電力變壓器繞組變形試驗頻響法應用

夏付炳

（西安地下鐵道有限責任公司，陜西 西安 710018）

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電力變壓器繞組變形試驗頻響法應用

夏付炳

（西安地下鐵道有限責任公司，陜西 西安 710018）

摘 要：本文介紹了檢測并判斷110kV及以上油浸變壓器繞組變形試驗方法之一的頻率響應分析法原理，同時分析了用頻響法判斷變壓器繞組是否變形受各種因素影響的干擾，總結出測試過程及接線需注意的主要事項及輔助判別方法。對變壓器交接、故障檢修試驗提供借鑒。

關鍵詞：電力變壓器；繞組變形；頻率響應比較

0. 引言

地鐵主變壓器作為供電系統中核心的設備之一，其能否安全運行將直接影響整個系統正常運營。變壓器繞組在多種情況下都有可能產生變形，建設的運輸、吊裝過程保護措施不到位易受到碰撞，運行期系統短路事故都有可能使變壓器繞組產生變形。以前常規的方法用短路阻抗法是否變形，阻抗法現場應用簡單，但多數情況下現場很難獲得所需的試驗電流，對試驗儀器的精度及靈敏度要求也很高。電力行業標準《電力變壓器繞組變形測試導則（頻率響應法）》（DL/T911-2004），該導則的出臺對頻響法檢測推廣起到了很好的指導作用。據了解，各省電網公司應用該導則預試發現變壓器繞組變形，并都通過吊芯檢查得到確認，使隱患變壓器得到及時維護檢修，避免事故造成損失。如何應用導則（頻率響應法）中的診斷分析方法中的橫向比較、縱向比較及相關系數比較，本文通過西安地鐵供電系統主變壓器更換安裝實例對以上方法進行介紹。

1. 頻率響應法原理

當在高頻率段時，可以不考慮變壓器鐵芯的影響，此時可將其繞組等效成是由電阻、電感、電容等構成的分布參數電路，如圖1所示。

其中L、C和K分別代表繞組電感、對地及分布電容。又可以將這些參數電路看作為一二端口網絡，這些特性可用函數H（jω）表達。函數的極點和零點分布模擬二端網絡的代標參數值。如繞組發生變形，那么其內部電容、電抗必然發生變化，函數參數關系也相應發生變化。頻響法便可直觀的看作是對變壓器繞組進行X掃描，并繪制頻譜曲線，其中，Vs為外施掃頻信號源，Ri、Ro分別為輸入輸出匹配電阻，Vi、Vo分別為等效網絡的激勵電壓和響應端電壓；。通過對繞組頻譜曲線進行對比分析，可以判斷繞組的結構變化。用對數形式表示頻率響應曲線：H（f）=20lgV2（f）/V1（f）。式中，H（f）為頻率f時傳遞函數的摸|H（jω）|；V2（f）/，V1（f）分別為頻率為f時相應端和激勵端電壓的峰值或有效值|V2（jω）|，|V1（jω）|。

為了定律表示曲線的相識程度，引入相關系數R作為量化結果表示比較特性曲線的相識程度，R值越大，表示曲線的相識程度越好。可按下列公式計算。設兩個長度為N的傳遞函數幅度序列X （k）和Y（k），k=0，1，…，N_1，且X（k）和Y（k）為實數。

（1）計算兩個序列的標準方差：

（2）計算2個序列的協方差：

（3）計算兩個序列的歸一化協方差系數：

2. 頻響法現場綜合應用與分析

2.1 頻響法與低壓阻抗法優缺點分析

（1）頻響法

用頻響法檢測變壓器繞組變形具有很高的靈敏性，抗干擾細節處理得當，能很好地反映變壓器繞組變形的累積效應，但很多在實地應用時，診斷結果欠缺準確與直觀。在測試儀器輸出的響應頻譜圖因方法、干擾等因數影響無法對繞組變形做出正確的判斷。

（2）低電壓短路阻抗法

試驗方法簡單、所得數據能直觀判斷，只是目前用于測試的儀器精度較高，而實地用于滿足測試的電流較小，加上干擾等問題，這些都造成了現場數據不確定度較高。

2.2 綜合判斷

目前國網變壓器檢修頻響法測試主要以本臺變壓器三相間圖形再與出廠前、交接試驗等歷史時期圖形比較；再與同廠型號進行比較。頻響法測試所用頻率波段掃描范圍為10kHz～1000kHz，1000個線性排布掃描點會獲得較好的效果。高頻段（600kHz以上）雖然能反映變壓器變形位移，但受雜散電容影響干擾較大；而中低頻段（600kHz以下）頻響圖形有較豐富的諧振點，這些點能很好地反映變壓器的變形位移。在做判斷分析時，應重點關注中低頻段圖形變化，高頻段作為參考。

頻響法和低電壓短路阻抗法均可反映變壓器變形情況。由于各自缺點都不能得出準確地判斷，另外變壓器常規電容變化、直阻、絕緣電阻及油氣分析試驗項目等，均在一定程度能反映變壓器的繞組變形，因此實地操作試驗以頻響法為主，其他方法為輔進行綜合判斷。

2.3 現場實例

西安地鐵二號線行政中心主變電站更換1#主變壓器，安裝完成做交接試驗。第三方試驗檢測單位及供貨廠家分別用各自儀器進行變壓器繞組變形頻響法測試圖譜發現B相與出廠圖譜差異大。如果按照頻率響應法初步判定高壓B相繞組有變形，變壓器不能在現場開蓋吊芯檢查，必須吊起運回工廠處理。行政中心主變壓器屬于地下戶內安裝方式，變電所處于市內繁華主干道旁綠化帶內，變壓器起吊安裝需占用大部分交通干道，長時間封鎖圍擋道路很難得到交通管理部門批準。西安地鐵二號線供電系統采用的是110kV/35kV兩級電壓集中供電方式，行政中心主變電站更換時，由另外一座會展中心主變電站向全線供電方式，如果變壓器再次運回工廠，就延長了單所主變電站向全線供電時間，影響地鐵運營可靠性。由于變電所長時間施工需要，吊裝口不能及時封閉，對整個變電站安全運行不利。綜合以上原因，不能將頻率響應法作為判斷本臺變壓器B相繞組變形唯一方法。地鐵公司組織各方專業人員組成專家組，從引起變壓器繞組變形的各種因數入手，首先新變壓器未接入系統運行，不存在短路故障引起繞組變形；其次檢查工程發運過程沖撞儀，從打印記錄看沒有發現運輸、吊裝過程受到有大的震動沖擊；最后詢問現場監理及施工負責人，安裝過程也沒有碰撞、震動發生，以上直觀因數排除后，又用低電壓阻抗法測試，測試值符合要求，直流電阻、絕緣電阻測試結果都在規范要求之內。最后回到頻率響應法本身，對所有干擾項一一排查，發現B相測試接線接地點與其他相位置距離有差異，A、C相接地點基本在相同位置。從圖譜上反映的是A、C相圖形波線基本相同，而B相（藍線）在400kHz以上波形與A（紅線）、C（綠線）相有差異（圖2）。調整B相接地點與A、C相一致后，所得圖譜波形三相基本一致。最后專家組結論本臺變壓器B相繞組未發生變形，投運后一切正常，1年后運營按規程做預防性試驗，所有試驗結果符合要求，證明當初判斷正確。

會展中心主變電站更換主變壓器更換交接試驗，用頻率響應法測試結果，白天測得頻譜圖，無論是高頻段還是低頻段，一段時間頻譜圖都有跳躍。結合行政中心變壓器更換經驗，沒有排查運輸、安裝過程直觀影響因數，而是直接從頻響法干擾項入手，最終發現是測試電源引起的頻譜圖都有跳躍，地鐵白天運營時，全線電力機車頻繁啟動制動取流時引起供電系統電壓波動，而測試電源取自本所站用電源。為使測試電源不受電力機車取流影響，改在晚上地鐵停運時間段進行，測試結果符合要求，證明測試電源的波動是引起頻譜圖都跳躍的原因。推廣到新建變電所變壓器用頻率響應法測試繞組變形時，停止易引起施工電源產生波動的施工作業項目，尤其是電焊切割作業。

3. 頻響法試驗應注意的幾個問題

（1）頻響法應是變壓器試驗的第一個項目，否則繞組中存在的靜電荷會對結果造成影響，因此測試前應對繞組進行充分放電。

（2）隔離繞組，解開主變繞組與外部接線，高頻作用線，引線存在會影響繞組的頻響特性，對地雜散電容存在且不固定。盡量測試整體繞組，將分接開關置于量高壓位置。

（3）做好試驗接地和試驗線路連接，三相接地點一致，尤其以后做對比測試時，接地點應相同；變壓器鐵芯、信號檢測端、試驗儀器外殼必須與變壓器外殼可靠接地，否則頻響曲線會有尖刺出現影響判斷。

（4）采用一致的信號源注入方式和采樣方式。一般變壓器短路故障，繞組端部發生變形幾率大，對星接繞組，從中性點注入信號，線端取信號；對三角接繞組，可從首端注入，尾端取信號，也可相反。

（5）測試電源不要有外接氣焊引起電源電壓波動等作業。

（6）現場測試人員與測試點遠近或有無接觸，容易引起高頻段雜散電容變化，從而影響測試結果。

結語

（1）頻響法測試變壓器繞組變形時，頻率范圍在1kHz～1000kHz內，這時繞組內的電感和分布電容均發揮作用，頻響特性較多的諧振點，能較靈敏的反映繞組變形情況。

（2）頻響曲線的尖峰與繞組模型級數有關。

（3）多數情況頻譜圖稍微發生偏移僅在高頻段出現，而測試接地點不同和氣焊干擾對測試結果影響較大，發生大幅偏移出現在中頻段，實地測試時應重視。

（4）頻響法靈敏度高，干擾事項沒有排除掉，容易影響判斷結果，因此現場測試時，除方法得當外還應結合低電壓短路阻抗法等進行綜合判斷。

參考文獻

［1］舒乃秋，武劍利，等.頻率響應分析法檢測電力變壓器繞組變形的理論研究［J］.變壓器，2005（10）：23-25.

［2］林劍，馬明，龔列謙，夏曉波.變壓器繞組變形的頻率響應分析法研究及實測中影響因素分析［J］.電力學報，25（3）：225-227.

中圖分類號：TM407

文獻標識碼：A