频响检测技术检测变压器绕组变形分析

2018-08-01

防爆电机 2018年4期

(佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯 154005)

0 引言

变压器在运行过程中，因外部短路(尤其是出口短路)，而造成大、中型变压器损坏的事故时有发生，严重的威胁电力系统的安全运行。当变压器出口附近短路，绕组内部会遭受巨大的、不均匀的轴向和径向的电动力冲击，如果绕组内部的机械结构有薄弱点，将使绕组产生扭曲，鼓包或位移变形，严重时还会发生损坏事故。由于大中型变压器的动态热稳定性计算方法还不够完善，不能用突发短路的方法来试验，所以对变压器绕组进行变形测试是十分必要的。绕组产生变形后，其电感、电容等分布参数必然发生变化，通过检测这些分布参数的变化，就可检验出变压器绕组变形状况。其检测的方法包括“检测集中参数法”、“网络分析法”和“频响法测试技术”。本文就如何应用频响法测试技术检测变压绕组变形作如下论述。

1 频响法测量变压器绕组变形的原理

如图1所示，变压器绕组在较高频率的电压作用下，每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感(互感)、电容等分布参数构成的无源性双口网络，频响法测量变压器绕组变形是从变压器绕组一端对地注入扫频信号源(可以依次输出不同频率的正弦波电压信号)，测量绕组两端口特性参数，如输入阻抗、输出阻抗、电压传输比和电流传输比的频域函数。通过分析端口参数的频域图谱特性，判断绕组的结构特性。如果绕组发生机械变形后，绕组内部的分布电感、电容等参数必然改变，进而引起网络分析参数发生变化，这样就可以比较绕组对扫频电压信号的响应波形判断绕组是否发生变化，为简便现场只测量一种端口的参数，电压传输比只反映等效网络的衰减特性。是常测的参数之一。

图1 无源性双口网络

2 绕组频率响应的特性

2.1 频率低于10kHz时，频率响应特点主要由绕组电感来决定，谐振点少、对分布电容变化不灵敏。但当谐振峰发生明显变化时，通常预示绕组的电感变化或发生整体变形现象，一般表明线圈整体结构出现问题，可能会危及运行，应慎重对待，根据其他测试手段来重点分析判断。

2.2 频率超出1MHz时，绕组的电感又被分布电容所旁路，谐振点也会相应的减少，对电感变化不灵敏，当测试频率提高，谐振峰发生明显变化时，通常预示着绕组的对地电容的改变，因为在高频条件下，绕组的感抗增大的影响相对较低，故对地电容的改变是影响该频段频响特性的主要因素。

2.3 在10kHz～1MHz的范围内，分布电容和电感均起作用，具有较多的谐振点，能够灵敏反映分布电感、电容的变化，因此在测量变压器绕组变形时，扫描信号源选用10kHz～1MHz之间的频率，具有1000个左右的线性分布的扫描点，可以有效的测量出绕组的变形状况。对于那些遭受突发短路电流冲击的变压器，如果其谐振峰频率的分布与短路冲击前有较大变化，通常可认为绕组发生了局部变形的现象。

3 试验接线

试验接线如图2所示，将变压器绕组变形测试仪信号输出端连接到变压器绕组的接线端子(A、B、C、a、b、c)上，输入信号接到中性点(O)上。并将输出端和输入端卡钳的接地端子用裸铜线就近连接到变压器的接地线上，为了保证测测量结果的有效性，一定使用专用的测量接线及接线端子(接地电阻必须小于1Ω)。测量时，分别对高压侧、低压侧三相绕组逐相测量，顺序见表1。

图2 试验接线图

表1 变压器绕组频响测量次序表

4 频响法诊断变压器绕组变形的分析方法

用频响法测量变压器绕组变形是通过分析端口参数的频谱图来进行的。图3(a)是变压器绕组变形的典型频谱图，图3(b)是绕组正常时的频谱图，通过两图的对比可见，当绕组出现变形时，绕组的频谱曲线中会出现若干谷点和峰点见图3(a)，这些谷点和峰点是在不同频率下绕组中出现谐振的必然结果。谐振是由于绕组电感和线饼间电容引起的。一台变压器制成后，绕组的频谱曲线就确定了见图3(b)，而当绕组发生变形时，分布参数发生变化，改变了绕组的部分电感和电容，即改变了电阻的转移阻抗值，这时所测的频谱曲线就会出现图3(a)、图3(b)两图的差距，以此差异即可判断变压器绕组存在变形。