變壓器繞組變形診斷技術(shù)的研究

王斌

（國電寧夏石嘴山發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 石嘴山 753202）

目前，電網(wǎng)容量快速增加，短路故障導(dǎo)致的變壓器損壞事件數(shù)量大幅上升。將變壓器進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)其中的故障主要有短路因素造成，表現(xiàn)出：故障電流會生成軸向力與徑向力，繞組會發(fā)生扭曲、傾斜等失穩(wěn)變形情況。若不將變形問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決，甚至還會損壞絕緣，造成匝間短路、主絕緣放電或完全擊穿等故障。因此采用診斷技術(shù)，可以對繞組發(fā)生的變形進(jìn)行準(zhǔn)確測試，避免事故進(jìn)一步惡化。

1 掃頻阻抗法檢測技術(shù)原理

使用掃頻阻抗檢測技術(shù)檢測變壓器繞組變形過程中，會將變壓器中的每個(gè)繞組相應(yīng)阻抗—頻率曲線全面檢測，將最終獲得的測量結(jié)果橫向、縱向?qū)Ρ龋髮⑶€的變化作為基礎(chǔ)對繞組可能出現(xiàn)的變形進(jìn)行判斷。

從上述分析可以看出，實(shí)驗(yàn)中的掃頻信號源主要為激勵(lì)源，可以劃分系統(tǒng)等效電路測試過程，其中包含低頻、高頻等效電路模型。首先，測試低頻段過程中，集中電路可以是變壓器繞組與電感等相關(guān)元件共同組成部分，測試系統(tǒng)相當(dāng)于低電壓短路與阻抗法對電路進(jìn)行測試。其次，頻率的持續(xù)增加，變壓器中等效電路會逐步形成一系列電阻、電感分布參數(shù)等部分，會共同組成二端口網(wǎng)絡(luò)。使用掃頻阻抗檢測技術(shù)的主要特征為會獲得頻率響應(yīng)曲線，還可以獲取變壓器繞組檢測的傳遞函數(shù)。

因此對變壓器繞組變形診斷過程中，使用掃頻阻抗檢測技術(shù)，可以將變壓器繞組看成相關(guān)元件共同組成電路系統(tǒng)，如果運(yùn)行過程中某部分元件發(fā)生變化、故障，變壓器的掃頻阻抗值也會出現(xiàn)相應(yīng)的變化，繞組的幾何尺寸作為這些元件實(shí)際參數(shù)的重要基礎(chǔ)。因此可以看出，若改變繞組尺寸，就會造成變壓器掃頻阻抗值發(fā)生變化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與阻抗值

應(yīng)用掃頻阻抗曲線對高頻段進(jìn)行檢測，會獲取相應(yīng)的頻率響應(yīng)曲線，因此為了加強(qiáng)測試結(jié)果準(zhǔn)確性，應(yīng)充分考慮頻率響應(yīng)法等相關(guān)問題。通過對比分析可以看出，在低頻段使用掃頻阻抗法具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性與抗干擾性能，但在中高頻段進(jìn)行診斷時(shí)，這種方法具備一定的測試靈敏度。

通過上文的分析，通過計(jì)算獲取的結(jié)果為50Hz，通過部分取值，就可以獲取變壓器中的短路阻抗值，因此使用該阻抗值對變壓器繞組的變形進(jìn)行診斷。

3 變壓器繞組變形判斷方法

（1）變壓器繞組變形相關(guān)系數(shù)。為了獲取掃頻阻抗曲線，會使用掃頻阻抗檢測診斷技術(shù)，在這個(gè)過程中生成的相關(guān)系數(shù)，可以使用兩條曲線關(guān)聯(lián)程度統(tǒng)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行充分顯現(xiàn)，同時(shí)使用掃頻曲線相關(guān)系數(shù)的過程中，可以使變壓器繞組掃頻阻抗特點(diǎn)充分凸顯，加強(qiáng)結(jié)果的直觀性與全面性。通過對比掃頻阻抗技術(shù)、頻率響應(yīng)法可以看出，在對中高頻段進(jìn)行檢測的過程中，掃頻阻抗曲線法更加適用如圖1、2，具備與幅頻響應(yīng)曲線法相同的測試特征，為確定掃頻阻抗曲線的閾值，可以參考與借鑒頻率響應(yīng)法中的相關(guān)閾值設(shè)定。

圖1 高壓側(cè)變壓器繞組頻率響應(yīng)曲線特征示意圖

圖2 低壓側(cè)變壓器繞組頻率響應(yīng)曲線特征示意圖

（2）極值點(diǎn)的偏移。在充分明確變壓器完整結(jié)構(gòu)后，可以肯定其中一定的數(shù)值為與每個(gè)繞組互相對應(yīng)的二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，還可以確定相應(yīng)的傳遞函數(shù)。如果變壓器繞組發(fā)生變形問題，在繞組中的分布電感、電容等相應(yīng)參數(shù)也會隨之發(fā)生改變，最終使傳遞函數(shù)零點(diǎn)、極點(diǎn)發(fā)生改變。因此將波峰、波谷分布位置變化與數(shù)量實(shí)際變化作為基礎(chǔ)，就可以對變壓器繞組的變形程度進(jìn)行判斷。

對極值點(diǎn)進(jìn)行提取時(shí)，由于掃頻阻抗曲線存在一定的誤差可能性，因此會對結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，如發(fā)生極點(diǎn)值連續(xù)等現(xiàn)相關(guān)問題，因此在提取極值點(diǎn)的過程中，尤其是處理掃頻阻抗曲線時(shí)，應(yīng)注意以下相關(guān)事項(xiàng)。（1）設(shè)置極值點(diǎn)集為P，主要作用為存儲極值點(diǎn)的實(shí)際頻率與幅值。之后將實(shí)際測量的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，確定起始頻率f1與終止頻率f2。（2）（f1，f2））范圍內(nèi)對每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是否為極值點(diǎn)進(jìn)行判斷，若 Xk〉 Xk-1, Xk+1，就可以判斷為Xk為極大值，如果，Xk＜ Xk-1, Xk+1，就可以判斷Xk為極小值。將全部的極值點(diǎn)進(jìn)行保存，并將P 加入其中。（3）對P 中是否含有連續(xù)存在的極值點(diǎn)進(jìn)行查看，若其中含有，就將P 中的該部分極值點(diǎn)進(jìn)行剔除，將首末頻率值f1、f2進(jìn)行記錄，還要對f1，f2頻率范圍中的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，之后返回到（2）步中。若不含有，就可以結(jié)束該過程。通過上文描述的處理方式，可以加強(qiáng)測量數(shù)據(jù)的提取準(zhǔn)確性，從而獲得極值點(diǎn)。

在量取極值點(diǎn)偏移度的過程中，要將極值點(diǎn)的頻率偏移與幅值偏移進(jìn)行綜合分析與對比，可以使用極值點(diǎn)的便宜率獲取相關(guān)數(shù)值，可以使用公式4 進(jìn)行計(jì)算：。公式中的Δf表示頻率偏移率，。ΔZ 表示阻抗的偏移率，。公式中的Zf與ff含義為故障發(fā)生位置的曲線極值點(diǎn)阻抗值、頻率值，Z0與 f0分表含義為正常曲線中的極端值阻抗值、頻率值。

在實(shí)際判斷變壓器繞組變形情況過程中，應(yīng)計(jì)算各個(gè)極值點(diǎn)的極值點(diǎn)偏移率，測量與計(jì)算過程中，應(yīng)將全部頻段合理劃分為低頻與高頻，在各個(gè)頻段處于最大極值點(diǎn)偏移率情況下：Δ PL、Δ PH,以圖1 的方式對變壓器繞組的變形程度進(jìn)行判斷。極值點(diǎn)的偏移與變壓器繞組變形判斷依據(jù)中的Δ PL、Δ PH閾值將基于10 臺變形程度不同的變壓器極值點(diǎn)便宜率統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。

例如在對某臺運(yùn)行過程中變壓器中壓測試側(cè)、低壓短路側(cè)進(jìn)行測試的過程中，依據(jù)圖1 的判斷依據(jù)，變壓器C 發(fā)生了輕度變形問題，變壓器A 與變壓器B 的變形狀態(tài)十分嚴(yán)重。之后對發(fā)生變形問題的變壓器予以返廠解體處理，發(fā)現(xiàn)在A變壓器中的壓線圈發(fā)生了的變形為凹凸波浪狀，低壓線圈部分墊塊發(fā)生松動與位移的情況。發(fā)現(xiàn)B 變壓器中的壓線圈出現(xiàn)換位情況，從而造成松動與變形問題發(fā)生，低壓線圈中還含有2 處鼓包位置，最終造成該部分出現(xiàn)十分嚴(yán)重的變形情況。在變壓器C 中，由于壓線圈中的導(dǎo)線出現(xiàn)變形與松動，但低壓線圈并沒有發(fā)生異常問題。壓線圈造成換位部分出現(xiàn)松動與變形情況，低壓線圈中出現(xiàn)兩處鼓包部分，使換位部分發(fā)生十分明顯。因此可以看出，應(yīng)用該診斷技術(shù)，可以對變壓器繞組變形進(jìn)行有效診斷，說明該診斷技術(shù)的應(yīng)用效果十分明顯。

4 結(jié)語

本文通過實(shí)驗(yàn)與測試對變壓器繞組變形診斷技術(shù)中的掃頻阻抗法進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)利用掃頻阻抗法可以將電壓短路阻抗法與頻率響應(yīng)法中存在的不足有效彌補(bǔ)，從而避免在實(shí)際測試過程中受到各種干擾與影響。為了增強(qiáng)變壓器繞組變形診斷技術(shù)的實(shí)效性、全面性，目前已針對掃頻阻抗法的饒梓變形提出了相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，但相關(guān)企業(yè)、技術(shù)人員通過不斷地實(shí)踐與測試對該指標(biāo)的準(zhǔn)確性進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證。除了掃頻阻抗法之外還有多種變壓器繞組變形診斷技術(shù)，可以被應(yīng)用在不同的實(shí)際情況中。