一種用于配電變壓器繞組材質診斷的新方法

王太金，楊秋竹，張　民，李　磊，趙　博，辛月來，盧艷俠，要新占 ，孟憲忠

(1.國網吉林省電力有限公司四平供電公司，吉林 四平 136000；2.河北如電電氣設備有限公司，河北 保定 071000)

1　問題研究背景及意義

隨著經濟的發展，各個領域的電力需求也逐漸增漲，需要用到更多的配電變壓器。在過去幾年中，配電變壓器原材料市場價格大幅度提升，銅線的價格也大幅度上漲，變壓器生產成本增加，但是在市場因素的影響之下，變壓器銷售價格卻不能在短時間之內提升，因此，一些不負責任的企業在生產過程弄虛作假，用鋁線替代銅線來生產變壓器。依據我國現行標準的要求，對變壓器繞組中含鋁的數量有明確的要求。

這個問題逐漸延伸到了某些干式變壓器的生產中，一些廠家采用半鋁開展制造工作，比方說繞組一次是鋁、二次是銅，或者繞組一次是銅，二次是鋁，甚至嚴重的情況下，某些生產廠家實際生產中會全部使用鋁線。這種以次充好的行為，會對變壓器市場秩序造成嚴重的負面影響，不單單給消費者帶來經濟層面上的損失，也會對變壓器運行安全性及穩定性造成影響。

研究人員針對變壓器繞組材質展開了各個層面的研究工作，并取得了一定進展。最直接的方法就是對繞組進行破壞取樣，然后進行金屬化學成分分析。但是破壞性實驗在實際應用中需要使用大量人力物力資源，也會花費一定時間，使電網運維工作的難度大幅度提升。研究人員使用直流電源來對變壓器繞組通電，獲得繞組的電阻時間曲線，再和其他標準曲線進行相互比較，從而得出結果，但是卻將溫度上升對繞組電阻造成的影響忽略掉，無法得到較好的效果。

除這些措施之外，也可以使用X射線探傷機械以及工業射線膠片來對配電變壓器的繞組進行拍照，將得到的被測變壓器繞組材料的X射線衰減系數以及透照厚度曲線和銅、鋁的標準曲線進行相互對比。此種方法在實際應用中會產生輻射，對人體健康造成威脅，并且花費較多資金，在配電變壓器運行現場使用這種方法并不方便。

因此，不拆解處于運行狀態中的配電變壓器，也不對繞組造成任何形式破壞的前提條件之下，掌握一種有效檢測配電變壓器繞組材質的技術很有現實意義。因為銅和鋁本身的物理性質具有一定差異性，繞組材質的變化會對變壓器體積、容量以及直流電阻等參數指標造成一定影響，本文基于這些繞組參數指標，提出一種判別變壓器繞組材質的新方法。

2　繞組材質診斷工作的依據

電阻率是對導體導線特性的物理量進行描述，和導體的長度以及橫截面積等因素之間并沒有任何相互關系，單單和溫度之間有一定相互關系。電阻溫度系數指的是在溫度出現變化的情況下，電阻數值出現的相對變化，不同材料的電阻溫度系數是不同的，一般情況下實際用到的是平均電阻溫度系數的概念。銅或者鋁的電阻率和電阻溫度系數依據現行標準的要求給出。

銅和鋁熱學以及電學性能存在一定差異性，如果同一種型號的配電變壓器繞組使用的材質不相同，會對繞組參數造成一定影響。現行國際標準中明確地將設計和生產流程規定出來，同型號的配電變壓器參數相對固定。假如說繞組材質發生變化，直流電阻也會發生變化，因此可以得出的結論是直流電阻和繞制材質之間的相互關系較為密切，在繞組材質發生變化的背景下，變壓器的通流能力以及容量也會發生一定變化。再者，若繞組材質發生變化，想要保持變壓器的電阻、損耗等參數維持不變，繞組導線的橫截面積以及長度等參數必然發生變化，從而對變壓器的體積造成一定影響。最終，因為不同類型材料的電阻溫度系數不相同，不同材質繞組電阻溫度上升曲線也是不相同的。總而言之，繞組直流電阻、容量以及質量等參數指標都和繞組材質之間有極為密切的相互關系。

在配電變壓器繞組生產廠家造假的過程中，一般存在如下問題：(1)為了可以對鋁質繞組變壓器直流電阻以及損耗和同型號銅質繞組變壓器相對應的參數指標相同，在變比以及鐵心相同的情況下，一些廠家會將鋁質導線的橫截面積增大，這也會讓變壓器的體積增大，也有可能將線圈的匝數減少，也就是將線圈的整體長度減小，在此基礎上就會對變壓器阻抗電壓造成一定影響。(2)為了保證變壓器體積大致相同，某些生產廠家在造假過程中，會將鋁線的橫截面積減小，在此基礎上會讓繞組直流電阻以及損耗增大。或者是在對變比一致性做出保證的前提條件下，將線圈的匝數減少，從而也會使變壓器容量發生變化。

本文將變壓器直流電阻、容量以及電阻溫升曲線等參數指標作為依據，來順利完成繞組材質判斷工作。將實驗過程中得到的直流電阻、輔助參數等指標和標準數據庫進行相互比較，把繞組參數分布概率密度曲線作為依據，再對繞組參數影響因子加以考慮，構建出概率分析模型，通過概率分析模型來對變壓器繞組的材質進行判斷。

繞組材質判斷步驟：(1)對配電變壓器的體積以及質量進行測量，再應用高精度直流電阻測試儀器對繞組直流電阻進行測量，然后測量短路阻抗得到變壓器的容量。(2)應用短路法來對變壓器進行加熱，等到溫度趨于穩定之后，再讓變壓器自行冷卻，實時對溫度和電阻數值進行測量，最終就可以得到電阻溫升曲線。(3)最終將實驗得到的結果和標準數據之間進行相互比較，綜合各項判斷依據，就可以將配電變壓器的繞組材質明確地判斷出來。

參考文獻：

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