2008-09-27 09:18 | 只看楼主
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频率响应法对变压器绕组变形的分析

来源：陈志勇，闫春雨，王伟，郝彦琴

摘要

介绍了应用频率响应测试法分析变压器绕组变形应用技术，以及通过三相频谱特性曲线的纵向或横向比较法，结合变压器的绝缘试验、特性试验等项目，准确判断变压器绕组变形以及一个实例的分析。

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概述

  电力变压器在运输中受冲撞或在运行中不可避免地遭受各种故障短路电流的冲击。变压器出口附近一旦发生短路故障，变压器绕组将承受巨大的、不均匀的轴向和径向电动应力作用。如果绕组内部机械结构存在薄弱环节，承受不住电动力的冲击，变压器线圈必然会产生绕组扭曲、鼓包或移位等变形现象，严重时甚至导致线圈突发性损坏事故。

    频率响应法利用扫频技术，通过测试变压器绕组频率响应特性曲线进行横向或纵向比较，可准确诊断变压器绕组变形情况，因此得到广泛应用。

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频率响应法诊断原理

    变压器线圈可视为一分布参数元件，它由对地电容、纵向电容、电感和电阻等分布参数构成了无源线性双端口网络，频率响应法是扫频电压发生器依次把输出的不同频率的正弦波电压信号加在变压器的一端，同时检测不同扫描频率下绕组两端的对地电压信号Vi(n)和Vo(n)，对数据经过处理将得到被测变压器绕组的传递函数H(n)：H(n)＝20Log(Vo(n)/Vi(n))
    电力变压器绕组的传递函数主要取决于变压器内部电感、电容等分布参数，变压器绕组的频率响应特性具有如下特征。


a. 当频率低于10 kHz时，其频率响应特性主要由线圈的电感所决定，谐振点通常较少，对分布电容的变化较不敏感。


b. 当频率超过1 MHz时，绕组的电感又被分布电容所旁路，谐振点也会相应减少，对电感的变化较不敏感，而且随着频率的提高，测试回路（引线）的杂散电容也会对测试结果造成明显影响。


c. 在10 kHz～1 MHz范围内，绕组的分布电感和电容均发挥作用，其频率响应特性具有较多的谐振点，能够灵敏地反映出绕组电感、电容的变化情况。

    因此，频率响应法选用10 kHz～1 MHz的扫频测量范围对变压器进行绕组变形测试，线性扫频点达500个以上，被测变压器绕组的传递函数H(n)会得到较多的谐振峰测量效果。
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绕组变形诊断方法

    变压器在制造完成后，其线圈结构也即确定，变压器绕组的分布参数元件的参数也随之确定，如果在变压器遭受突发短路冲击或其它外力后，绕组在受到不均匀的轴向和径向电动应力作用时，可导致线圈的变形，其电感、电容、电阻等分布参数将发生改变，绕组的频率响应特性也将改变，对照绕组前后的传递函数的谐振峰数目、频率及幅值变化大小及三相绕组频率响应图谱的横向比较可以进行定性、定量分析，判断变压器绕组发生变形的严重程度。判断变压器绕组变形的方法一般遵循以下原则。


a. 频响特性曲线在低频段（10～200 kHz）内，绕组的对地电容及饼间电容所形成的容抗较大，而感抗较小，即绕组的电感影响起主要作用，当这一频响特性曲线出现谐振点减少或向高频方向、信号幅度增大等变化时，可判断变压器绕组发生整体变形位移的可能。


b. 频响特性曲线在中频段（200～600 kHz）内，绕组的分布电感和电容均发挥作用，其频响特性具有较多的谐振峰。当谐振峰幅度发生改变时可能有引线位移；当出现谐振峰幅度严重异常，谐振点前移的情况，应考虑线圈内有金属异物；若有高阻带的情况出现，应考虑线匝开路或分接开关不到位的情况。总之在这一频段内，是变压器绕组频响特性曲线分析的重点范围，如果频响特性发生谐振峰频率左右移动或谐振峰数目减少或增多等明显变化时，通常预示着绕组发生扭曲和鼓包等局部变形现象。


c. 当频响特性曲线高频段（＞600 kHz）的谐振峰发生明显变化时，通常预示着绕组的电容改变，因为在高频下，绕组的感抗增大，基本被饼间分布电容所旁路，故对谐振峰变化的影响程度较低，该频段基本以电容的影响为主，因此绕组整体移位或分接开关引线的对地距离发生变化是造成频响特性曲线变化的主要因素。这一频段易受测量回路对地杂散电容、油枕、人体位置等影响，如果测试连接回路不当，难以保证两次测试结果在该频段内的重复性，因此测试时回路接线及外部环境应尽可能一致。

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绕组变形诊断实例

    某站#1主变，型号SFPSZ－120000/220，电压比220/121/37.5 kV，组别Yn－yno-d11，1999年投运，该变2001年9月遭受低压35 kV侧出口短路冲击，对其进行绕组频率响应特性曲线测试。

4.1
绕组频谱分析

    该主变遭受出口短路后，进行绕组频率响应特性测试，高压、中压、低压绕组频响特性分别如图1～3所示。 

    该变在出厂及安装前没有留下频谱曲线指纹，因此只能对变压器线圈采用同一电压等级中A、B、C三相横向比较，此次高、中、低压频谱曲线特性的规律均是C相线圈与A、B相频谱特性相差较大，特别是低压绕组在200 Hz～800 kHz中多次出现谐振峰峰值升高或反相；中压绕组在该频段内是C相相对于A、B相的谐振峰幅值变化；A、B相频响走势基本一致；因不能纵向比较，因此分析低压线圈存在严重的局部变形，有可能是A、B相线圈或者是C相线圈变形，中压线圈可能有引线位移。

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4.2
吊罩检查结果

    高压线圈和中压线圈未发现变形，低压C相线圈无异常，A、B两相线圈均发生变形和匝间短路，两相损坏的部位和损坏程度均接近，在线圈的下数第37～43、62～67线饼沿圆周有三分之二变形损坏（共104个线饼），铜质电磁线产生波浪形变形，在轴向力的作用下，产生饼间压缩，线圈绝缘纸被损伤，部分铜线外露，导致十几处导线烧熔粘结在一起并出现了点焊性匝间短路，致使变压器厢体内存有大量铜屑。

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结束语

    应用频率响应法，通过纵向或横向频响特性分析能够检测出绕组是否存在整体和局部变形，对发生变形的变压器是否退出运行及是否需要吊罩检查应结合变压器线圈的直阻、变比、油色谱分析、绝缘项目等试验结果和遭受短路冲击时的运行方式、短路电流大小进行综合分析判断，来决定变压器的健康状况和是否继续投运。