自由自在 - 2008-7-14 9:17:00
摘要：利用频率响应法测量变压器绕组变形，通过对相关系数及前后频谱曲线的分析，能准确有效地发现变压器内部电气及机械事故隐患，对于变压器及电网的安全运行，有着重要意义。
关键词：变压器；绕组变形；频率响应；相关系数；频谱
变压器在运行过程中不可避免要遭受各种故障短路电流的冲击，当短路故障发生在变压器出口或附近时，变压器绕组将承受巨大的、不均匀的轴向或径向电动应力作用，如果绕组的短路设计水平不够或内部机械结构存在薄弱环节，必然会产生绕组扭曲、鼓包或移位等变形现象，甚至导致突发性损坏事故，严重威胁变压器及电网的安全运行。
从事故统计结果来看，变压器绕组的许多绝缘故障均是由于绝缘的最初机械损伤造成。当变压器在遭受短路故障电流冲击，绕组发生局部变形后，即使没有立即损坏，也很可能留下绝缘距离发生改变、绕组电气绝缘性能和机械性能下降等严重的事故隐患。
因此积极开展变压器绕组变形的测试诊断工作，即时发现有事故隐患的变压器，进行有目的性的检修，不仅可以节省大量的人力、物力，更对防止事故的发生，电网的安全运行有着重要的意义。
1绕组变形的测试原理
当频率超过1kHz时，每个绕组可视为一个由电阻、电容、电感等分布参数构成的无源线性二端口网络，是一个电阻电感和电容链，如图1所示，对不同频率的信号源有不同的响应，有其固定的网络特性，当绕组发生了轴向、径向尺寸变化等机械变形现象，势必会改变网络的分布电感、纵向电容、对地电容等分布参数。因此可以通过测试传输此参量随频率变化的函数，即传递函数，来反映变压器绕组结构的特征。这就是测量变压器绕组变形采用的频率响应法的基本原理。简单来说，就是将一扫频信号送入线圈的一个端口，从另一端口测量其输出响应，并将其根据频率描绘成曲线──频谱曲线，通过对线圈的频谱曲线进行分析，判断线圈的结构变化。相对于低压脉冲法等其它测试方法，用频响法测量具有检测灵敏度高、测量重复性强、易于现场实施等诸多优点，因此目前国际、国内广为采用。
大量研究结果表明，变压器绕组的频率响应特性通常具有如下特征：
1）当频率低于10kHz时，其频响特性主要由线圈的电感所决定，谐振点较少，对分布电容的变化较不敏感。
2）当频率超过1MHz时，绕组的电感又被分布电容所旁路，谐振点较少，对电感的变化较不敏感。
3）在10kHz～1MHz的范围内，绕组的分布电感与电容均发挥作用，谐振点较多，频谱曲线能较灵敏的反映出绕组电感、电容的变化情况。
因此，用频响法测量变压器绕组变形时，选用10kHz～1MHz的扫描范围和1000个左右的线形分布扫描频点会获得比较真实的测量结果。
2绕组变形测试的方法
在现场变压器绕组变形测试中，采用的即是上述频率响应分析法原理，其具体工作过程如图2所示，通过计算机的管理和控制，扫频电压发生器依次把输出的不同频率正弦波电压信号Vs(t)加到变压器绕组的一个端子上，双通道检测单元同时记录该端子及绕组对应端子上的电压信号Vi(t)和Vi(o)的波形，并进行相应的数字化处理，得到其在不同扫描频率下的幅值和相位，求得幅频和相频响应特性。
对于不同的变压器接线方式，应按图3方式选定激励（输入）端和响应（测量）端。
3测试结果的分析
线圈变形引起的频谱特性曲线的变化可以用相关系数R来表征，即相关系数R的值越大，曲线的相似程度越好。以图4所示为例，曲线1和曲线2的相似程度较好，其相关系数R＞1.0，曲线3出现了较大程度的差异，其R23和R31均在0.1左右，说明该变压器存在较为明显的绕组变形现象。若变压器为Y0接线方式，则可直观的判断出B相绕组存在变形。若变压器为Δ接线方式，不难推断出C相绕组存在变形，A、B相正常。若为Y型接线方式，可推断出B相绕组存在变形。
通过对大量实际变形情况的分析总结，在进行事故前后频谱曲线图分析时，有如下一些判别方法。
3.1线圈整体移位
在变压器运输、移动过程中，受外力因素造成线圈位移，通常相对原频谱图中的各谐振峰都存在，曲线基本不发生变形，但各峰均向高频方向（向右)移动。 来源:输配电设备网
3.2饼间局部变形
出口短路时，在电磁力的作用下，线圈中部分线饼被挤压，另一部分被拉伸，使饼间距离发生变化，这时频谱图上，有部分谐振峰向高频方向移动，并伴随峰值下降；有部分谐振峰向低频方向移动，并伴随峰值上升。
3.3线圈辐相变形
线圈辐相变形一般造成内线圈向内收缩，频谱图中谐振峰向高频方向移动，谐振峰的幅值有所升高。
3.4匝间短路
匝间短路使线圈的电感量下降，频谱曲线变化明显，幅值大幅度上升,谐振峰向高频方向移动，峰、谷间的幅值差明显变小，一些谐振峰消失。
3.5引线位移
引线位移时，线圈等值电路中两端入口电容发生变化。频谱曲线幅值上移，表示引线向线圈方向移动；频谱曲线幅值下移，表示引线向外壳方向移动。
4测试中应注意的一些问题
由于频率响应法是一种较新的测试方法，将弱电测试手段应用于电力系统中，容易受外界的电磁干扰，为保证测试的准确性和有效性，应严格按操作规程进行。下面一些问题更应特别注意。
1）测试系统所使用220V交流电源，应尽量由隔离变压器提供，避免与马达、电焊机等设备共用同一路电源线。
2）变压器应与电网完全隔离，拆除所有与变压器导管相连的母线，引线辫子距离出口端子应在5cm以上。
3）分接开关应放在最高分接。
4）测试时应使用专门配置的测量电缆及连接引线，测量引线及检测端子应远离被测变压器绕组导管，接地线联接良好。
综上所述，用频率响应法测量变压器绕组变形，易于现场实施，准确有效，对提高变压器运行水平、及早发现事故隐患是必须的。因此，对网内110kV及以上等级变压器进行绕组变形普测，甚至列为预试项目，建立频谱曲线图原始档案，对于变压器事故的分析处理，对于电网的安全运行，有着重要的意义。