基于磁场耦合的变压器绕组变形在线检测方法研究

潘晓华，司占义，姜 铄

（1.国网山东省电力公司临沂供电公司，山东 临沂 276000；2.中国电建集团核电工程有限公司，山东 济南 250102；3.国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引 言

为提高供电可靠性，发展状态检修随机数是电力设备运维的趋势。针对变压器绕组变形检测，目前国内比较成熟的检测方法是频率响应法。此方法离线检测时，变压器必须退出运行，而且检测耗时耗力。目前，在线检测方法多处于实验室研究阶段，如西安交通大学提出的基于对比短路阻抗值变化的在线阻抗法，国外学者提出的基于对比变压器振动特征量的振动法[1-3]。

为实现基于传递函数法的变压器绕组变形在线检测[4]，获得绕组网络幅频响应曲线，关键问题之一是获得指定激励端和响应端的信号。变压器带电运行时，检测信号不能直接从变压器套管注入和检测，同时存在工频信号干扰和电网其他设备等的影响。针对存在的问题，本文提出使用磁场耦合方式来注入和检测信号的方案，并在中国电科院某220 kV单相变压器真型平台进行了验证实验。

1 变压器绕组信号的注入和响应检测方式

1.1 信号的注入

利用磁场耦合的方式从中性点将电流源激励注入变压器，如图1、图2所示。将罗氏线圈套在中性点套管引出线上，然后施加正弦扫频信号，观察分析中性点感应到的电压信号强弱是否满足要求。

图1 通过磁场耦合注入信号的接线

图2 通过磁场耦合注入信号的电路

1.2 响应的检测

考虑到实际中并非所有变压器套管都有末屏，即使有，一般也不允许断开套管末屏接地。所以，本文选择在套管根部利用罗氏线圈检测电流信号作为响应。

2 实验平台及实验过程

2.1 实验平台

实验所用变压器为中国电科院220 kV变压器真型平台。该真型平台拥有一个高压绕组（两个并联的220 kV高压套管分别是A端和A´端、1个35 kV中性点套管，X端）和一个低压绕组（两个10kV套管，分别是a端和x端）。利用此实验平台进行变压器不带电实验，验证信号注入和响应检测方式的可行性。

2.2 从套管根部检测响应信号

2.2.1 实验接线

图3为实验接线原理图，高压绕组通过一个330 Ω电阻接地，用来等效变压器运行时的外部设备，ch1、ch2、ch3、ch4是需要用示波器监测的信号，示波器使用64通道平均模式采样。

ch1为施加在10匝罗氏线圈上的电压信号，激励源为TDT6U型变压器绕组变形测试仪（以下简称变形仪）；ch2为在中性点套管X上感应到的电压信号；ch3为电阻上的电压信号；ch4为A套管根部柔性电流传感器检测到的响应信号，通过信号放大器放大32倍。

2.2.2 实验过程

首先，利用变形仪按照离线检测方式获得高压绕组幅频响应曲线。

其次，按本方案原理图接线，通过变形仪产生频带范围在1kHz～1MHz的正弦信号，记录不同频率下ch1、ch2、ch3、ch4的数据，部分数据如表1所示。

观察到响应信号较小，通过增加匝数的方式增大中性点感应到的电压信号。中性点引出线在10匝罗氏线圈上绕10匝，使得罗氏线圈原边和副边匝数比变为1:1。罗氏线圈检测到的信号不再接信号放大器，而是直接接在示波器上，通过变形仪产生频带范围在1kHz～1MHz的正弦信号，观察并记录不同频率下ch1、ch2的信号。

图3 套管根部检测响应信号接线原理

3 实验结果分析

分析表1中的ch2数据，实验所用罗氏线圈可以在中性点上感应到1V左右的信号，且频率越高，越容易注入。

表1 示波器各通道电压信号

分析表1中ch4数据，在1～100 kHz内，响应信号很弱，6 kHz下的信号波形如图4所示。在100～1000 kHz，响应信号较强。在中性点接地线绕10匝后，在中性点感应到了10V左右的电压，响应信号明显增大，说明要想得到信噪比高的响应信号，需要增大注入信号的幅值。

若以表1中ch2信号作为输入，ch3信号作为响应，由于变形仪的扫描频率间隔为1kHz，而本实验中频率间隔较大，与变形仪所得幅频响应曲线相比会漏掉一部分频率谐振点，但二者曲线趋势基本一致。

图4 6 kHz下示波器截图

4 结 论

通过磁场耦合方式从中性点注入激励信号，从套管根部检测响应是可行的。在100 kHz～1MHz频带内，响应信号信噪比较大。进一步在变压器带电情况下验证，主要考虑工频信号的干扰、外围设备的影响等，获得了对数频率响应曲线，可为下一步变压器绕组变形在线检测提供参考。