一種變壓器介質損耗測量方法研究

張凱　曹剛

摘 要：介質損耗分析是變壓器故障診斷的重要方法，現(xiàn)有方法大多只能在工頻情況下分析變壓器介質損耗情況。文中提出了一種變頻介質損耗分析方法，能夠在全頻率范圍內測量變壓器介質損耗，得到介質-頻率曲線。為分析變壓器故障提供更加可靠有效的依據(jù)。

關鍵詞：介質損耗 變壓器 變頻

中圖分類號：TM4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0003-02

電力變壓器在電力系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，介損測量是排查變壓器故障的一種非常有效的手段。目前常用的測量方法只能在50 Hz單一頻率下測量介質損耗[1]，不能準確得到介損曲線，影響故障定位。文獻[2]提出了一種過零比較的方法測量介損，操作簡單，成本低，但是依然容易受到工頻干擾，介損角分辨率低，測量準確性有待提高。文獻[3]為了降低工頻干擾，提出了一種變頻介損測量的思路，但是仍然只是在工頻附近取兩個頻率點測量介損值，然后再用兩次測量擬合出工頻介損值，不能真正反映樣品在全頻率段的介損值。該文提出了一種真正意義上的變頻介損測量的方法，在很寬的頻率范圍下（0.001 Hz～1 000 Hz），連續(xù)變化測試電壓的頻率，測量被試品在不同頻率下的介損值，通過分析被試品介損-頻率曲線，判斷被試品中水分、老化、污染等情況。

1 測量原理

變壓器介損測量實際上將變壓器的高壓側線圈和低壓側線圈分別當作電容的兩塊極板，測量該等效電容的容抗和阻抗，求得介損角。該文將變壓器等效電容按并聯(lián)模型和串聯(lián)模型分別討論測量原理。

從以上的原理分析得知，可以用兩個不同的采樣電阻得到兩個介損值，再通過運算消除采樣電阻帶來的誤差。改變測量電壓的頻率，可測量出不同的容抗和阻抗，得出在全頻率范圍內的介損-頻率曲線。

2 數(shù)據(jù)處理方法

實際測量時，將被測樣品與精密取樣電阻串聯(lián)，該電阻不能使用金屬氧化膜電阻等有電感含量的電阻，要盡可能選用純電阻，否則會影響介損值準確性。當被測品與采樣電阻串聯(lián)時，流過兩者的電流相同，因此兩端電壓的比值就是阻抗比值，從而可以求出介損值。

如圖2，用AD采樣芯片分別采集Ua和Ub的波形數(shù)據(jù)。采樣點數(shù)越高，采樣精度越好，介損測量結果頁越準確，一般至少要求每周波采樣1 000點，AD分辨率達到16位。

獲取采樣數(shù)據(jù)后，有兩種方法得到介損角。過零比較法[4]計算簡單，但是精度低。用傅里葉分析的方法能有效去除干擾，提高分析精度。

假設電壓Ua采樣序列為x（n），可以用x（n）分析出各頻率成分的幅值和相角。

其中，X（0）為直流成分，X（1）為基波成分，X（2）為二次諧波成分，以此類推。通過傅里葉變換得到實部和虛部后，虛部除以實部就是阻抗角的tan值。

采用傅里葉變換提取頻率成分時，如果采樣不同步，會出現(xiàn)嚴重的頻譜泄露現(xiàn)象。而時間采用AD采樣時，不可能完全與基波信號同步。加窗傅里葉變換是降

低頻譜泄露影響的一種有效方法[5-6]。因此，實際處理時間，需要加窗處理。

加窗之后，可以降低采樣不同步帶來的影響，同時能濾除部分采樣干擾，頻譜泄露影響明顯降低，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

3 測量驗證與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)本文方法研制成功的變頻介損測量儀在湖南省內數(shù)個110 kV變電站進行了現(xiàn)場測試，驗證了該文方法的正確性和有效性。

現(xiàn)場測試時需要先將變壓器斷電，再將高壓側三相和低壓側三相分別短接，接測試裝置的兩個測量端子。此時變壓器的高壓側線圈和低壓側線圈相當于電容的兩個極板。分別用本文方法和進口Omicron儀器測量，進行比較研究。

從測試結果來看，本文方法能夠準確測量樣品在各頻率點的電容值和介損值，測量誤差在0.07%范圍內。介損值隨著頻率降低而平穩(wěn)增加，變化規(guī)律符合樣品的固有特質。且該文方法操作簡單，測量速度快。

4 結語

變頻介損測量方法能夠很好的避開傳統(tǒng)定頻測試方法遇到的工頻干擾問題，能夠在全頻率范圍內分析變壓器的介損曲線，是一種有效的分析變壓器故障的方法。

參考文獻

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