电力变压器绕组变形检测与诊断技术的现状与发展分析

邢春德

（国家新闻出版广电总局七六三台，吉林 桦甸 132400）

1 离线方法及其应用

当前国内外的变压器绕组形变检测，通过大量的实践研究形成了三种比较成熟的离线检测方法，分别是短路阻抗法、低压脉冲法和频响分析法。这些方法在对变压器的绕组形变进行检测时，主要是将变压器的内部绕组看作一个线性的阻抗，然后结合无源线性网络对其内部的参数进行检测和分析。

1.1 短路阻抗法

短路阻抗法指的是在变压器短路时其内部的阻抗为零。这一情况下，可狭隘地将变压器输入端的等效阻抗视为短路阻抗。短路阻抗主要分为电阻分量和电抗分量。在当前的变压器中，电阻分量一般情况下占据的阻抗比例较小，电抗分量是主要内容。对于变压器的短路电抗分量，正常情况下因绕组形状，往往会造成变压器的漏电抗出现变化，从而造成变压器的短路阻抗数据发生变化。在对变压器进行绕组变形检测时，通过短路阻抗法能够对其变形情况进行检测，同时根据电抗的变化情况判断其绕组变形状况。具体地，即对比短路阻抗和变压器的政策数据，或者对其数据的变化趋势进行判断。

1.2 低压脉冲法

低压脉冲法是目前变压器短路测试的标准方法。测试时，它主要是通过现场试验对其数据进行判断。低压脉冲法测试的基本原理为：在对变压器施加高频电压时，其内部的铁芯磁导率和空气几乎等同，而绕组本身可以看作是一个线性电阻。在绕组发生形变后，其等效电路中的阻抗分布也会发生变化。若在绕组的一段施加低压脉冲信号，往往会在另一端得到对应的响应信号。通过分析响应信号的变化情况，能够判断绕组的变化状况。对于低压脉冲法测试，它在测试过程中能够在短时间内判断其变化情况。随着重复频率的增加，它的测试结果准确性也将大大提高，而测试结果需通过绕组的网络参数变化情况进行判断[1]。

1.3 频响分析法

频响分析法打破了低压脉冲法测试过程中的一些缺陷内容。这一测试方法主要通过变压器绕组运行过程中的频响特性对其变形情况进行判断。频响测试主要是通过侧接入能够进行连续性变化的正弦波，获得不同频率波段下的响应电压和激励电压，然后通过这两组数据的比值得到绕组的频响特性。

频响分析法应用中主要是借助函数幅度谱对其绕组的状态进行判断。随着对这一检测方法的研究深入，逐渐引入均方差等，并结合传递函数等，对其变压器的绕组变化情况进行判断。此外，引入了小波分析技术等，提高了频响分析法结果的准确性。

1.4 离线测试方法对比分析

通过对三种方法的应用和特点进行分析可知，三种分析方法分别具有各自的优缺点。在选择检测方法时，需要结合变压器的实际情况进行判断。第一，LVI检测方法在检测时能够快速准确地判断绕组的变形情况，但进行现场检测的过程中，其对周围环境的影响抵抗力较差，因此在出现其他因素干扰时往往会出现错误判断。第二，对比FRA和LVI两种检测方法，尽管在灵敏度等方面有所差异，但FRA检测方法的稳定性更强，且其对周围影响因素的抵抗能力更高。在进行现场检测时，FRA检测方法能够更加准确地判断绕组的变形情况，且设备体积较小、重量较轻，能够保证设备快速投入使用。但是，这一检测方法对检测人员具有较高的专业水平限制，这是这一检测方法使用受限的主要原因。第三，短路阻抗法在进行检测时采用统一的接线方式，对检测结果具有一定的灵敏度，但由于其灵敏度相对较低，目前已经很少使用[2]。

2 在线方法和对比分析

在当前的变压器绕组变形检测技术中，在线测试分为电量和非电量两种。非电量检测方法有超声波和振动方法两种，而电量检测方法主要是频率响应法和短路阻抗法两种。

2.1 超声波检测法

超声波检测法在检测时主要是通过探头对变压器内部的绕组变化情况进行检测，在同步信号下将超声波传输到变压器的内部绕组上，根据超声探头收集到的反射波对绕组的变形情况进行判断。数据的判断主要通过超声波在变压器内部的一次往返时间进行确认。这种测试方法是基于变压器绕组上的每一个点到邮箱表面的距离是固定的，在发生绕组变形后，其距离会发生一定变化，通过超声波能够对其距离进行确认和分析。

2.2 振动法

振动法主要通过振动传感器对变压器的振动情况进行检测。在测试过程中对变压器内部的绕组和铁芯情况进行判断，若变压器的绕组正常，其振动变化情况不会发生特殊变化。一旦存在绕组发生变形问题，其振动传感器传出的数据将具有一定的差异性，然后通过振动传感器的数据分析，能够确认变形情况和变形位置。

2.3 在线频率响应法

变压器在每天运行过程中会发出各种各样的信号，如运行过程中的负荷变化、故障后的重新合闸等。这时变压器内部会传出不同的对应信号，通过对这些信号进行检测能够判断变压器的运行状况。变压器附近的暂态电压和电流同变压器本身的运行状况具有紧密联系，通过对这些信号进行收集和整理，能够得到变压器正常运行下的各种参数，然后通过暂态分布曲线将正常情况下的变压器周围暂态信号和异常状态下的信号进行对比，能够发现变压器绕组发生变形时对应的频率响应特性，从而对变压器绕组进行在线监测。

2.4 在线短路阻抗法

在线短路阻抗法的应用主要是借鉴与电力变压器运行过程中存在的等效短路阻抗，通过计算变压器的电压和电流输出值，得到变压器内部的等效短路阻抗值，然后对这一阻抗值进行实时检测判断变压器内部的绕组是否发生形变。短路阻抗的计算方法往往受到励磁电流的影响，常见的算法主要有三种。第一种是在变压器空载和负载情况时，通过两种情况下的测量得到变压器运行过程中的短路电抗大小。第二种是采用任意两个负荷电流对其进行检测。第三种是在忽略励磁电流的影响下，建立对应的回路平衡方程，通过系统辨识技术的应用对短路阻抗中的电阻和漏电感进行测试，然后通过短路实验数据等，修正计算方程得到的结果，从而得到相对准确的测试数据[3]。

2.5 在线测试方法对比

首先，超声脉冲反射法测试过程中的操作相对简单，且测试的直接性更好。但是，由于这种方法在有油和无油时的测试结果具有较大差异，且受温度影响较大，目前的使用限制较大。其次，振动法在使用过程中不会同变压器产生任何的连接，因此测试过程安全系数高，但其目前无法通过准确的数据对绕组的变形状态进行准确判断。再次，在线频率响应法在使用过程中继承了离线频响法的相关优点，对绕组变形情况的算法进行了更新，有效提升了测试结果的准确性，但其在使用过程中无法对特征量进行判断，使得其无法定量判断变压器内绕组的形变情况，且对于不同的变压器，其测试结果存在较大的差异性。最后，基于短路阻抗法的变形检测是当前应用最广泛的一种检测方法，其测试方法相对简单，但测试结果的准确性和稳定性较低，需要通过完善测试平台来提高测试准确性[4]。

3 结 论

综合所述，当前的变压器绕组变形检测和诊断技术经过长时间的发展形成了多种测试技术。目前，离线检测方法已经比较成熟，进行检测时需要保证变压器处于非运行状态，检测时产生的危险较低，但会造成当地出现断电等情况，影响人民的日常生活和生产用电。而在线监测方法在诊断过程中不会造成变压器停止运行情况，能够提高电力企业运行的自动化和智能化，是未来变压器监测发展的主要方向之一。

[1] 甘锡淞，李 云，傅成华，等.基于信息融合和CSSVM的变压器绕组变形故障诊断方法研究[J].电力系统保护与控制，2018，46（1）：156-161.

[2] 李杰华，孟 艳，温红旗，等.变压器绕组变形综合诊断分析系统研究与实践[J].变压器，2017，54（7）：33-36.

[3] 徐建源，陈彦文，李 辉，等.基于短路电抗与振动信号联合分析的变压器绕组变形诊断[J].高电压技术，2017，43（6）：2001-2006.

[4] 张 宁，朱永利，李 莉.频响阻抗法诊断变压器绕组变形[J].电测与仪表，2016，53（10）：32-38.