變壓器繞組變形測量儀校準方法研究

林翔

摘要：為了保證變壓器繞組變形測量儀在變壓器檢測過程中的量值準確可靠，本文在分析其內部結構和工作原理的基礎上，提出了變壓器繞組變形測量儀的校準方法，并指出了校準過程注意事項。為此類儀器的溯源校準提供參考，對保障電力變壓器的安全可靠運行具有重要意義。

關鍵詞：變壓器;繞組變形;測量儀;校準方法

0 引言

變壓器繞組變形測量儀，是用于分析電力系統中電力變壓器繞組形變程度的綜合測量裝置[1]。測量儀采用的原理主要有頻率響應方法、低電壓短路阻抗方法、掃頻阻抗方法和振動信號方法[2-3]。基于頻響法的變壓器繞組變形測量儀因其檢測效果好，在變壓器運行維護中起到重要作用，但現階段沒有針對性的國家檢定規程或校準規范進行變壓器繞組變形測量儀的量值溯源，為了保證變壓器繞組變形測量儀在變壓器檢測過程中的量值準確可靠，研究針對此類測量儀的校準方法具有重要意義。

1頻率響應法原理

大量的電力試驗表明，假如試驗電壓的頻率值高于1000Hz時，電力變壓器鐵芯的磁導率處于較低水平，可忽略其影響，在該電壓頻率下繞組可簡化為由電阻（線性）、電容、電感（互感）等分布參數元件組成的無源線性雙口網絡，其傳遞函數的零極點分布與網絡結構和元件參數相關[4-5]。圖1中的L、K和C分別代表繞組單位長度的分布電感、分布電容（匝間）和對地電容，當繞組出現一定程度的機械形變后，L、K和C的參數會出現相應程度的改變，其對應的傳遞函數需要重新確定，導致了網絡的頻率響應特性出現改變[6-8]。頻率響應法基本原理即為根據檢測變壓器繞組的幅頻特性，并將實測曲線與正常測試曲線進行比較[9]，最后兩者在縱向和橫向比較結構，綜合判斷變壓器繞組變形程度。

2 變壓器繞組變形測量儀

2.1內部結構

變壓器繞組變形測量儀采用分體式結構，主要由筆記本電腦與主機構成儀器基本測量系統，主機主要由掃頻發生器，兩個信號采集通道（參考端與響應端），通訊模塊及相關接口等設備組合而成，筆記本電腦主要安裝了測試儀上位機軟件，通過相關通訊協議實現與測量儀器通訊，其主要結構如圖2所示。

2.2 工作原理

變壓器繞組變形測量儀的激勵端通過掃頻發生器產生一組電壓幅值不變頻率由低至高增大的正弦電壓施加到被檢測的變壓器繞組的其中一端，測量在頻率由低至高增大條件下響應信號端的電壓和參考信號端的電壓的電壓幅值之比，根據兩者不同頻率的電壓比值繪制出幅頻特性曲線，其工作原理如圖3所示。由響應信號端的電壓和參考信號端的電壓兩者電壓幅值的的比值經下式（1）計算，可得幅頻特性曲線。

3 校準方法

根據變壓器繞組變形測量儀的工作原理和使用要求，分析得出其關鍵的參數是衰減量與掃描頻率，校準項目包括幅頻響應衰減量、掃描頻率與安全性能（絕緣電阻和介電強度）。

3.1 幅頻響應衰減量校準

幅頻響應衰減量校準采用同軸標準衰減器與高頻電壓表組合的校準裝置作為標準器，校準接線如圖4所示。測試儀需要設置掃描頻率值，并啟動測試。

高頻電壓表測量參考信號端的電壓有效值和響應信號端的電壓有效值，并按式（2）計算幅頻響應衰減量實測值。

3.2 掃描頻率校準

掃描頻率校準項目采用頻率計作為標準器，掃描頻率校準接線如圖5所示。測量儀設置掃描頻率值，調整頻率計到合適量程，然后啟動被校測試儀。

頻率計的示值即為實測值，測試儀的掃描頻率示值誤差用式（4）表示。

3.3 安全性能

3.3.1 絕緣電阻

測量儀電源回路與儀器接地極之間的絕緣電阻應不小于MΩ。

3.3.2 介電強度

測量儀電源回路與儀器接地極之間應能耐受2.0kV工頻電壓1min，無飛弧和擊穿現象。

4 校準過程注意事項

4.1 測試線要求

變壓器繞組變形測量儀應采用波阻抗為50Ω的同軸屏蔽電纜作為專用測試線。由于測試電壓頻率較高，為了減少測試線雜散電容對檢測結果的影響，應采用長度較短的測試引線。

4.2 標準器要求

幅頻響應衰減量校準項目采用同軸電阻式衰減器與高頻電壓表組合的校準裝置作為標準器，其中衰減器的衰減值應覆蓋范圍為0dB～80dB，準確度等級為2級;高頻電壓表交流電壓測量至少應覆蓋范圍為0V～100V，準確度等級為2級。

掃描頻率校準項目采用頻率計作為標準器，頻率值測量應覆蓋范圍為10Hz～1MHz，準確度等級為2級。

絕緣電阻校準項目采用準確度等級不低于10級，額定電壓500V的絕緣電阻表。

介電強度校準項目采用準確度等級不低于5級，輸出電壓不小于2kV的耐電壓測試儀。

5 結語

本文分析了變壓器繞組變形測量儀的內部結構與工作原理，提出了基于頻響法的變壓器繞組變形測量儀的校準方法，并指出校準過程注意事項。為此類儀器的溯源校準提供參考，對保障電力變壓器的安全可靠運行具有重要意義。

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