基于頻率響應法的變壓器繞組變形試驗分析

冀亞峰　劉忠斌　李洪霞

摘 要 本文從基于電力的變壓器在繞組形變過程后產生的相應層次結構的不同出發，對其試驗結果數據進行分析。

【關鍵詞】基于電力的變壓器 繞組強度控制試驗 頻率響應

1 前言

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。為了防止這些狀態異常無法穩定的變壓器造成不必要的損失，在保證不使變壓器發生解體的情況下，對其繞組變形進行檢測是非常重要的。不同的試驗數據表明，頻率響應法對繞組變形較為靈敏，測試較為準確，波形的重復性和穩定性強，能夠非常可靠的評估繞組變形。

2 頻率響應分析法

通過頻率響應法進行分析檢測，基本手段就是將掃頻信號輸入后，通過檢測另一端的輸出響應信號的振幅，相位等相應的頻率函數，繪制相關曲線。由于一定的變壓器的層次結構會決定特定的頻率特性，因此可以通過對統一繞組變形不同方向的變化程度的分析，判斷發生繞組變形的嚴重程度。

2.1 基本模型

假定激勵源Us的頻率為f，控制變量，將其數值從低加高；觀察并記錄另一端的響應電壓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據。圖1為模型的原理圖。

為方便計算，將記錄下來的電壓的幅度峰值用對數形式進行表示。可以得到函數H（f）=20log[U2（f）/ U1（2f）]。

2.2 試驗步驟

在這個繞組變形試驗的步驟基本如下：

（1）對即將進行測量的變壓器的輸入端和響應端進行確定，并將該變壓器繞組的開關調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端的套管端頭相連接。

（4）同時使用電纜，對儀器的相應端子進行連接。

（5）運行對應的檢測程序，在對被測量的變壓器的測量參數進行相應初始化后，點擊相應按鈕啟動測量。

2.3 對于數據正確性的檢測

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和繪制的響應曲線而言，為了確定其數據的真實可用，保證其正確性，應當進行一下檢測（重點對低壓部分進行檢測）：

（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據的曲線進行對比，如果有偏離較大的繞組曲線，應當再次確認其接線的正確性和接觸性能，并且重新測量。防止因為操作過程中操作員的原因導致的錯誤。

（2）如果對數據監測發現得到的曲線并不光滑平整，而是有比較多的毛刺，應當對接線的情況進行觀察，排除接觸不良和連接部位線中斷的可能性。

（3）如果對數據監測發現三相繞組的一致性不好，應當首先判斷作為對比的歷年頻譜曲線是否存在歷史缺陷。

（4）如果對數據監測發現縱向對比一致性較差，應當判斷接地線的連接可靠程度。

2.4 對數據的定量分析

對于判斷被測量變壓器的繞組狀態，可以采用繞組前后變形的頻率響應特性曲線的相關系數對比，綜合對曲線上采樣點的均方差估計值進行定量的分析，描述不同測量曲線的一致程度和差值。公式如下：

ρxy=x（i）y（i） /

Exy= （1）

該式子（1）中，x（i）y（i）分別表示不同頻率響應特征函數上某一采樣點的樣本值。

3 對測量數據的定性分析

除了通過測量得到的數據，分別計算相關系數和均方差，進行定量的判定，還可以通過對波形圖中特征點的位置和數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 獨立的波形數據分析

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

（1）低頻段繞組變形分析（頻率范圍在1到100kHz）。在較低頻率范圍內，不同曲線特征值的偏移代表著不同的含義。峰值和最低點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到600kHz）。在較高頻率范圍內，峰值和最低點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象的出現。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，曲線的整體變化會說明繞組的局部結構特征發生了變化，表示了整體位移和引線位移現象的出現。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 復合的波形數據分析

（1）比較方向：縱向。縱向比較法指的是變量為時間；而控制受測變壓器，分接開關位置，繞組和檢測方式都保持不變，得到的一組頻率特征響應曲線。該類方法得到的數據生成的曲線對比性比較好，判斷準確，測試靈敏，但是需要較充足的原始數據，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構的一致性和可比性，因此該類曲線能夠較好反應變形情況。該類方法無需原始數據，但是需要充分考慮三相相似變形和同廠家同批次產品設計差異等本身固有差異的影響。

參考文獻

[1]楊晟，張文離，徐飛.變壓器繞組變形的頻率響應分析法探討[J].山西電力，2014，3：11-14.

作者單位

國網山東成武縣供電公司 山東省成武縣 274200