变压器绕组变形测量仪校准方法研究

林翔

摘要：为了保证变压器绕组变形测量仪在变压器检测过程中的量值准确可靠，本文在分析其内部结构和工作原理的基础上，提出了变压器绕组变形测量仪的校准方法，并指出了校准过程注意事项。为此类仪器的溯源校准提供参考，对保障电力变压器的安全可靠运行具有重要意义。

关键词：变压器;绕组变形;测量仪;校准方法

0 引言

变压器绕组变形测量仪，是用于分析电力系统中电力变压器绕组形变程度的综合测量装置[1]。测量仪采用的原理主要有频率响应方法、低电压短路阻抗方法、扫频阻抗方法和振动信号方法[2-3]。基于频响法的变压器绕组变形测量仪因其检测效果好，在变压器运行维护中起到重要作用，但现阶段没有针对性的国家检定规程或校准规范进行变压器绕组变形测量仪的量值溯源，为了保证变压器绕组变形测量仪在变压器检测过程中的量值准确可靠，研究针对此类测量仪的校准方法具有重要意义。

1频率响应法原理

大量的电力试验表明，假如试验电压的频率值高于1000Hz时，电力变压器铁芯的磁导率处于较低水平，可忽略其影响，在该电压频率下绕组可简化为由电阻（线性）、电容、电感（互感）等分布参数元件组成的无源线性双口网络，其传递函数的零极点分布与网络结构和元件参数相关[4-5]。图1中的L、K和C分别代表绕组单位长度的分布电感、分布电容（匝间）和对地电容，当绕组出现一定程度的机械形变后，L、K和C的参数会出现相应程度的改变，其对应的传递函数需要重新确定，导致了网络的频率响应特性出现改变[6-8]。频率响应法基本原理即为根据检测变压器绕组的幅频特性，并将实测曲线与正常测试曲线进行比较[9]，最后两者在纵向和横向比较结构，综合判断变压器绕组变形程度。

2 变压器绕组变形测量仪

2.1内部结构

变压器绕组变形测量仪采用分体式结构，主要由笔记本电脑与主机构成仪器基本测量系统，主机主要由扫频发生器，两个信号采集通道（参考端与响应端），通讯模块及相关接口等设备组合而成，笔记本电脑主要安装了测试仪上位机软件，通过相关通讯协议实现与测量仪器通讯，其主要结构如图2所示。

2.2 工作原理

变压器绕组变形测量仪的激励端通过扫频发生器产生一组电压幅值不变频率由低至高增大的正弦电压施加到被检测的变压器绕组的其中一端，测量在频率由低至高增大条件下响应信号端的电压和参考信号端的电压的电压幅值之比，根据两者不同频率的电压比值绘制出幅频特性曲线，其工作原理如图3所示。由响应信号端的电压和参考信号端的电压两者电压幅值的的比值经下式（1）计算，可得幅频特性曲线。

3 校准方法

根据变压器绕组变形测量仪的工作原理和使用要求，分析得出其关键的参数是衰减量与扫描频率，校准项目包括幅频响应衰减量、扫描频率与安全性能（绝缘电阻和介电强度）。

3.1 幅频响应衰减量校准

幅频响应衰减量校准采用同轴标准衰减器与高频电压表组合的校准装置作为标准器，校准接线如图4所示。测试仪需要设置扫描频率值，并启动测试。

高频电压表测量参考信号端的电压有效值和响应信号端的电压有效值，并按式（2）计算幅频响应衰减量实测值。

3.2 扫描频率校准

扫描频率校准项目采用频率计作为标准器，扫描频率校准接线如图5所示。测量仪设置扫描频率值，调整频率计到合适量程，然后启动被校测试仪。

频率计的示值即为实测值，测试仪的扫描频率示值误差用式（4）表示。

3.3 安全性能

3.3.1 绝缘电阻

测量仪电源回路与仪器接地极之间的绝缘电阻应不小于MΩ。

3.3.2 介电强度

测量仪电源回路与仪器接地极之间应能耐受2.0kV工频电压1min，无飞弧和击穿现象。

4 校准过程注意事项

4.1 测试线要求

变压器绕组变形测量仪应采用波阻抗为50Ω的同轴屏蔽电缆作为专用测试线。由于测试电压频率较高，为了减少测试线杂散电容对检测结果的影响，應采用长度较短的测试引线。

4.2 标准器要求

幅频响应衰减量校准项目采用同轴电阻式衰减器与高频电压表组合的校准装置作为标准器，其中衰减器的衰减值应覆盖范围为0dB～80dB，准确度等级为2级;高频电压表交流电压测量至少应覆盖范围为0V～100V，准确度等级为2级。

扫描频率校准项目采用频率计作为标准器，频率值测量应覆盖范围为10Hz～1MHz，准确度等级为2级。

绝缘电阻校准项目采用准确度等级不低于10级，额定电压500V的绝缘电阻表。

介电强度校准项目采用准确度等级不低于5级，输出电压不小于2kV的耐电压测试仪。

5 结语

本文分析了变压器绕组变形测量仪的内部结构与工作原理，提出了基于频响法的变压器绕组变形测量仪的校准方法，并指出校准过程注意事项。为此类仪器的溯源校准提供参考，对保障电力变压器的安全可靠运行具有重要意义。

参考文献：

[1].何平，文习山.变压器绕组变形的频率响应分析法综述[J].高电压技术，2006（05）：37-41.

[2].孙翔，何文林，詹江杨，郑一鸣，刘浩军，周建平.电力变压器绕组变形检测与诊断技术的现状与发展[J].高电压技术，2016，42（04）：1207-1220.

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[4].林剑，马明，龚列谦，夏晓波.变压器绕组变形的频率响应分析法研究及实测中影响因素分析[J].电力学报，2010，25（03）：225-227+238.

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[9].姚森敬，邝红樱.横向比较法在变压器绕组变形测试中的应用[J].广东电力，2000，13（4）：11-14. DOI：10.3969