基于頻率響應(yīng)法的變壓器繞組變形試驗(yàn)分析

摘 要：本文從基于電力的變壓器在繞組形變過程后產(chǎn)生的相應(yīng)層次結(jié)構(gòu)的不同出發(fā)，對其試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在電氣設(shè)備中發(fā)揮重要作用的是變壓器，變壓器有一個重要的特點(diǎn)就是繞組變形，而且變形程度隨著機(jī)械力的大小不同而產(chǎn)生差距。因此，本文介紹了應(yīng)用頻率響應(yīng)測試法分析變壓器繞組變形應(yīng)用技術(shù)，以及利用一些曲線的特殊特征進(jìn)行比較，在本論中，進(jìn)行了變壓器的一些特征實(shí)驗(yàn)，來精確的判斷繞組變形，同時也舉出了一個實(shí)例來進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；繞組強(qiáng)度控制；試驗(yàn)；頻率響應(yīng)；繞組變形；頻響特性

中圖分類號：TM406 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0028-02

1 引 言

電力系統(tǒng)在現(xiàn)在社會發(fā)揮著越來越重要的作用，在電力系統(tǒng)中的重要組件便是變壓器，變壓器發(fā)生繞組變形情況越來越頻繁，導(dǎo)致發(fā)生的主要因素主要在于不小心的碰撞，或者電動力的作用，當(dāng)一直承受這些力的擠壓作用時，變壓器發(fā)生繞組變形將會越來越嚴(yán)重，有時會發(fā)生突發(fā)性的損壞事故等等。因此，繞組變形對于變壓器來說，是一個巨大的破壞。繞組變形可以分為兩類，縱向和橫向。有整體的位移，部分下陷，甚至是部分突起鼓出，略微扭曲，以及匝間短路等形式。為了防止這些狀態(tài)異常無法穩(wěn)定的變壓器造成不必要的損失，在保證不使變壓器發(fā)生解體的情況下，對其繞組變形進(jìn)行檢測是非常重要的。不同的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，頻率響應(yīng)法對繞組變形較為靈敏，測試較為準(zhǔn)確，波形的重復(fù)性和穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠非?？煽康脑u估繞組變形。

在現(xiàn)在社會的高速發(fā)展中，電力系統(tǒng)容量在不斷的擴(kuò)大，變壓器繞組變形發(fā)生的也越來越頻繁，因此，我們要研究一系列的方法來探究變壓器發(fā)生的問題-繞組變形。當(dāng)前，對于變壓器繞組變形主要從三方面來進(jìn)行，一方面是參數(shù)檢測法，主要是對變壓器的參數(shù)進(jìn)行分析，但是此方法精確度要求極高，一般達(dá)不到所需要的檢測靈敏度，另一方面，為頻率響應(yīng)法，此方法應(yīng)用最廣泛，也最能達(dá)到要求，最后一方面是低壓脈沖法，此方法與參數(shù)檢測法一樣，存在著許許多多的不足。相比較這三種方法，頻率響應(yīng)法檢測的時候靈敏度高，穩(wěn)定性也比較高，是一種比較合理的方法，因此在電力系統(tǒng)中。變壓器的繞組變形主要通過頻率響應(yīng)法來進(jìn)行檢測。

2 頻率響應(yīng)分析法

通過上面的分析，變壓器的繞組變形主要是通過頻率響應(yīng)法來進(jìn)行檢測，將變壓器的頻率響應(yīng)特征來進(jìn)行檢測分析，從而得到特性曲線，然后再進(jìn)行各方為的比較，比如橫向，或者縱向，來近一步的判斷繞組變形的程度，將這些特性曲線來對變壓器變形情況來進(jìn)行描繪出來，著也就是所謂的頻率響應(yīng)法。變壓器的里面的組件情況都是不會發(fā)生變化的，因此著也就意味著變壓器的電容是不會變化的，通過在變壓器的一側(cè)施加一定程度的電壓，頻率發(fā)生一定的變化，利用頻率響應(yīng)的方法對特性曲線進(jìn)行探究，從而得出一系列的變壓器的繞組變形的情況。

頻率響應(yīng)特性是根據(jù)變壓器繞組變形情況而發(fā)生變化的，繞組變形程度越大，頻率響應(yīng)特性發(fā)生的變化也就越大。那么相應(yīng)的變壓器的一些特性也就發(fā)生很大的變化，因此通過以上的研究，我們了解到頻率響應(yīng)法分析，最關(guān)鍵的就是要得到頻率響應(yīng)特性曲線，從而才能就行下一步的分析，此方法所用到的設(shè)備主要是TDT5變壓器繞組變形測儀，對于變壓器繞組變形，頻率響應(yīng)法可以說是檢測的最好的一種方法，已經(jīng)得到大范圍的應(yīng)用。

2.1 變壓器繞組變形特點(diǎn)

變壓器繞組變形的發(fā)生會導(dǎo)致很多意外情況的發(fā)生，比如嚴(yán)重的話，會造成停電，甚至將變壓器進(jìn)行燒毀，因此變壓器繞組變形發(fā)生的因素很多，比如機(jī)械力的碰撞，或者短路等等，在這些因素中，主要的應(yīng)該歸結(jié)于內(nèi)部電動力，它對變壓器繞組變形起到重要的決定作用，但是也有許許多多的原因是在于變壓器本身的問題，比如變壓器的制作上存在不規(guī)范，內(nèi)部強(qiáng)度不夠，抵抗力不足等。

2.2 函數(shù)形式

假定激勵源Us的頻率為f，控制變量，將其數(shù)值從低加高；觀察并記錄另一端的響應(yīng)電壓U2和激勵端電壓U1信號的幅度峰值比例，得到幅度和頻率的特征數(shù)據(jù)。為方便計(jì)算，將記錄下來的電壓的幅度峰值用對數(shù)形式進(jìn)行表示?？梢缘玫胶瘮?shù)H（f）=20log[U2（f）/U1（2f）]。

2.3 試驗(yàn)步驟

在這個繞組變形試驗(yàn)的步驟基本如下：

（1）對即將進(jìn)行測量的變壓器的輸入端和響應(yīng)端進(jìn)行確定，并將該變壓器繞組的開關(guān)調(diào)整至最大的分接位置處。

（2）對于用于輸入和用于檢測的電纜的接地屏蔽線，需要連接到被測量的變壓器的外殼旁，同時要保證該線的長度和無環(huán)無纏繞；對于變壓器的外殼而言，接觸電阻要小于等于1Ω。

（3）對用于輸入和用于檢測的電纜，要使用線夾將其分別與選中的輸入端和響應(yīng)端的套管端頭相連接。

（4）同時使用電纜，對儀器的相應(yīng)端子基于頻率響應(yīng)法的變壓器繞組變形試驗(yàn)分析本文從基于電力的變壓器在繞組形變過程后產(chǎn)生的相應(yīng)層次結(jié)構(gòu)的不同出發(fā)，對其試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（5）運(yùn)行對應(yīng)的檢測程序，在對被測量的變壓器的測量參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)初始化后，點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕啟動測量。

2.4 對于數(shù)據(jù)正確性的檢測

對于測量得到的被測變壓器不同繞組壓力的頻率特性函數(shù)和繪制的響應(yīng)曲線而言，為了確定其數(shù)據(jù)的真實(shí)可用，保證其正確性，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一下檢測（重點(diǎn)對低壓部分進(jìn)行檢測）：

（1）同一被測變壓器，相同電壓條件下，將三相繞組和同相繞組多次測試數(shù)據(jù)的曲線進(jìn)行對比，如果有偏離較大的繞組曲線，應(yīng)當(dāng)再次確認(rèn)其接線的正確性和接觸性能，并且重新測量。防止因?yàn)椴僮鬟^程中操作員的原因?qū)е碌腻e誤。

（2）如果對數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)得到的曲線并不光滑平整，而是有比較多的毛刺，應(yīng)當(dāng)對接線的情況進(jìn)行觀察，排除接觸不良和連接部位線中斷的可能性。

（3）如果對數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)三相繞組的一致性不好，應(yīng)當(dāng)首先判斷作為對比的歷年頻譜曲線是否存在歷史缺陷。

（4）如果對數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)縱向?qū)Ρ纫恢滦暂^差，應(yīng)當(dāng)判斷接地線的連接可靠程度。

2.5 對數(shù)據(jù)的定量分析

對于判斷被測量變壓器的繞組狀態(tài)，可以采用繞組前后變形的頻率響應(yīng)特性曲線的相關(guān)系數(shù)對比，綜合對曲線上采樣點(diǎn)的均方差估計(jì)值進(jìn)行定量的分析，描述不同測量曲線的一致程度和差值。

3 對測量數(shù)據(jù)的定性分析

除了通過測量得到的數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)和均方差，進(jìn)行定量的判定，還可以通過對波形圖中特征點(diǎn)的位置和數(shù)量變化來定性判斷繞組的變形情況，例如峰值位置，位移情況等。

3.1 獨(dú)立的波形數(shù)據(jù)分析

不同頻段的頻率響應(yīng)特征曲線峰值的位置特征不同，因此從頻段對繞組進(jìn)行劃分和分析。

（1）分別計(jì)算相分析（頻率范圍在1～100kHz）。在較低頻率范圍內(nèi)，不同曲線特征值的偏移代表著不同的含義。峰值和最低點(diǎn)位置左移表示軸向壓縮，右移表示幅向鼓包。如若趨于分散，則表示繞組縱向整體移位。如若整體曲線都向左偏移，則表示繞組橫向整體移位。由此可知，繞組電感對于曲線特征量偏移影響較大。

（2）中頻段繞組變形分析（頻率范圍在100～600kHz）。在較高頻率范圍內(nèi)，峰值和最低點(diǎn)位置的變化則代表了不同的含義，左移右移分別表示了匝間扭曲和部分鼓包現(xiàn)象的出現(xiàn)。由此可知，繞組電感和電容對于曲線特征兩偏移影響都比較大。

（3）高頻段繞組變形分析（頻率大于600kHz）。在高頻率范圍內(nèi)，曲線的整體變化會說明繞組的局部結(jié)構(gòu)特征發(fā)生了變化，表示了整體位移和引線位移現(xiàn)象的出現(xiàn)。由此可知，繞組感抗和容抗對于曲線特征兩偏移影響比較大。

3.2 復(fù)合的波形數(shù)據(jù)分析

（1）比較方向：縱向?？v向比較法指的是變量為時間；而控制受測變壓器，分接開關(guān)位置，繞組和檢測方式都保持不變，得到的一組頻率特征響應(yīng)曲線。該類方法得到的數(shù)據(jù)生成的曲線對比性比較好，判斷準(zhǔn)確，測試靈敏，但是需要較充足的原始數(shù)據(jù)，檢測條件對曲線影響比較大。

（2）比較方向：橫向。橫向比較法指的是變量是同側(cè)三相頻響曲線。由于該類曲線所反映的三相繞組在不同變壓器之間結(jié)構(gòu)的一致性和可比性，因此該類曲線能夠較好反應(yīng)變形情況。該類方法無需原始數(shù)據(jù)，但是需要充分考慮三相相似變形和同廠家同批次產(chǎn)品設(shè)計(jì)差異等本身固有差異的影響。

（3）相關(guān)系數(shù)判斷如表1注：TDT5測試系統(tǒng)的結(jié)果診斷功能中引入了相關(guān)系數(shù)的概念，它能以量化（即相關(guān)系數(shù)R）的形式直觀地給出所比較頻響特性曲線間的相似程度。R的值越大，曲線間的相似程度也就越好。表1相關(guān)系數(shù)判斷表其中：如表1所示。

表1給出了相關(guān)系數(shù)判斷表，通過它，我們可以明白相關(guān)系數(shù)可以判斷變壓器繞組變形的大體情況。根據(jù)頻率的大小來決定變形的嚴(yán)重情況。當(dāng)出自按嚴(yán)重變形的時候，就要嚴(yán)格進(jìn)行監(jiān)督，定時安排檢修。必要的時候更換變壓器，以防危險事故的發(fā)生。

4 案例分析

下面的案例來自于海南省?？谑心匙冸娬?，它的電壓在110kV，通過此案例，主要應(yīng)用了頻率響應(yīng)法來對變壓器繞組變形的情況進(jìn)行了研究，在次實(shí)驗(yàn)中，變壓器曾遇到了雷擊，對變壓器造成了嚴(yán)重的繞組變形，通過頻率響應(yīng)法來判斷變形的嚴(yán)重程度，最大程度的保障變壓器的正常操作。SFSZ8-31500/110是此變壓器銘牌產(chǎn)品的型號，額定容量：31500/31500/31500kVA額定電壓：110±8×1.5%/38.5±2×2.5%/11kV聯(lián)結(jié)組標(biāo)號：Yn，Yn0，d11。

4.1 繞組變形試驗(yàn)

TDT5變壓器繞組變形測試儀是次案例采用的檢測設(shè)備，通過進(jìn)行檢測實(shí)驗(yàn)，從而得到頻率響應(yīng)特性，進(jìn)一步來推測出變壓器繞組變形的情況。

進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：高壓繞組三相間最大差值為1.9dB，中壓繞組相間差值最大為2.9dB，低壓繞組相間差值最大為3.2dB，均小于表2正常值3.5dB。

4.2 試驗(yàn)結(jié)論

此實(shí)驗(yàn)是一次全新操作的實(shí)驗(yàn)，很多都沒有與原始的進(jìn)行對比，通過頻率響應(yīng)特性得出的變壓器繞組情況的嚴(yán)重程度，只能通過橫向比較，根據(jù)應(yīng)用法則等等方法，發(fā)現(xiàn)得出的結(jié)論是差異度都特別小，均小于3.5dB，這個結(jié)果也就說明，變壓器的繞組變形很小，幾乎沒有，此變壓器可以進(jìn)行正常的應(yīng)用，沒有什么危害。因此我們可以知道，頻率響應(yīng)法是檢測變壓器繞組變形的比較好的一個方法。

5 注意事項(xiàng)

通過上述分析，我們了解到變壓器繞組變形，頻率響應(yīng)的方法是檢測變形程度最好的一個方法，主要變現(xiàn)出極高的靈敏度，然而在真正檢測的過程中，由于方法的不同，變壓器的一些數(shù)據(jù)也不太真實(shí)，假如僅僅根據(jù)繞組變形的差異值就去判斷變形的嚴(yán)重情況顯得有點(diǎn)不太科學(xué)，因此有測試方法不同可能會導(dǎo)致不同的變壓器繞組變形情況，在進(jìn)行檢測的實(shí)驗(yàn)過程中，需要注意一些基本的事項(xiàng)。

接地線的正確連接，高，中，低壓側(cè)繞組頻率響應(yīng)特性與變壓器的裝設(shè)接地線的正確連接存在較大的因果關(guān)系，因此要正確的連接地線。電纜的好壞也應(yīng)該時常的進(jìn)行檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電纜損壞應(yīng)該及時更換，同時被試?yán)@組接觸也應(yīng)該良好。最好是在最大分接位置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在進(jìn)行操作過程中，三相繞組的頻率響應(yīng)特征不太一樣的時候，此時應(yīng)該認(rèn)真檢查裝置設(shè)備，一職檢測到兩次結(jié)果相同時才停止，最后，應(yīng)該保證三相試驗(yàn)引線一致。

6 結(jié) 語

本論文從頻率響應(yīng)分析法的簡介，變壓器繞組變形特點(diǎn)，函數(shù)形式，試驗(yàn)步驟，對于數(shù)據(jù)正確性的檢測，對數(shù)據(jù)的定量分析，對測量數(shù)據(jù)的定性分析，包括獨(dú)立的波形數(shù)據(jù)分析，復(fù)合的波形數(shù)據(jù)分析，以及案例的分析實(shí)驗(yàn)，最后提出了一系列的注意事項(xiàng)等等各方面來進(jìn)行了分析。通過上面的分析，變壓器的繞組變形主要是通過頻率響應(yīng)法來進(jìn)行檢測，將變壓器的頻率響應(yīng)特征來進(jìn)行檢測分析，從而得到特性曲線，然后再進(jìn)行各方為的比較，比如橫向，或者縱向，來近一步的判斷繞組變形的程度，將這些特性曲線來對變壓器變形情況來進(jìn)行描繪出來，著也就是所謂的頻率響應(yīng)法。此方法是檢測變壓器繞組變形的一個獨(dú)特的方法，通過頻率響應(yīng)法，即時對變形情況進(jìn)行分析，從而在一定程度上避免重大事件的發(fā)生，頻率響應(yīng)法的一個獨(dú)特的優(yōu)勢在于極高的靈敏度，抵抗能力強(qiáng)，因此受到很多電力公司的熱愛。此方法所用到的設(shè)備主要是TDT5變壓器繞組變形測儀，對于變壓器繞組變形，頻率響應(yīng)法可以說是檢測的最好的一種方法，已經(jīng)得到大范圍的應(yīng)用。預(yù)計(jì)將來會對電力公司變壓器上面產(chǎn)生比較大的貢獻(xiàn)。

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收稿日期：2018-3-24

作者簡介：蔡建昌，男，工程師，大專，主要從事變壓器試驗(yàn)工作。