一种用于配电变压器绕组材质诊断的新方法

王太金，杨秋竹，张　民，李　磊，赵　博，辛月来，卢艳侠，要新占 ，孟宪忠

(1.国网吉林省电力有限公司四平供电公司，吉林 四平 136000；2.河北如电电气设备有限公司，河北 保定 071000)

1　问题研究背景及意义

随着经济的发展，各个领域的电力需求也逐渐增涨，需要用到更多的配电变压器。在过去几年中，配电变压器原材料市场价格大幅度提升，铜线的价格也大幅度上涨，变压器生产成本增加，但是在市场因素的影响之下，变压器销售价格却不能在短时间之内提升，因此，一些不负责任的企业在生产过程弄虚作假，用铝线替代铜线来生产变压器。依据我国现行标准的要求，对变压器绕组中含铝的数量有明确的要求。

这个问题逐渐延伸到了某些干式变压器的生产中，一些厂家采用半铝开展制造工作，比方说绕组一次是铝、二次是铜，或者绕组一次是铜，二次是铝，甚至严重的情况下，某些生产厂家实际生产中会全部使用铝线。这种以次充好的行为，会对变压器市场秩序造成严重的负面影响，不单单给消费者带来经济层面上的损失，也会对变压器运行安全性及稳定性造成影响。

研究人员针对变压器绕组材质展开了各个层面的研究工作，并取得了一定进展。最直接的方法就是对绕组进行破坏取样，然后进行金属化学成分分析。但是破坏性实验在实际应用中需要使用大量人力物力资源，也会花费一定时间，使电网运维工作的难度大幅度提升。研究人员使用直流电源来对变压器绕组通电，获得绕组的电阻时间曲线，再和其他标准曲线进行相互比较，从而得出结果，但是却将温度上升对绕组电阻造成的影响忽略掉，无法得到较好的效果。

除这些措施之外，也可以使用X射线探伤机械以及工业射线胶片来对配电变压器的绕组进行拍照，将得到的被测变压器绕组材料的X射线衰减系数以及透照厚度曲线和铜、铝的标准曲线进行相互对比。此种方法在实际应用中会产生辐射，对人体健康造成威胁，并且花费较多资金，在配电变压器运行现场使用这种方法并不方便。

因此，不拆解处于运行状态中的配电变压器，也不对绕组造成任何形式破坏的前提条件之下，掌握一种有效检测配电变压器绕组材质的技术很有现实意义。因为铜和铝本身的物理性质具有一定差异性，绕组材质的变化会对变压器体积、容量以及直流电阻等参数指标造成一定影响，本文基于这些绕组参数指标，提出一种判别变压器绕组材质的新方法。

2　绕组材质诊断工作的依据

电阻率是对导体导线特性的物理量进行描述，和导体的长度以及横截面积等因素之间并没有任何相互关系，单单和温度之间有一定相互关系。电阻温度系数指的是在温度出现变化的情况下，电阻数值出现的相对变化，不同材料的电阻温度系数是不同的，一般情况下实际用到的是平均电阻温度系数的概念。铜或者铝的电阻率和电阻温度系数依据现行标准的要求给出。

铜和铝热学以及电学性能存在一定差异性，如果同一种型号的配电变压器绕组使用的材质不相同，会对绕组参数造成一定影响。现行国际标准中明确地将设计和生产流程规定出来，同型号的配电变压器参数相对固定。假如说绕组材质发生变化，直流电阻也会发生变化，因此可以得出的结论是直流电阻和绕制材质之间的相互关系较为密切，在绕组材质发生变化的背景下，变压器的通流能力以及容量也会发生一定变化。再者，若绕组材质发生变化，想要保持变压器的电阻、损耗等参数维持不变，绕组导线的横截面积以及长度等参数必然发生变化，从而对变压器的体积造成一定影响。最终，因为不同类型材料的电阻温度系数不相同，不同材质绕组电阻温度上升曲线也是不相同的。总而言之，绕组直流电阻、容量以及质量等参数指标都和绕组材质之间有极为密切的相互关系。

在配电变压器绕组生产厂家造假的过程中，一般存在如下问题：(1)为了可以对铝质绕组变压器直流电阻以及损耗和同型号铜质绕组变压器相对应的参数指标相同，在变比以及铁心相同的情况下，一些厂家会将铝质导线的横截面积增大，这也会让变压器的体积增大，也有可能将线圈的匝数减少，也就是将线圈的整体长度减小，在此基础上就会对变压器阻抗电压造成一定影响。(2)为了保证变压器体积大致相同，某些生产厂家在造假过程中，会将铝线的横截面积减小，在此基础上会让绕组直流电阻以及损耗增大。或者是在对变比一致性做出保证的前提条件下，将线圈的匝数减少，从而也会使变压器容量发生变化。

本文将变压器直流电阻、容量以及电阻温升曲线等参数指标作为依据，来顺利完成绕组材质判断工作。将实验过程中得到的直流电阻、辅助参数等指标和标准数据库进行相互比较，把绕组参数分布概率密度曲线作为依据，再对绕组参数影响因子加以考虑，构建出概率分析模型，通过概率分析模型来对变压器绕组的材质进行判断。

绕组材质判断步骤：(1)对配电变压器的体积以及质量进行测量，再应用高精度直流电阻测试仪器对绕组直流电阻进行测量，然后测量短路阻抗得到变压器的容量。(2)应用短路法来对变压器进行加热，等到温度趋于稳定之后，再让变压器自行冷却，实时对温度和电阻数值进行测量，最终就可以得到电阻温升曲线。(3)最终将实验得到的结果和标准数据之间进行相互比较，综合各项判断依据，就可以将配电变压器的绕组材质明确地判断出来。

参考文献：

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[2]杜林,余欣玺,周年荣,王科,唐魁. 基于热电效应的变压器绕组材质鉴别方法[J]. 高电压技术,2016,42(07):2275-2280.

[3]余欣玺. 基于热电效应的配电变压器绕组材质检测方法研究[D].重庆：重庆大学,2016.