頻響檢測技術檢測變壓器繞組變形分析

(佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯 154005)

0 引言

變壓器在運行過程中，因外部短路(尤其是出口短路)，而造成大、中型變壓器損壞的事故時有發生，嚴重的威脅電力系統的安全運行。當變壓器出口附近短路，繞組內部會遭受巨大的、不均勻的軸向和徑向的電動力沖擊，如果繞組內部的機械結構有薄弱點，將使繞組產生扭曲，鼓包或位移變形，嚴重時還會發生損壞事故。由于大中型變壓器的動態熱穩定性計算方法還不夠完善，不能用突發短路的方法來試驗，所以對變壓器繞組進行變形測試是十分必要的。繞組產生變形后，其電感、電容等分布參數必然發生變化，通過檢測這些分布參數的變化，就可檢驗出變壓器繞組變形狀況。其檢測的方法包括“檢測集中參數法”、“網絡分析法”和“頻響法測試技術”。本文就如何應用頻響法測試技術檢測變壓繞組變形作如下論述。

1 頻響法測量變壓器繞組變形的原理

如圖1所示，變壓器繞組在較高頻率的電壓作用下，每個繞組均可視為一個由線性電阻、電感(互感)、電容等分布參數構成的無源性雙口網絡，頻響法測量變壓器繞組變形是從變壓器繞組一端對地注入掃頻信號源(可以依次輸出不同頻率的正弦波電壓信號)，測量繞組兩端口特性參數，如輸入阻抗、輸出阻抗、電壓傳輸比和電流傳輸比的頻域函數。通過分析端口參數的頻域圖譜特性，判斷繞組的結構特性。如果繞組發生機械變形后，繞組內部的分布電感、電容等參數必然改變，進而引起網絡分析參數發生變化，這樣就可以比較繞組對掃頻電壓信號的響應波形判斷繞組是否發生變化，為簡便現場只測量一種端口的參數，電壓傳輸比只反映等效網絡的衰減特性。是常測的參數之一。

圖1 無源性雙口網絡

2 繞組頻率響應的特性

2.1 頻率低于10kHz時，頻率響應特點主要由繞組電感來決定，諧振點少、對分布電容變化不靈敏。但當諧振峰發生明顯變化時，通常預示繞組的電感變化或發生整體變形現象，一般表明線圈整體結構出現問題，可能會危及運行，應慎重對待，根據其他測試手段來重點分析判斷。

2.2 頻率超出1MHz時，繞組的電感又被分布電容所旁路，諧振點也會相應的減少，對電感變化不靈敏，當測試頻率提高，諧振峰發生明顯變化時，通常預示著繞組的對地電容的改變，因為在高頻條件下，繞組的感抗增大的影響相對較低，故對地電容的改變是影響該頻段頻響特性的主要因素。

2.3 在10kHz～1MHz的范圍內，分布電容和電感均起作用，具有較多的諧振點，能夠靈敏反映分布電感、電容的變化，因此在測量變壓器繞組變形時，掃描信號源選用10kHz～1MHz之間的頻率，具有1000個左右的線性分布的掃描點，可以有效的測量出繞組的變形狀況。對于那些遭受突發短路電流沖擊的變壓器，如果其諧振峰頻率的分布與短路沖擊前有較大變化，通常可認為繞組發生了局部變形的現象。

3 試驗接線

試驗接線如圖2所示，將變壓器繞組變形測試儀信號輸出端連接到變壓器繞組的接線端子(A、B、C、a、b、c)上，輸入信號接到中性點(O)上。并將輸出端和輸入端卡鉗的接地端子用裸銅線就近連接到變壓器的接地線上，為了保證測測量結果的有效性，一定使用專用的測量接線及接線端子(接地電阻必須小于1Ω)。測量時，分別對高壓側、低壓側三相繞組逐相測量，順序見表1。

圖2 試驗接線圖

表1 變壓器繞組頻響測量次序表

4 頻響法診斷變壓器繞組變形的分析方法

用頻響法測量變壓器繞組變形是通過分析端口參數的頻譜圖來進行的。圖3(a)是變壓器繞組變形的典型頻譜圖，圖3(b)是繞組正常時的頻譜圖，通過兩圖的對比可見，當繞組出現變形時，繞組的頻譜曲線中會出現若干谷點和峰點見圖3(a)，這些谷點和峰點是在不同頻率下繞組中出現諧振的必然結果。諧振是由于繞組電感和線餅間電容引起的。一臺變壓器制成后，繞組的頻譜曲線就確定了見圖3(b)，而當繞組發生變形時，分布參數發生變化，改變了繞組的部分電感和電容，即改變了電阻的轉移阻抗值，這時所測的頻譜曲線就會出現圖3(a)、圖3(b)兩圖的差距，以此差異即可判斷變壓器繞組存在變形。

圖3 變壓器繞組的典型頻譜圖

5 繞組變形的形式

當變壓器遭受短路電流沖擊或其它沖擊后，繞組的變形型式見表2。

表2 繞組的變形型式表

6 結語

由于頻響響應法具有抗干擾能力強，測量結果重復性好，比低壓脈沖法更靈敏，能測出相當短路阻抗變化0.2%的繞組變形，或軸向尺寸變化0.3%的繞組變形。所以，該法在電力工程檢測中獲得了廣泛應用。