一種變壓器介質(zhì)損耗測量方法研究

張凱　曹剛

摘 要：介質(zhì)損耗分析是變壓器故障診斷的重要方法，現(xiàn)有方法大多只能在工頻情況下分析變壓器介質(zhì)損耗情況。文中提出了一種變頻介質(zhì)損耗分析方法，能夠在全頻率范圍內(nèi)測量變壓器介質(zhì)損耗，得到介質(zhì)-頻率曲線。為分析變壓器故障提供更加可靠有效的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：介質(zhì)損耗 變壓器 變頻

中圖分類號：TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0003-02

電力變壓器在電力系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，介損測量是排查變壓器故障的一種非常有效的手段。目前常用的測量方法只能在50 Hz單一頻率下測量介質(zhì)損耗[1]，不能準(zhǔn)確得到介損曲線，影響故障定位。文獻(xiàn)[2]提出了一種過零比較的方法測量介損，操作簡單，成本低，但是依然容易受到工頻干擾，介損角分辨率低，測量準(zhǔn)確性有待提高。文獻(xiàn)[3]為了降低工頻干擾，提出了一種變頻介損測量的思路，但是仍然只是在工頻附近取兩個頻率點測量介損值，然后再用兩次測量擬合出工頻介損值，不能真正反映樣品在全頻率段的介損值。該文提出了一種真正意義上的變頻介損測量的方法，在很寬的頻率范圍下（0.001 Hz～1 000 Hz），連續(xù)變化測試電壓的頻率，測量被試品在不同頻率下的介損值，通過分析被試品介損-頻率曲線，判斷被試品中水分、老化、污染等情況。

1 測量原理

變壓器介損測量實際上將變壓器的高壓側(cè)線圈和低壓側(cè)線圈分別當(dāng)作電容的兩塊極板，測量該等效電容的容抗和阻抗，求得介損角。該文將變壓器等效電容按并聯(lián)模型和串聯(lián)模型分別討論測量原理。

從以上的原理分析得知，可以用兩個不同的采樣電阻得到兩個介損值，再通過運算消除采樣電阻帶來的誤差。改變測量電壓的頻率，可測量出不同的容抗和阻抗，得出在全頻率范圍內(nèi)的介損-頻率曲線。

2 數(shù)據(jù)處理方法

實際測量時，將被測樣品與精密取樣電阻串聯(lián)，該電阻不能使用金屬氧化膜電阻等有電感含量的電阻，要盡可能選用純電阻，否則會影響介損值準(zhǔn)確性。當(dāng)被測品與采樣電阻串聯(lián)時，流過兩者的電流相同，因此兩端電壓的比值就是阻抗比值，從而可以求出介損值。

如圖2，用AD采樣芯片分別采集Ua和Ub的波形數(shù)據(jù)。采樣點數(shù)越高，采樣精度越好，介損測量結(jié)果頁越準(zhǔn)確，一般至少要求每周波采樣1 000點，AD分辨率達(dá)到16位。

獲取采樣數(shù)據(jù)后，有兩種方法得到介損角。過零比較法[4]計算簡單，但是精度低。用傅里葉分析的方法能有效去除干擾，提高分析精度。

假設(shè)電壓Ua采樣序列為x（n），可以用x（n）分析出各頻率成分的幅值和相角。

其中，X（0）為直流成分，X（1）為基波成分，X（2）為二次諧波成分，以此類推。通過傅里葉變換得到實部和虛部后，虛部除以實部就是阻抗角的tan值。

采用傅里葉變換提取頻率成分時，如果采樣不同步，會出現(xiàn)嚴(yán)重的頻譜泄露現(xiàn)象。而時間采用AD采樣時，不可能完全與基波信號同步。加窗傅里葉變換是降

低頻譜泄露影響的一種有效方法[5-6]。因此，實際處理時間，需要加窗處理。

加窗之后，可以降低采樣不同步帶來的影響，同時能濾除部分采樣干擾，頻譜泄露影響明顯降低，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

3 測量驗證與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)本文方法研制成功的變頻介損測量儀在湖南省內(nèi)數(shù)個110 kV變電站進(jìn)行了現(xiàn)場測試，驗證了該文方法的正確性和有效性。

現(xiàn)場測試時需要先將變壓器斷電，再將高壓側(cè)三相和低壓側(cè)三相分別短接，接測試裝置的兩個測量端子。此時變壓器的高壓側(cè)線圈和低壓側(cè)線圈相當(dāng)于電容的兩個極板。分別用本文方法和進(jìn)口Omicron儀器測量，進(jìn)行比較研究。

從測試結(jié)果來看，本文方法能夠準(zhǔn)確測量樣品在各頻率點的電容值和介損值，測量誤差在0.07%范圍內(nèi)。介損值隨著頻率降低而平穩(wěn)增加，變化規(guī)律符合樣品的固有特質(zhì)。且該文方法操作簡單，測量速度快。

4 結(jié)語

變頻介損測量方法能夠很好的避開傳統(tǒng)定頻測試方法遇到的工頻干擾問題，能夠在全頻率范圍內(nèi)分析變壓器的介損曲線，是一種有效的分析變壓器故障的方法。

參考文獻(xiàn)

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