一种新的变压器绕组变形检测方法

姜云龙+姜德胜+叶风彩

摘 要：目前研究现状中各类变压器绕组变形检测方法都多多少少存在一定缺陷，仅仅通过单一信息对绕组变形状况进行检测已不可靠，因此，本文基于变压器振动信号和阻抗圆特性提出一种联合分析法。

关键词：绕组变形；振动信号；阻抗圆特性

引言

电力变压器是电网中极其重要的设备，担负着电压升降的重要作用，其运行状况直接影响到电力系统的安全稳定运行。变压器绕组变形或者破损是变压器故障中比较常见的故障，在变压器长期运行中，各种短路电流冲击都很容易造成变压器绕组变形或破损；在变压器运输、安装或吊罩过程中，意外冲撞颠簸和振动同样也容易导致变压器绕组变形，因此，及时准确了解电力变压器绕组变形或破损状况是极其重要的。

常见的绕组故障检测技术主要包括频率响应法、短路阻抗法和油色谱分析法等，然而前两种方法不仅对绕组的轻中度变形诊断准确度低，而且不能进行带电检测；油色谱分析法虽然可用于带电检测，但是对内部的机械结构并不敏感。随着研究的深入，大量的检测方法被提出，这些方法大体可以分为电类检测和非电类检测两种，电类检测如基于绕组漏磁场变化的方法、短路点抗值法等，非电类检测如振动信号分析法。然而各种方法都存在一些问题，为了保证检测结果的准确性，仅仅通过单一信息对绕组变形状况进行检测已经不可靠。

针对此，本文提出基于振动信号与阻抗圆特性联合分析的检测方法，电类检测采用振动信号法，通过检测提取振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线，进而计算得到电力变压器绕组各测点的诊断参考值的变化量；非电类检测采用阻抗圆特性法，利用变压器原副边的电压电流信息，做出电压降落与原边电流的关系图，即变压器的阻抗圆特性图，进而得到反映椭圆变化的特征量——偏移角。将参考值的变化量与偏移角的变化量加权，以此得到的结果来表示绕组变形的状态。最后，模拟实验验证了所提方法的正确性。

1振动信号法

变压器表面的振动主要来源于铁芯和绕组的振动，电力变压器稳定运行时，硅钢片的磁致伸缩引起了铁芯振动，由电流通过绕组时在绕组间、线饼间、线匝间产生的电动力引起绕组振动。

1.1检测点的确定

由变压器绕组振动的传播路径可知，绕组线圈的内部结构及受力方向在距离油箱顶面二分之一高度处，即油箱正面中的径向振动传递路径最短、幅值最高，故将其作为振动信号的采集位置。

考虑到采集变压器振动信号的全面性及准确反映变压器振源信息，按照变压器轴向振动方向，设置变压器油箱顶面为振动信号的检测位置。由于绕组线圈振动距离油箱侧面的轴向传递路径较远，且三相绕组到油箱侧面的距离不一致，且受噪声影响较大，频率特性保留不完整，故不在此面設置检测点。油箱采集位置如图1、2所示。

1.2 振动信号法实现

（1）同步采集各测点处的振动信号

（2）提取振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线

对于采集到的各个测点的振动信号，先通过短时傅里叶变换法分析振动频谱分布，并提取出对应的固有频率，振动频谱图上的每个峰值分别对应每一阶的固有频率。根据每一阶固有频率的数值，分别设计一个带通滤波器，并利用此滤波器再对振动信号进行滤波，最后得到对应的单频振动衰减曲线。

（3）以诊断参考值为依据，计算诊断参数平均值的变化量 ，变化量的大小反映绕组结构和位置发生形变的严重程度。

2阻抗圆特性法

变压器的阻抗圆特性，即变压器原副边的电压降落与原边电流的关系，该特性圆是相对于坐标轴有一定旋转（该旋转角为偏移角）的椭圆形，在变压器正常运行和故障情况下，对应阻抗圆特性的形状不同，根据偏移角的变化可以判断绕组结构和位置是否发生形变，以及形变的严重程度，该方法的具体实现如下：

（1）实时采集变压器分接头调节信号以及变压器原边、变压器副边两侧电压电流信号；

（2）根据采集到的电压电流数据，做出变压器的阻抗圆特性图

（ ）

其中， u1为原边电压， u2为副边电压， l1为原边电流；

（3）按图3所示的阻抗圆特性图中对应椭圆的偏移角 ，分别求出变压器负荷百分比不同，功率因数不同时对应阻抗圆的偏移角，由计算结果可知，在变压器正常运行情况下偏移角是保持不变的。

（4）以正常运行情况下的偏移角为基准值，进行偏移率变化量 计算，偏移率变化量的大小反映绕组结构和位置发生形变的严重程度。

3绕组变形检测

现用三相双绕组变压器的动态模拟实验来验证所述变压器绕组变形检测方法，变压器是由三个单相变压器组成的三相双绕组变压器（其中一相绕组分别人为设置不同程度变形），Y/d11接法，额定容量2kVA，原副边绕组电压均为220V，空载电流I0%=1.17，取 ，实验结果如下表所示。

由实验结果明显可以看出，基于振动信号法和阻抗园特性法的联合分析法能准确有效检测绕组变形状况。

4结论

1）针对电力变压器绕组变形的问题，将振动信号法与阻抗圆特性法相结合，构建联合分析诊断绕组变形模型，通过加权诊断参数平均值变化量和偏移率变化量，判断绕组是否变形以及变形严重程度。

2）通过模拟实验，验证了该方法对于变压器绕组变形诊断的有效性，为变压器绕组变形诊断提供了一种值得参考的方法。

作者简介：

姜云龙（1991—），男，主要从事电力变压器方面的运行与维护