基于掃頻阻抗法的變壓器繞組變形測試技術研究

盧旻　吳紹武　郭鐳　張超

【摘? 要】本文在對變壓器繞組等效電路理論進行充分研究的基礎上，對變壓器繞組變形常用的診斷方法，如頻率響應法、短路阻抗法等進行分析。此外，本文還針對頻響法和阻抗法中的優勢進行了有效的結合，從而提出了一種對變壓器繞組變形進行診斷的掃頻阻抗法，從而在一次測試后便能夠獲得相關的頻譜特征，而且還能夠獲得短路阻抗特征信息。經過對比，我們可以發現掃頻阻抗法對比頻響法要更加的有效和實用，希望能夠為相關技術人員起到一些參考作用。

【關鍵詞】變壓器繞組變形;頻率響應法;短路阻抗法;掃頻阻抗法

在電網運行過程中，電力變壓器的安全可靠十分重要，對整個供電運輸過程都起到極為關鍵的作用。而變壓器在具體的運行過程中可能會發生一些短路故障問題，而在這一狀況下，強大的短路電流會給繞組帶來巨大的電動力，一旦超過繞組自身所能承受的短路抗擊能力，將會使繞組出現變性故障，從而對變壓器的穩定運行造成影響。此外，在店里的傳輸過程中，當其受到機械力的作用時也可能會出現繞組變形現象。在其出現變形后，一些變壓器會直接損壞，而多數變壓器會持續運行一段時間，但該時間段內的變壓器性能不夠穩定，容易產生安全隱患。因此，變壓器的繞組出現變性故障，輕則引起變壓器的運行指標出現失誤，重則直接損壞變壓器，不利于電網的穩定運行。所以，技術人員應對頻響法和短路阻抗法等診斷技術進行研究，并應用掃頻阻抗法來更加準確的對變壓器繞組變形問題進行診斷。

一、變壓器繞組變形的成因及種類

（一）變壓器繞組變形的成因

電網運行過程中，變壓器的繞組之所會出現變性故障，主要是因為變壓器在具體的運行時，無法避免要承受短路電流的沖擊。而在溫度較高的情況下，會使導線的機械強度減小，從而導致繞組出現變形故障。此外，當變壓器在長途運輸或安裝的過程中，可能會受到一些沖撞或震動，這些機械作用力也可能會導致繞組出現變形。最后，保護系統當中存在著一些死區或是動作失靈等問題，從而導致變壓器對短路電流的承受實踐較長，從而導致變壓器繞組出現變形問題。

（二）變壓器繞組變形的種類

變壓器繞組變形的種類具體包括，首先徑向拉伸，主要出現在變壓器的高壓側中央位置，幅度通常不大。其次是徑向壓縮，通常出現在變壓器的低壓側，幅度為中央上下等。再次，是軸向延伸，其主要位于低壓側頂端。而軸向壓縮則主要位于變壓器高壓側繞組中間位置。此外，還包括軸向套疊，此類型在高、低壓側都可能會出現。最后是匝間短路故障。

二、變壓器變形測量方法

（一）阻抗法

在變壓器的負荷阻抗為零時，輸入端的阻抗則成為了變壓器的整體短路阻抗。而短路阻抗主要由電阻分量和電抗分量組成，一般在大型的變壓器短路阻抗當中，，電阻分量所占的比值相對較小，而此時的短路阻抗則和電抗分量近似乎相等。變壓器繞組的漏電抗主要是指變壓器的短路電抗分量，其共包括縱向漏電抗和橫向漏電抗，但在其中橫向漏電抗所占的比值相對較小。而漏電抗值和變壓器繞組的尺寸有關，因此當變壓器的繞組出現變形后，會產生漏電抗的變化，使變壓器的短路阻抗值發生變化。在應用短路阻抗法時要受到條件限制，所以很難達到額定電流，而且對于測試儀表具有教改的檢測精度要求，因此檢測靈敏度往往難以獲得，一些時候只對那些繞組變形十分嚴重上的變壓器有效。但是阻抗法的實施過程十分簡單，而且具有相關標準可以參考，所以也是一種十分有效的檢測方法。

（二）頻響法

在變壓器繞組的一段輸入掃頻電壓信號后，通過信號處理設備，可以對不同掃描頻率下繞組兩端的電壓信號進行檢測。在經過具體的處理之后，可以得到變壓器繞組的傳遞函數，從而將具體的頻率響應描繪程曲線，從而有效的對變壓器繞組進行診斷。

三、掃頻阻抗法研究

（一）低頻時等效模型

當變壓器的頻率較低時，對于分步電容的影響則可以忽略，可以將變壓器作為集中參數模型來進行等效處理，再通過T型等效網絡進行描述。變壓器繞組變形測試可以看做短路阻抗測試，在變壓器的繞組出現變形故障后，會產生相應的樓康變化，進而通過短路阻抗值來進行有效的反映。

（二）高頻時等效模型

當變壓器的頻率較高時，變壓器的繞組可以看做由電阻、電容等分布參數構成的無源線性雙端網絡，從而對繞組電阻進行忽略，可以看做是應用頻響法來進行測試。對于匝間短路、繞組扭曲變形等現象都會引起相關參數的變化，使頻響特性曲線發生改變。而在測試中，如果加大掃頻信號功率，會增強測試信號，從而提高抗干擾能力，降低因為不良環境因素所造成的影響。

（三）診斷機理

根據變壓器在不同頻率下的等效模型我們可以發現，在低頻率狀態下，變壓器可以通過T網絡等效模型來進行等效，而在這一過程中，繞組和鐵芯之間的等效電感發揮主要作用。如果是由于電感量的變化所引起的繞組變形故障，主要表現在低頻段。而變壓器等效電容的變化則主要是在高頻段所產生的相關反應。簡單來說，在應用掃頻阻抗法對變壓器繞組進行測試的過程中，短路阻抗可以反映低頻段，而頻率響應則可以將高頻段進行反映。

（四）掃頻阻抗法與頻響法的對比

掃頻阻抗法在測試結果當中融入了全新的、具有參考價值的參數，從而為變壓器的繞組變形提供更具有準確性的參考依據，而且對比頻響法要更加的有效，測試結果中能夠反映出更多的信息量。

結束語

綜上所述，在電網運行過程中，一旦變壓器繞組出現變形故障，將會對變壓器的正常運行造成影響，從而阻礙了電網的穩定運行。而掃頻阻抗法將頻響法和短路阻抗法的優點進行了有效的結合，并可以通過一次測量獲得短路特性和頻響特性曲線，從而更好地對變壓器繞組變形現象進行診斷。

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作者簡介：

盧旻（1985-）男，大學本科，高級職稱，主要研究方向電力系統分析、高電壓與絕緣試驗

吳紹武（1973-）男，大學本科，高級職稱，主要研究方向電力工程

郭鐳（1963-）男，碩士學位，高級職稱，主要研究方向電力系統及其自動化

張超（1985-）男，大學本科，中級級職稱，主要研究方向電力系統及其自動化

（作者單位：1? 國網江蘇電力公司淮安供電公司;2? 南京優能特電力科技發展有限公司）