基于短路阻抗辨識的變壓器繞組故障診斷

摘 要：本文提出了一種基于短路阻抗辨識的牽引變壓器繞組故障在線診斷策略。首先，結合變壓器的國家標準和維修導則，闡明短路阻抗是一類反映變壓器健康狀態的重要參數，在繞組故障診斷中具有重要作用。其次，通過三角函數公式證明了變壓器的∑i（輸入和輸出電流之和）和?u（輸入輸出電壓之差）可構造橢圓方程，并建立橢圓參數與短路阻抗間的映射關系。最后，為了驗證所提故障在線診斷方法的有效性，建立變壓器有限元仿真模型，并對徑向偏移和軸向壓縮2種繞組故障情況下短路阻抗的特性進行深入分析。仿真結果表明，所提故障診斷方法能夠準確、靈敏地診斷出變壓器繞組故障。

關鍵詞：變壓器；繞組故障；短路阻抗；有限元模型

中圖分類號：TM 85 " " " " " 文獻標志碼：A

作為高鐵車輛交流傳動牽引系統的核心設備，變壓器負責將牽引電網27.5kV高壓電降壓為牽引變流器和輔助變流器可以承受的低壓電，其運行狀況直接決定機車能否安全可靠運行。此外，牽引變壓器安裝在車輛底部，面臨惡劣工作環境和復雜線路情況等多重考驗[1]。長期的負面作用累積會使變壓器出現性能劣化，進而演變為故障。這些故障會使牽引變壓器溫度升高，嚴重時可能會出現火災，危害高鐵的安全運行。

繞組變形故障是牽引變壓器最常見的故障類型。頻響分析（frequency response analysis，FRA）[2]和溶解氣體分析（dissolved gas analysis，DGA）[3]均是繞組故障診斷的常用方法。FRA利用繞組參數改變導致的繞組頻率響應特性變化進行故障診斷。……