试析配电变压器绕组故障在线诊断方法研究

张丽娜　葛云天　姚元建

摘要：变压器是电力系统中的重要组成部分，承担着变压和电能分配的重要任务，配电变压器的安全稳定决定着电力系统的可靠性和稳定性，变压器的故障诊断也成为当今研究的热点。本文结合配电变压器绕组故障的在线诊断方法，分析了绕组故障在线诊断系统的应用。

关键词：配电变压器；绕组故障；在线诊断

1 配电变压器绕组故障在线诊断方法

由于配电变压器检修特点的限制，大型电力变压器绕组的在线诊断技术不能满足配电变压器绕组故障的在线监测。相关研究表明，在得出变压器绕组故障正向计算结果后，可以应用绕组的短路阻抗对绕组故障进行判断，结合变压器绕组末端的电压和电流信号，对等效短路阻抗进行计算，判断绕组的故障。

单相双绕组配电变压器的等效电路如图1所示。

其中K_T表示配电变压器变比；K_TV1表示电压互感器TV₁的变比；K_TV2表示TV₂的变比；K_TA1表示电流互感器TA₁的变比；K_TA2表示电流互感器TA₂的变比；X₁、R₁、Z₁分别表示一次侧电抗、电阻、短路阻抗；X₁₂、R₁₂、Z₁₂分别表示二次侧绕组电抗X₂、电阻R₂、短路阻抗Z₂在一次侧的归算值；X₁₀、R₁₀、Z₁₀分别表示铁芯的电抗、电阻、激磁阻抗；E₁表示在一次侧绕组感应电势；U₁表示一次侧绕组入端电压；U₂表示二次侧绕组出端电压；U₁₂表示U₂在一次侧绕组的归算值；I₁表示一次侧绕组入端电流；I₂表示二次侧绕组出端电流；I₁₂表示I₂在一次侧绕组的归算值；I₁₀表示电流互感器TA₁二次侧输出电流；I₂₀表示电流互感器TA₂二次侧输出电流；U₁₀表示互感器TV₁二次侧输出的电压，U₁₀=U₁/K_TV1；U₂₀表示互感器TV₂二次侧输出电压。

之后结合变压器的阻抗矩阵可以得出变压器的阻抗参数，与正向计算结果对比，完成配电变压器绕组故障的诊断。

2 变压器绕组故障在线诊断系统

配电变压器绕组故障的在线诊断系统结构如图2所示。

该系统包括待测变压器、传感器、无线发送模块、电压电流互感器、变压器数据采集模块、无线接收模块和上位机。数据采集模块收集待测变压器一次侧和二次侧电压电流信号，无线数据传输模块将采集到的电压电流信号传输到上位机中，上位机对信号进行分析，对待测变压器的绕组短路阻抗进行测定计算，诊断待测变压器的绕组故障。

变压器绕组故障在线诊断系统主要采集变压器绕组末端的电压和电流信号，在硬件电路方面，应用64bit ARM单片机，应用可靠的互感器阵列，加上模拟信号的调理电路、模数转换电路和无线传输模块等，实现配电变压器一次侧和二次侧电压电流信号的采集。

在采集一次侧电压电流信号的过程中，应用EVT2-10电子式互感器，采集二次侧电压电流信号的过程中，应用TR11021c型电压互感器和Q125型电流互感器。另外，模数转换器是影响变压器信号采集质量的重要单元，主要应用同步采样的方法收集信息，转换器应用32bit模数转换器提高信息采集质量。系统中的上位机应用UTC1212无线收发模块，LCD显示应用320*680分辨率的正显LCD显示器。在模拟信号调理电路中对采集到的电压和电流信号进行适当的增益和滤波，保证满足实际测量电路的需求。硬件系统之后通过当地质量研究院标准电压源和电流源进行校正，将系统采集误差控制在±0.5%以内。

3 配电变压器绕组阻抗在线测量

在应用过程中，调节变压器的负载，收集配电变压器末端电压和电流信号，及时将信号传输到上位机，上位机故障分析系统对采集的信息进行计算，将计算结果和实验值对比，之后结合变压器的阻抗参数测量结果进行误差分析。

配电变压器绕组电阻和电抗与短路实验值对比，保证误差控制在2%以下，最终表明在线监测配电变压器绕组和电抗的研究方法是可行的，研究过程中出现的误差原因分析如下：

第一，在线诊断系统本身包含一定的固有误差。例如，电压互感器和电流互感器本身存在一定的想我误差和幅值误差。第二，实际应用中的配电变压器与试验用的变压器额定变比至今有一定的误差。第三，变压器在不同负载状态下励磁电流也会不同，导致测量结果的误差。

4 结束语

配电变压器是电力系统中的重要部分，它的运行直接关系着电力系统的安全稳定，为了供电质量和供电可靠性，需要结合供电实际，应用有效的在线诊断方法，实时分析配电变压器的绕组故障。