低誤判率，則優(yōu)選納秒脈沖檢測方法，確保檢測人員能從中獲得可信度更高的檢測數(shù)據(jù)，繼而為企業(yè)設(shè)備維保項目的順利開展指明方向。源于本次研究階段，從正常繞組與待測繞組的對比中，以不同檢測方法獲取檢測結(jié)果，經(jīng)過比對后，確實發(fā)現(xiàn)納秒脈沖法的差異性更加明顯，其中與頻響法下形成的曲線圖比較，其變化幅度并不顯著。所以，匯總綜合數(shù)據(jù)中可以將其列為優(yōu)選方法，有效將其運用在變壓器設(shè)備檢測工作中。只有檢測人員能夠及時判斷變壓器是否出現(xiàn)繞組變形，才能采取對應(yīng)的措施維修設(shè)備。

2.3匯總實驗結(jié)果

在計算納秒脈沖法檢測中的相關(guān)變化量時，還可以參照諧振頻率

比值確定正常繞組與繞組變形兩種狀態(tài)下的運行差異。即，

其中f1、f2、C、△C分別指代的是正常繞組諧振頻率與非正常繞組諧振頻率、變壓器電容量、相對變化量。在匯總觀察組相關(guān)數(shù)據(jù)時，還可以根據(jù)波形變化情況以及曲線位移結(jié)果，確定繞組是否變形。其中需格外注意的是：加強實驗步驟的規(guī)范性。如針對變壓器進行納秒脈沖檢測時，需要運用耦合傳感器，輔助脈沖信號的順利釋放，而后可在探測脈沖器的參與下記錄脈沖信號的變化趨勢，而后對數(shù)據(jù)進行深度分析，得出相關(guān)實驗結(jié)果。從正常繞組與非正常繞組實驗對比中，納秒脈沖法參與下，面對同一個變壓器，觀察組能夠產(chǎn)生變動幅度較大的兩條曲線。而對照組則基本上重合。從中判定：納秒脈沖法能夠準確鑒別繞組變形與正常繞組的差異性。至于頻響法并不能很直觀的給出正常繞組與非正常繞組的差異性特征。特別是在線圈軸線位移值測定中，對于存在明顯繞組變形缺陷的變壓器繞組實施檢測，它與正常繞組形成的曲線圖比較，大體上能夠保持52%左右的差值。反觀頻響法差異不明顯。由于非正常繞組與正常繞組本身存在顯著差異。故而本次研究活動中依靠不同方法下的兩種變壓器繞組實施比對，可從變化幅度上了解差異性情況。若差異顯著，則代表此種方法能夠更準確的判明繞組變形故障。基于此，納秒脈沖在脈沖寬度變化中，它的響應(yīng)信號變化幅度變化明顯，此時可以驗證此種方法在變壓器檢測工作中具有高靈敏度優(yōu)勢，值得機電維修檢驗人員依據(jù)實驗結(jié)果將其作為主要的繞組變形檢測方法。

結(jié)論：綜上所述，納秒脈沖法與頻響法在變壓器繞組變形檢測階段，明顯前者的可行性更強。它不但能夠直觀給出可靠的繞組變形特征，而且還能為帶電檢測作業(yè)指明方向，借此豐富繞組變形檢測渠道，促使變壓器在優(yōu)良檢測環(huán)境下，及時規(guī)避故障風險，從而延長變壓器使用年限，為我國電力工作的順利開展給予保障。

參考文獻：

[1]劉昕鶴，黃文武，吳海濤.納秒脈沖法與頻響法檢測變壓器繞組變形對比研究[J].南京理工大學學報，2020，44（01）：94-99.

[2]馬小敏，李宏，曹永興，等.大型變壓器繞組變形故障納秒脈沖法檢測試驗[J].變壓器，2019，56（07）：50-54.

[3]李振華，蔣偉輝，鄭嚴鋼，等.基于改進ΔU-I軌跡法的變壓器繞組變形在線檢測方法[J].高壓電器，2021，57（08）：142-150.