變壓器繞組變形檢測方法研究

　　在眾多電力事故中，變壓器繞組故障占了很大的比例，國內(nèi)外也積ji開展了許多相關(guān)的研究分析工作，希望能找到一種有效的方法來檢測和診斷繞組結(jié)構(gòu)的變形。在變壓器繞組變形早期，集中參數(shù)檢測法是zui常用的分析方法，但由于各種限制和約束，這種方法只能診斷繞組嚴(yán)重變形，這樣的操作過程不僅繁瑣而且不靈敏。

　　此外，還有一種非常直觀的吊蓋檢查方法，但這種方法也有很多缺點。除了無法準(zhǔn)確檢查繞組內(nèi)部的變形外，操作起來非常困難，需要大量的人力物力。目前國際上zui常用的是低壓脈沖分析法、短路電抗試驗法、頻率響應(yīng)分析法和振動分析法。

　　1低壓脈沖分析方法

　　1966年，波蘭人萊赫和季明斯基提出了LVI方法。基本原理是比較變壓器繞組激勵端和響應(yīng)端時域信號的變化，從而得到繞組的狀態(tài)信息。具體方法是:在被測變壓器繞組一端輸入穩(wěn)定的低壓脈沖信號源，然后在信號端和其他端同步記錄電壓波形數(shù)據(jù)，zui后比較激勵端和響應(yīng)端時域信號的變化。一般來說，一旦繞組變形，繞組上電容和電感的等效參數(shù)就會同步變化，這意味著繞組的內(nèi)部特性也會發(fā)生變化。因此，通過在變壓器繞組上輸入相同的低壓脈沖信號，然后根據(jù)變形前后響應(yīng)信號的變化，可以得到繞組的狀態(tài)信息[1]。

　　低壓脈沖法常用作短路容差試驗，檢查變壓器。當(dāng)時受限于計算機信息和電子技術(shù)的發(fā)展，這種方法并沒有得到進一步的發(fā)展和普及。直到20世紀(jì)80年代，依靠微處理和計算機技術(shù)的普及，低壓脈沖法注入了新的發(fā)展動力。如今，俄羅斯等國提出了許多改進這種方法的措施，相信低壓脈沖法在未來會更好地為人們服務(wù)。

　　2頻率響應(yīng)方法

　　頻率響應(yīng)法是加拿大科學(xué)家迪克于1978年shouci提出的。具體方法是將掃頻信號送入變壓器繞組的一側(cè)端口，在另一側(cè)端口同步記錄輸出響應(yīng)信號，然后根據(jù)不同頻點輸入頻率與輸出頻率的比值繪制相應(yīng)的頻譜圖。頻譜圖的本質(zhì)是反映不同頻率條件下變壓器繞組電壓的不均勻分布。當(dāng)頻譜曲線達到峰值時，說明此時繞組內(nèi)的電壓分布可能達到j(luò)i值狀態(tài)，可能導(dǎo)致諧振[2]。即通過研究分析相似特定頻譜曲線的變化，可以對繞組的結(jié)構(gòu)特性做出相應(yīng)的判斷。

　　頻響法雖然在靈敏度上有明顯的優(yōu)勢，但也有很多缺點:一方面只適用于變壓器停機狀態(tài)，不同型號不兼容，無法建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來明確故障來源；另一方面，需要保證測線模式的一致性和可重復(fù)性，對操作人員的專業(yè)技能要求較高，因此其進一步的應(yīng)用和推廣受到很大限制。

　　3短路電抗測試方法

　　短路電抗測試法(SCR法)zui早提出于蘇聯(lián)時代。繞組變形會導(dǎo)致漏磁回路發(fā)生相應(yīng)的變化，漏磁回路的變化可以通過漏抗的變化直接反映出來。因此，可以通過漏抗的變化來判斷繞組結(jié)構(gòu)。當(dāng)變壓器短路時，可以根據(jù)短路前后測得的短路電抗變化來判斷繞組是否變形。在一定范圍內(nèi)，即短路電抗變化不大時，可以判斷繞組基本沒有變形，當(dāng)數(shù)值超過標(biāo)準(zhǔn)范圍時，可以判斷已經(jīng)發(fā)生變形。其變化的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)可參考新國標(biāo):進行變壓器短路試驗時，要求測量試驗前后各繞組的短路電抗，試驗前后的變化作為判斷其質(zhì)量的主要依據(jù)。

　　在評判標(biāo)準(zhǔn)上，各國根據(jù)自己的實際情況有所不同。比如IEC、IEEE標(biāo)準(zhǔn)中，短路電抗變化率超過3個點，屬于異常；在意大利標(biāo)準(zhǔn)中，要求不超過2.5個點。一旦超過這個標(biāo)準(zhǔn)，就需要增加測量的次數(shù)。如果超過5個點，應(yīng)立即停止運行；國標(biāo)GB1094.5根據(jù)變壓器的不同類型有不同的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn):對于圓形同心線圈的變壓器，短路電抗的變化率應(yīng)低于2個點，對于低壓線圈纏繞金屬箔且阻抗電壓≥3個點的變壓器，標(biāo)準(zhǔn)變化率應(yīng)低于4個點；對于阻抗電壓為變壓器且大于等于3個點的非圓形同心線圈，標(biāo)準(zhǔn)變化率應(yīng)低于7.5個點。對于其他特殊情況，廠家或使用部門可以合理協(xié)商，適當(dāng)降低7.5個點[3]的數(shù)值。

　　經(jīng)過多年的實踐，短路電抗測試方法逐漸形成了統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn)，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。與其他方法相比，短路電抗測試法在評估繞組變形方面具有更強的重復(fù)性和更高的準(zhǔn)確性。因此，短路電抗測試法無論在理論上還是在實踐中都是判斷變壓器繞組變形的一種非常有效的方法。

　　4振動分析方法

　　20世紀(jì)80年代，俄羅斯學(xué)者shouci提出振動分析方法。主要原理是在線監(jiān)測變壓器的振動信號，通過分析振動信號判斷繞組的實際狀態(tài)。簡單來說，就是通過振動傳感器獲得變壓器箱壁上的振動信號，通過各種振動因素引起繞組機械特性的變化來診斷繞組。只要其機械特性發(fā)生變化，就能以高靈敏度直接反映在振動特性參數(shù)中。此外，振動信號檢測與變壓器高壓系統(tǒng)之間沒有直接的電接觸，因此變壓器的正常運行不會受到測量系統(tǒng)的影響，表明振動分析方法是anquan的。

　　近年來，美國等發(fā)達國家對振動分析方法的各個方面進行了研究和分析，并進行了多項相關(guān)試驗。測試結(jié)果表明，合格率達80個點以上，振動分析方法受到廣泛歡迎和應(yīng)用。雖然國內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，但正在積ji開展。相關(guān)研究人員利用計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)采集裝置和高精度加速度傳感器，建立了一套變壓器振動信號測試系統(tǒng)。其工作原理是:在上位機后臺對振動數(shù)據(jù)進行在線分類分析，然后通過建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型提取振動參數(shù)并進一步轉(zhuǎn)化為相關(guān)參數(shù)，從而完成繞組運行的在線診斷[4]。

　　總的來說，振動分析方法在準(zhǔn)確性和實用性方面具有明顯的優(yōu)勢，但仍處于不斷發(fā)展和探索的階段。振動分析方法的發(fā)展依賴于許多技術(shù)的進步，包括數(shù)據(jù)檢測、信號處理技術(shù)，以及模糊控制、小波分析等人工智能算法的普及。為了提高振動監(jiān)測方法的診斷功能，從振動信號中獲取更有效的信息，bixu不斷加大研究的力度和深度，積累經(jīng)驗，開拓創(chuàng)新[5]。

　　5幾種檢測方法的比較

　　低壓脈沖分析法。優(yōu)點是速度快、靈敏度高，缺點是抗干擾能力差、測量方法復(fù)雜。而且靈敏度受測試?yán)@線位置的影響，尤其是頭端位置的靈敏度嚴(yán)重不足，只能靠工作人員的經(jīng)驗來判斷。

　　頻率響應(yīng)分析法。優(yōu)點在于現(xiàn)場測試的重復(fù)性和抗干擾能力，缺點在于尚未建立統(tǒng)一的特征量分析標(biāo)準(zhǔn)，這也取決于工作人員的實踐經(jīng)驗。

　　短路電抗測試方法。主要優(yōu)點是判斷和接線方法統(tǒng)一方便，測試程序簡單。雖然其判斷標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍內(nèi)并不統(tǒng)一，但每個國家都根據(jù)自身情況制定了自己的判斷標(biāo)準(zhǔn)，也建立了IEC、國標(biāo)等更quanmian、更通用的標(biāo)準(zhǔn)。但該方法需要離線進行，對實驗設(shè)備要求高，測試時間長，在一定程度上限制了其現(xiàn)場使用。此外，與上述兩種方法相比，在繞組變形不明顯時，測試靈敏度較低。

　　振動分析方法優(yōu)點是可以進行在線監(jiān)測和診斷。振動信號由加速度傳感器采集，不會影響變壓器的正常工作。但變壓器工作模式、溫度等因素會嚴(yán)重影響振動信號的測量結(jié)果，需要進一步研究和更好的發(fā)展。

　　短路電抗的在線監(jiān)測方法。它具有抗干擾能力強、判斷標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、在線監(jiān)測判斷等優(yōu)點。同時，在工程實踐中，可以在線監(jiān)測繞組狀況，及時維修，通過判斷結(jié)果可以知道變壓器退出運行的zui佳時間。短路電抗試驗在狀態(tài)檢修工程和預(yù)防電力事故中起著重要作用。

　　6結(jié)論

　　詳細(xì)介紹了變壓器繞組變形的檢測方法，包括低壓脈沖分析法、頻率響應(yīng)法、短路電抗測試法和振動分析法。同時對這些方法進行了比較，得出短路電抗試驗結(jié)合在線監(jiān)測可以在線監(jiān)測繞組狀況，以便及時檢修，通過判斷結(jié)果可以知道變壓器退出運行的zui佳時間，具有較好的工程應(yīng)用價值。