電力變壓器繞組變形檢測與診斷技術的現狀與發展

姚濤

摘要：隨著我國經濟的高速發展，電力設施及生產設備的運行需要大量的電力，而變壓器繞組的變形對電力系統的正常運行有著重要的影響。如果沒有科學有效的手段，及時發現并消除變壓器旁路變形，將帶來安全問題。為此，本文分析了變壓器繞組變形的檢測方法及可能產生的影響，并與各種檢測診斷方法進行比較，以幫助調查者選擇合適的檢測診斷方法，判別該組變壓器繞組變形。隨著電網容量的快速增長，變壓器繞組變形和損壞的次數明顯增加。切斷變壓器時，短路是引起故障的主要原因，說明干擾電流會產生軸向力和徑向力，并可能在變壓器周圍扭曲。如果不能及時發現變形問題并及時修復，甚至可能損壞絕緣材料，導致短路、主絕緣或穿孔。采用診斷技術，可以準確檢測機組內部變形，防止事故進一步惡化。

關鍵詞：變壓器;繞組變形;檢測;診斷

1原因分析

變壓器的軸向尺寸在外力作用下會發生變化，從而引起繞組位置、截面輪廓的簡化以及繞組阻力狀態附近的應力變化。若變壓器部分遭受強電流沖擊，不能及時解決高壓問題，將導致機組周圍電流壓力過大，造成短路。可能存在的安全隱患將導致周邊部件變形，影響變壓器正常工作，嚴重影響電氣運行的經濟性。

2離線方法及其應用

目前，國內外最常用的短路阻抗、低壓保護、頻譜分析等方法是離線檢測。在檢測繞組周圍變形時，主要是利用變壓器內部的線性阻抗，再結合無源線性網絡來檢測和分析內部參數。

2.1短路阻抗法

短路電阻是指變壓器繞組變形時內阻為零。變壓器輸入端的等溫電阻可視為一種短路電阻。電阻主要分為電阻部分和阻抗部分。而且在電流互感器中，電阻元件通常只占電阻的很小一部分，其阻抗是主要組成部分。變壓器的短路電流開關元件中，由于周圍形狀的變化，其過電流經常發生變化，從而引起變壓器繞組變形電阻數據的變化。當檢測變壓器周圍變形時，采用短路電阻法檢測其變形，并根據阻抗的變化判斷其變形。特別是短路電阻策略數據與變壓器或確定數據趨勢的比較。

2.2低電壓脈沖

當前，變壓器短路試驗采用低電壓脈沖法。在測試過程中，主要進行數據的現場測試。低壓保護試驗的基本原理是：當變壓器高壓上升到變壓器上時，內部磁導幾乎等于空氣的電導率，并把該組本身看作一個線性電阻。變形組合后，相應電路的阻抗分布發生變化。向圓周某一部位施加低電壓脈沖，對應的響應信號又收到另一端。通過分析反應信號的變化可以判斷群體變化。在較低的脈沖電壓下，在測試過程中可以快速檢測到變化。隨著重試次數的增加，測試結果的準確性也大大提高，測試結果應根據網絡參數的變化而定。

2.3頻響分析法

光譜分析打破了低電壓試驗的一些缺陷。這種測試方法主要是根據變壓器工作過程的頻率響應特性來確定繞組周圍的變形。頻率試驗主要是通過不斷變化的正弦波來確定不同頻段的響應和觸發電壓，從而判斷兩段記錄的頻響特性。

光譜分析中，周圍群組的位置主要是通過譜圖確定的。在這種測量方法中，逐步引入偏移量，結合傳遞函數，確定變壓器環境量程變化。為了提高頻率分析結果的準確性。

2.4離線測試對比分析

在分析這三種方法的應用及特點的基礎上，指出其優缺點。選用測量方法時，首先要對變壓器進行精度評定。LVI方法可以快速準確地檢測軌道變形。然而，在實地考察過程中，對環境的影響很小，所以其他因素往往會做出錯誤的判斷。其次，FRA檢測方法對不同靈敏度條件下環境因素的穩定性具有靈活性。FRA檢測方法能較準確地判斷現場輕、輕殼的變形情況，為設備的快速調試提供了保證。然而，審計師的專業水平受到審計師的嚴格限制，這是其使用受限的主要原因。短路電阻法檢測時，采用均勻布線的方法，對檢測敏感，但由于靈敏度低，應用較少。

3在線方法和對比分析

在線檢測群體晶體管可以分為省電和非節能兩大類。非靜電檢測方法主要有超聲波法和振動法，主要有頻率響應法和短路電阻法。

3.1超聲波檢測法

超聲探傷法主要是檢測變壓器周圍變化的探頭，同步信號傳送變壓器周圍超聲的運動，根據測得的超聲波溫度的反射率來確定變形。利用超聲檢測變壓器回水時間，測定變壓器參數。該方法是根據群上點與箱面的固定距離，利用超聲波運動對距離進行檢測和分析。

3.2振動法

振動法主要是用振動傳感器檢測變壓器的振動，對線圈、鐵芯等進行檢測。若變壓器工作正常，振動變化不特別大。在變形過程中，振動傳感器傳遞的數據會產生偏差。對振動傳感器數據進行分析，確定變形狀態和變形位置。

3.3在線頻率響應法

變頻器在工作時發出各種信號，如負載變化，故障后重合閘等。在此情況下，變頻器內部有不同的信號，可以通過變頻器判斷。暫時性電壓、電流與變壓器的運行狀態密切相關。采集、整理這些信號，得到變壓器正常工作所需的各種參數。在變頻器變形時，通過比較變頻器的瞬態和正常工作狀態的信號，從而確定其頻響特性，實現變壓器的在線監測。

3.4在線短路阻抗法

在線短路電阻的應用主要是計算變壓器電壓、電流輸出值，計算變壓器內部等效短路電阻，得到運行過程中存在的等效短路電阻。實時檢測變壓器電阻值，判斷其是否變形。短路電阻的計算常受電磁電流的影響，常用的算法有三種。一種是變壓器在負荷及負載條件下的短路電阻測量。后者的測試采用任何兩個負載電流值。不計電磁影響，建立電路的平衡方程。對短路電阻、漏電距離進行檢測，利用系統技術，利用短路專家數據對計算結果進行修正，從而確定測試數據的相對精度。

3.5在線測試方法對比

第一，超聲反射比較簡單，檢測更直觀。但是，由于油品和非油品之間存在著很大的差別，因此這種方法受溫度的影響較大，應用受到限制。第二，因振動法不采用接線變壓器，因此試驗中安全系數較高。但如何通過精確的數據準確地確定包絡線的變形狀態。它既繼承了離線頻率法的優點，又通過更新包絡變形法提高了檢測結果的準確性。但不同類型的變壓器由于在使用過程中無法確定特征量，無法量化其內部變形，因此不同類型的測試結果有所不同。短路電阻法是變壓器檢測常用的一種方法，盡管檢測方法簡單，但測量精度不夠穩定。為提高測試精度，必須對測試平臺進行優化。

4增加常規變壓器抗短路能力

4.1在對現有變壓器短路電阻計算分析的基礎上，將模糊數學原理引入到變壓器短路電阻綜合評價中。

4.2基于模糊數學的模糊AHP方法可以有效地克服AHP算法的局限性。在評估中，我們始終堅持量化指標的基本原則。從主觀因素上排除定性指標的干擾，盡量避免主觀性因素的影響。結果表明，高壓繞組線餅的軸向力和強度安全系數最大，低壓繞組線餅和低壓繞組線餅的徑向力和強度安全系數分別為：高壓繞組線餅的強度安全系數。介紹了檢測變壓器短路電阻的要點，為實際應用提供了參考。

4.3利用模糊層次分析法對變壓器的短路電阻進行綜合評估，在變壓器生產、選型、安裝、調試過程中，根據評估結果，采取相應的措施，保證電網設備的安全穩定運行。

結束語：

一般而言，變壓器繞組變形檢測與診斷的發展，都有許多檢測技術。脫機檢測的方法已經比較成熟，需要在檢測過程中保證變壓器不工作，風險低。但這會造成電力中斷，對日常生活和生產造成不利影響。采用在線監測方法能有效地避免變壓器故障，提高供電企業的自動化和智能化水平，是今后變壓器監測的主要方向之一。

參考文獻：

[1]王巖，劉云鵬，陳展，裴植，胡煥，程槐號，田源.改進的變壓器繞組變形帶電檢測方法[J].高壓電器，2018，54（10）：85-89+96.