一种变压器介质损耗测量方法研究

张凯　曹刚

摘 要：介质损耗分析是变压器故障诊断的重要方法，现有方法大多只能在工频情况下分析变压器介质损耗情况。文中提出了一种变频介质损耗分析方法，能够在全频率范围内测量变压器介质损耗，得到介质-频率曲线。为分析变压器故障提供更加可靠有效的依据。

关键词：介质损耗 变压器 变频

中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0003-02

电力变压器在电力系统中起着举足轻重的作用，介损测量是排查变压器故障的一种非常有效的手段。目前常用的测量方法只能在50 Hz单一频率下测量介质损耗[1]，不能准确得到介损曲线，影响故障定位。文献[2]提出了一种过零比较的方法测量介损，操作简单，成本低，但是依然容易受到工频干扰，介损角分辨率低，测量准确性有待提高。文献[3]为了降低工频干扰，提出了一种变频介损测量的思路，但是仍然只是在工频附近取两个频率点测量介损值，然后再用两次测量拟合出工频介损值，不能真正反映样品在全频率段的介损值。该文提出了一种真正意义上的变频介损测量的方法，在很宽的频率范围下（0.001 Hz～1 000 Hz），连续变化测试电压的频率，测量被试品在不同频率下的介损值，通过分析被试品介损-频率曲线，判断被试品中水分、老化、污染等情况。

1 测量原理

变压器介损测量实际上将变压器的高压侧线圈和低压侧线圈分别当作电容的两块极板，测量该等效电容的容抗和阻抗，求得介损角。该文将变压器等效电容按并联模型和串联模型分别讨论测量原理。

从以上的原理分析得知，可以用两个不同的采样电阻得到两个介损值，再通过运算消除采样电阻带来的误差。改变测量电压的频率，可测量出不同的容抗和阻抗，得出在全频率范围内的介损-频率曲线。

2 数据处理方法

实际测量时，将被测样品与精密取样电阻串联，该电阻不能使用金属氧化膜电阻等有电感含量的电阻，要尽可能选用纯电阻，否则会影响介损值准确性。当被测品与采样电阻串联时，流过两者的电流相同，因此两端电压的比值就是阻抗比值，从而可以求出介损值。

如图2，用AD采样芯片分别采集Ua和Ub的波形数据。采样点数越高，采样精度越好，介损测量结果页越准确，一般至少要求每周波采样1 000点，AD分辨率达到16位。

获取采样数据后，有两种方法得到介损角。过零比较法[4]计算简单，但是精度低。用傅里叶分析的方法能有效去除干扰，提高分析精度。

假设电压Ua采样序列为x（n），可以用x（n）分析出各频率成分的幅值和相角。

其中，X（0）为直流成分，X（1）为基波成分，X（2）为二次谐波成分，以此类推。通过傅里叶变换得到实部和虚部后，虚部除以实部就是阻抗角的tan值。

采用傅里叶变换提取频率成分时，如果采样不同步，会出现严重的频谱泄露现象。而时间采用AD采样时，不可能完全与基波信号同步。加窗傅里叶变换是降

低频谱泄露影响的一种有效方法[5-6]。因此，实际处理时间，需要加窗处理。

加窗之后，可以降低采样不同步带来的影响，同时能滤除部分采样干扰，频谱泄露影响明显降低，数据稳定。

3 测量验证与数据分析

根据本文方法研制成功的变频介损测量仪在湖南省内数个110 kV变电站进行了现场测试，验证了该文方法的正确性和有效性。

现场测试时需要先将变压器断电，再将高压侧三相和低压侧三相分别短接，接测试装置的两个测量端子。此时变压器的高压侧线圈和低压侧线圈相当于电容的两个极板。分别用本文方法和进口Omicron仪器测量，进行比较研究。

从测试结果来看，本文方法能够准确测量样品在各频率点的电容值和介损值，测量误差在0.07%范围内。介损值随着频率降低而平稳增加，变化规律符合样品的固有特质。且该文方法操作简单，测量速度快。

4 结语

变频介损测量方法能够很好的避开传统定频测试方法遇到的工频干扰问题，能够在全频率范围内分析变压器的介损曲线，是一种有效的分析变压器故障的方法。

参考文献

[1] 王楠，陈志业，律方成.电容型设备绝缘在线监测与诊断技术综述[J].电网技术，2013（8）：72-76.

[2] 蔡国雄，甄为红，杨晓洪，等.测量介质损耗的数字化过零点电压比较法[J].电网技术，2012（7）：15-18.

[3] 文康珍，黎文安，程念陵.介质损耗变频测量装置的研制[J].测控技术，2002（10）：17-18.

[4] 严玉婷，文习山，陈巧勇，等.双极性过零比较法在线监测绝缘介质损耗角[J].高电压技术，2004（2）：34-36

[5] 刘敏，王克英.基于加窗双峰谱线插值的高精度FFT谐波分析[J].电测与仪表.2006（3）：20-23.

[6] Li Q， Zhao T， Siew W H. Definition and digital algorithms of dielectric loss factor for condition monitoring of high-voltage power equipment with harmonics emphasis[J].Generation，Transmission and Distribution，2005，152（3）：309-312.