試析配電變壓器繞組故障在線診斷方法研究

張麗娜　葛云天　姚元建

摘要：變壓器是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，承擔著變壓和電能分配的重要任務，配電變壓器的安全穩(wěn)定決定著電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，變壓器的故障診斷也成為當今研究的熱點。本文結(jié)合配電變壓器繞組故障的在線診斷方法，分析了繞組故障在線診斷系統(tǒng)的應用。

關鍵詞：配電變壓器；繞組故障；在線診斷

1 配電變壓器繞組故障在線診斷方法

由于配電變壓器檢修特點的限制，大型電力變壓器繞組的在線診斷技術不能滿足配電變壓器繞組故障的在線監(jiān)測。相關研究表明，在得出變壓器繞組故障正向計算結(jié)果后，可以應用繞組的短路阻抗對繞組故障進行判斷，結(jié)合變壓器繞組末端的電壓和電流信號，對等效短路阻抗進行計算，判斷繞組的故障。

單相雙繞組配電變壓器的等效電路如圖1所示。

其中K_T表示配電變壓器變比；K_TV1表示電壓互感器TV₁的變比；K_TV2表示TV₂的變比；K_TA1表示電流互感器TA₁的變比；K_TA2表示電流互感器TA₂的變比；X₁、R₁、Z₁分別表示一次側(cè)電抗、電阻、短路阻抗；X₁₂、R₁₂、Z₁₂分別表示二次側(cè)繞組電抗X₂、電阻R₂、短路阻抗Z₂在一次側(cè)的歸算值；X₁₀、R₁₀、Z₁₀分別表示鐵芯的電抗、電阻、激磁阻抗；E₁表示在一次側(cè)繞組感應電勢；U₁表示一次側(cè)繞組入端電壓；U₂表示二次側(cè)繞組出端電壓；U₁₂表示U₂在一次側(cè)繞組的歸算值；I₁表示一次側(cè)繞組入端電流；I₂表示二次側(cè)繞組出端電流；I₁₂表示I₂在一次側(cè)繞組的歸算值；I₁₀表示電流互感器TA₁二次側(cè)輸出電流；I₂₀表示電流互感器TA₂二次側(cè)輸出電流；U₁₀表示互感器TV₁二次側(cè)輸出的電壓，U₁₀=U₁/K_TV1；U₂₀表示互感器TV₂二次側(cè)輸出電壓。

之后結(jié)合變壓器的阻抗矩陣可以得出變壓器的阻抗參數(shù)，與正向計算結(jié)果對比，完成配電變壓器繞組故障的診斷。

2 變壓器繞組故障在線診斷系統(tǒng)

配電變壓器繞組故障的在線診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該系統(tǒng)包括待測變壓器、傳感器、無線發(fā)送模塊、電壓電流互感器、變壓器數(shù)據(jù)采集模塊、無線接收模塊和上位機。數(shù)據(jù)采集模塊收集待測變壓器一次側(cè)和二次側(cè)電壓電流信號，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將采集到的電壓電流信號傳輸?shù)缴衔粰C中，上位機對信號進行分析，對待測變壓器的繞組短路阻抗進行測定計算，診斷待測變壓器的繞組故障。

變壓器繞組故障在線診斷系統(tǒng)主要采集變壓器繞組末端的電壓和電流信號，在硬件電路方面，應用64bit ARM單片機，應用可靠的互感器陣列，加上模擬信號的調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和無線傳輸模塊等，實現(xiàn)配電變壓器一次側(cè)和二次側(cè)電壓電流信號的采集。

在采集一次側(cè)電壓電流信號的過程中，應用EVT2-10電子式互感器，采集二次側(cè)電壓電流信號的過程中，應用TR11021c型電壓互感器和Q125型電流互感器。另外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是影響變壓器信號采集質(zhì)量的重要單元，主要應用同步采樣的方法收集信息，轉(zhuǎn)換器應用32bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器提高信息采集質(zhì)量。系統(tǒng)中的上位機應用UTC1212無線收發(fā)模塊，LCD顯示應用320*680分辨率的正顯LCD顯示器。在模擬信號調(diào)理電路中對采集到的電壓和電流信號進行適當?shù)脑鲆婧蜑V波，保證滿足實際測量電路的需求。硬件系統(tǒng)之后通過當?shù)刭|(zhì)量研究院標準電壓源和電流源進行校正，將系統(tǒng)采集誤差控制在±0.5%以內(nèi)。

3 配電變壓器繞組阻抗在線測量

在應用過程中，調(diào)節(jié)變壓器的負載，收集配電變壓器末端電壓和電流信號，及時將信號傳輸?shù)缴衔粰C，上位機故障分析系統(tǒng)對采集的信息進行計算，將計算結(jié)果和實驗值對比，之后結(jié)合變壓器的阻抗參數(shù)測量結(jié)果進行誤差分析。

配電變壓器繞組電阻和電抗與短路實驗值對比，保證誤差控制在2%以下，最終表明在線監(jiān)測配電變壓器繞組和電抗的研究方法是可行的，研究過程中出現(xiàn)的誤差原因分析如下：

第一，在線診斷系統(tǒng)本身包含一定的固有誤差。例如，電壓互感器和電流互感器本身存在一定的想我誤差和幅值誤差。第二，實際應用中的配電變壓器與試驗用的變壓器額定變比至今有一定的誤差。第三，變壓器在不同負載狀態(tài)下勵磁電流也會不同，導致測量結(jié)果的誤差。

4 結(jié)束語

配電變壓器是電力系統(tǒng)中的重要部分，它的運行直接關系著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，為了供電質(zhì)量和供電可靠性，需要結(jié)合供電實際，應用有效的在線診斷方法，實時分析配電變壓器的繞組故障。