試析配電變壓器繞組故障在線診斷方法研究

張麗娜　葛云天　姚元建

摘要：變壓器是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，承擔(dān)著變壓和電能分配的重要任務(wù)，配電變壓器的安全穩(wěn)定決定著電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，變壓器的故障診斷也成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。本文結(jié)合配電變壓器繞組故障的在線診斷方法，分析了繞組故障在線診斷系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；繞組故障；在線診斷

1 配電變壓器繞組故障在線診斷方法

由于配電變壓器檢修特點(diǎn)的限制，大型電力變壓器繞組的在線診斷技術(shù)不能滿足配電變壓器繞組故障的在線監(jiān)測(cè)。相關(guān)研究表明，在得出變壓器繞組故障正向計(jì)算結(jié)果后，可以應(yīng)用繞組的短路阻抗對(duì)繞組故障進(jìn)行判斷，結(jié)合變壓器繞組末端的電壓和電流信號(hào)，對(duì)等效短路阻抗進(jìn)行計(jì)算，判斷繞組的故障。

單相雙繞組配電變壓器的等效電路如圖1所示。

其中K_T表示配電變壓器變比；K_TV1表示電壓互感器TV₁的變比；K_TV2表示TV₂的變比；K_TA1表示電流互感器TA₁的變比；K_TA2表示電流互感器TA₂的變比；X₁、R₁、Z₁分別表示一次側(cè)電抗、電阻、短路阻抗；X₁₂、R₁₂、Z₁₂分別表示二次側(cè)繞組電抗X₂、電阻R₂、短路阻抗Z₂在一次側(cè)的歸算值；X₁₀、R₁₀、Z₁₀分別表示鐵芯的電抗、電阻、激磁阻抗；E₁表示在一次側(cè)繞組感應(yīng)電勢(shì)；U₁表示一次側(cè)繞組入端電壓；U₂表示二次側(cè)繞組出端電壓；U₁₂表示U₂在一次側(cè)繞組的歸算值；I₁表示一次側(cè)繞組入端電流；I₂表示二次側(cè)繞組出端電流；I₁₂表示I₂在一次側(cè)繞組的歸算值；I₁₀表示電流互感器TA₁二次側(cè)輸出電流；I₂₀表示電流互感器TA₂二次側(cè)輸出電流；U₁₀表示互感器TV₁二次側(cè)輸出的電壓，U₁₀=U₁/K_TV1；U₂₀表示互感器TV₂二次側(cè)輸出電壓。

之后結(jié)合變壓器的阻抗矩陣可以得出變壓器的阻抗參數(shù)，與正向計(jì)算結(jié)果對(duì)比，完成配電變壓器繞組故障的診斷。

2 變壓器繞組故障在線診斷系統(tǒng)

配電變壓器繞組故障的在線診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該系統(tǒng)包括待測(cè)變壓器、傳感器、無線發(fā)送模塊、電壓電流互感器、變壓器數(shù)據(jù)采集模塊、無線接收模塊和上位機(jī)。數(shù)據(jù)采集模塊收集待測(cè)變壓器一次側(cè)和二次側(cè)電壓電流信號(hào)，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將采集到的電壓電流信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，上位機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，對(duì)待測(cè)變壓器的繞組短路阻抗進(jìn)行測(cè)定計(jì)算，診斷待測(cè)變壓器的繞組故障。

變壓器繞組故障在線診斷系統(tǒng)主要采集變壓器繞組末端的電壓和電流信號(hào)，在硬件電路方面，應(yīng)用64bit ARM單片機(jī)，應(yīng)用可靠的互感器陣列，加上模擬信號(hào)的調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和無線傳輸模塊等，實(shí)現(xiàn)配電變壓器一次側(cè)和二次側(cè)電壓電流信號(hào)的采集。

在采集一次側(cè)電壓電流信號(hào)的過程中，應(yīng)用EVT2-10電子式互感器，采集二次側(cè)電壓電流信號(hào)的過程中，應(yīng)用TR11021c型電壓互感器和Q125型電流互感器。另外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是影響變壓器信號(hào)采集質(zhì)量的重要單元，主要應(yīng)用同步采樣的方法收集信息，轉(zhuǎn)換器應(yīng)用32bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器提高信息采集質(zhì)量。系統(tǒng)中的上位機(jī)應(yīng)用UTC1212無線收發(fā)模塊，LCD顯示應(yīng)用320*680分辨率的正顯LCD顯示器。在模擬信號(hào)調(diào)理電路中對(duì)采集到的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鲆婧蜑V波，保證滿足實(shí)際測(cè)量電路的需求。硬件系統(tǒng)之后通過當(dāng)?shù)刭|(zhì)量研究院標(biāo)準(zhǔn)電壓源和電流源進(jìn)行校正，將系統(tǒng)采集誤差控制在±0.5%以內(nèi)。

3 配電變壓器繞組阻抗在線測(cè)量

在應(yīng)用過程中，調(diào)節(jié)變壓器的負(fù)載，收集配電變壓器末端電壓和電流信號(hào)，及時(shí)將信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)故障分析系統(tǒng)對(duì)采集的信息進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值對(duì)比，之后結(jié)合變壓器的阻抗參數(shù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差分析。

配電變壓器繞組電阻和電抗與短路實(shí)驗(yàn)值對(duì)比，保證誤差控制在2%以下，最終表明在線監(jiān)測(cè)配電變壓器繞組和電抗的研究方法是可行的，研究過程中出現(xiàn)的誤差原因分析如下：

第一，在線診斷系統(tǒng)本身包含一定的固有誤差。例如，電壓互感器和電流互感器本身存在一定的想我誤差和幅值誤差。第二，實(shí)際應(yīng)用中的配電變壓器與試驗(yàn)用的變壓器額定變比至今有一定的誤差。第三，變壓器在不同負(fù)載狀態(tài)下勵(lì)磁電流也會(huì)不同，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的誤差。

4 結(jié)束語

配電變壓器是電力系統(tǒng)中的重要部分，它的運(yùn)行直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，為了供電質(zhì)量和供電可靠性，需要結(jié)合供電實(shí)際，應(yīng)用有效的在線診斷方法，實(shí)時(shí)分析配電變壓器的繞組故障。