偶看新闻鬼父八喜:变压器绕组变形的检测方法
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/05/01 09:09:29
[摘 要]
本文结合变压器绕组发生局部的机械变形后电气参数的变化，阐述了通过测量变压器各个绕组的传递函数H（jω），并对测试结果进行纵向或横向（三相之间）比较，诊断绕组的扭曲、鼓包、移位等变形的方法。
[关键词] 网络分析技术 低压脉冲法 频率响应分析法
1.概述
通常变压器在遭受短路故障电流冲击后，绕组将发生局部变形，即使没有立即损坏，也有可能留下严重的故障隐患。例如：首先，绝缘距离将发生改变，固体绝缘受到损伤后将导致局部放电发生。当遇到雷电过电压作用时便有可能发生匝间、饼间击穿，导致突发性绝缘事故，甚至在正常运行电压下，因局部放电的长期作用也可能引发绝缘击穿事故。其次，绕组机械性能下降，当再次遭受短路事故时，将承受不住巨大的电动力作用而发生损坏事故。因此，积极开展变压器绕组变形工作，及时发现哪些有问题的变压器，并有计划地进行吊罩验证和检修，不但可节省大量的人力、物力，对防止变压器事故的发生也有极其重要的作用。目前，世界各国都在积极开展变压器绕组变形诊断工作，有些国家甚至把该项工作作为变压器预防性试验项目中的首要工作。下面简要介绍变压器绕组变形的检测方法。
1. 检测方法
变压器绕组发生局部的机械变形后，其内部的电感、电容等分布参数必然会发生相对变化。最早使用的绕组变形诊断方法是集中参数检测法，它是通过测量绕组的短路阻抗等集中参数的变化来判断变压器是否发生变形。多年来的使用经验表明，该方法对测试条件要求较高，在现场往往难以获得必要的检测灵敏度，有时仅对那些绕组变形严重的变压器有效。
近年来，国内外大量的研究成果表明，利用网络分析技术，通过测量变压器各个绕组的传递函数H（jω），并对测试结果进行纵向或横向（三相之间）比较，可以灵敏而有效地诊断出绕组的扭曲、鼓包、移位等变形现象。因为当频率超过1KHz时，变压器的铁芯基本不起作用，每个绕组均可视为一个由电阻、电容、电感等分布参数构成的无源线性二端口网络。若忽略绕组的电阻（通常很小），则绕组的等值电路如图1所示。根据电路理论，它是可以通过传递函数H(jω)对其特性进行描述的。如果绕组发生机械变形，势必会改变网络的L、K、C等分布参数，导致其传递函数H(jω)的零、极点分布发生变化。
图1绕组的等值电路
通过测量传递函数H(jω)的变化来诊断变压器绕组变形，可分为低压脉冲法（简称LVI）和频率响应分析法（简称FRA）两种，现简要介绍其测试原理。
图2低压脉冲法的测试原理图
低压脉冲法的测试原理如图2所示。在变压器绕组的一端对地加入一个标准脉冲电压信号（通常不超过300V），利用数字化记录设备同时测量绕组两端的对地电压U0（t）和Ui（t），并进行相应的处理，可得到该绕组的脉冲响应特性h(t)或传递函数H（jω）,即
由于LVI法采用的是时域脉冲分析技术，在现场使用时较易受外界干扰和灵敏度校正过程的影响，需要使用一种特殊结构和精细调整的测试系统，以消除脉冲传递过程中的折、反射以及脉冲信号源的不稳定性问题，故现场使用往往较难以保证结构的重复性。
图3频率响应分析法的测试原理图
频率响应分析法的测试原理如图3所示。在绕组的一端加入扫频电压信号Us（可依次输出不同频率的正弦波电压信号），通过数字化记录设备同时检测不同扫描频率下绕组两端的对地电压信号U1（n）和U0（n） 并进行相应的处理，以得到绕组的传递函数H(n),即
传递函数H（jω）(即频率响应特性)中的零、极点分布情况与二端口网络内部的元件及连接方式等密切相关。大量试验研究结果表明，电力变压器绕组的频率响应特性通常在10kHz～1MHz的频率范围内具有较多的谐振点。当频率低于10kHz时，绕组的电感起主要作用，谐振点通常较少，对分布电容的变化不太敏感；而当频率超过1Mhz时，绕组的电感又被分布电容所旁路，谐振点也会相应减少，对电感的变化不太敏感，而且随着频率的提高，测试回路（引线）的杂散电容也会对测试结果造成明显影响。因此，选用10KHz～1MHz的扫描测量范围和1000个左右的线性分布扫描频点通常会获得较好的测试效果。此时，绕组内部的分布电感和电容均可发挥作用，其频率响应特性具有较多的谐振点，能够灵敏地反映出绕组电感、电容的变化情况。
利用上述FRA法诊断变压器绕组变形，最早是由加拿大的E.P.Dick在1978年提出的，随后在世界各国得到了较为广泛的应用。普遍反映使用效果较好，认为它能够在变压器不吊罩的情况下快速检测出相当于短路阻抗变化0.2%或者轴向尺寸变化0.3%的绕组变形现象。与LVI法相比，由于FRA法采用了先进的扫频测量技术，所测量的均是幅值较高、频率已知且低于1MHz的正弦波信号，便于用数字处理技术去消除干扰信号的影响，信号传播过程中的折反射问题也易于得到解决，故具有较强的抗干扰能力，测量结果的重复性也易于得到保证。
3.结论
频率响应分析法是目前国际上较为先进的一种绕组变形诊断方法，他能够检测到微弱的绕组变形，并且具有较强的抗干扰能力，适合现场使用的要求。由于LVI法与FRA法都是通过比较波形进行判断的，可快速测出变压器短路阻抗的（0.2%～0.3%）的变化，其灵敏度是较高的，但如何从量值上去判断短路实验结果，并与现行标准测量电抗值的变化统一起来，尚须积累经验。
【参考文献】：《变压器绕组变形测试技术》，中国电力出版社。
《电气工程师手册》，机械工业出版社。