基于频率响应法的变压器绕组变形试验分析

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  摘 要:本文从基于电力的变压器在绕组形变过程后产生的相应层次结构的不同出发,对其试验结果数据进行分析。在电气设备中发挥重要作用的是变压器,变压器有一个重要的特点就是绕组变形,而且变形程度随着机械力的大小不同而产生差距。因此,本文介绍了应用频率响应测试法分析变压器绕组变形应用技术,以及利用一些曲线的特殊特征进行比较,在本论中,进行了变压器的一些特征实验,来精确的判断绕组变形,同时也举出了一个实例来进行验证。
  关键词:电力变压器;绕组强度控制;试验;频率响应;绕组变形;频响特性
  中图分类号:TM406 文献标识码:A 文章编号:1004-7344(2018)12-0028-02
  1 引 言
  电力系统在现在社会发挥着越来越重要的作用,在电力系统中的重要组件便是变压器,变压器发生绕组变形情况越来越频繁,导致发生的主要因素主要在于不小心的碰撞,或者电动力的作用,当一直承受这些力的挤压作用时,变压器发生绕组变形将会越来越严重,有时会发生突发性的损坏事故等等。因此,绕组变形对于变压器来说,是一个巨大的破坏。绕组变形可以分为两类,纵向和横向。有整体的位移,部分下陷,甚至是部分突起鼓出,略微扭曲,以及匝间短路等形式。为了防止这些状态异常无法稳定的变压器造成不必要的损失,在保证不使变压器发生解体的情况下,对其绕组变形进行检测是非常重要的。不同的试验数据表明,频率响应法对绕组变形较为灵敏,测试较为准确,波形的重复性和稳定性强,能够非常可靠的评估绕组变形。
  在现在社会的高速发展中,电力系统容量在不断的扩大,变压器绕组变形发生的也越来越频繁,因此,我们要研究一系列的方法来探究变压器发生的问题-绕组变形。当前,对于变压器绕组变形主要从三方面来进行,一方面是参数检测法,主要是对变压器的参数进行分析,但是此方法精确度要求极高,一般达不到所需要的检测灵敏度,另一方面,为频率响应法,此方法应用最广泛,也最能达到要求,最后一方面是低压脉冲法,此方法与参数检测法一样,存在着许许多多的不足。相比较这三种方法,频率响应法检测的时候灵敏度高,稳定性也比较高,是一种比较合理的方法,因此在电力系统中。变压器的绕组变形主要通过频率响应法来进行检测。
  2 频率响应分析法
  通过上面的分析,变压器的绕组变形主要是通过频率响应法来进行检测,将变压器的频率响应特征来进行检测分析,从而得到特性曲线,然后再进行各方为的比较,比如横向,或者纵向,来近一步的判断绕组变形的程度,将这些特性曲线来对变压器变形情况来进行描绘出来,着也就是所谓的频率响应法。变压器的里面的组件情况都是不会发生变化的,因此着也就意味着变压器的电容是不会变化的,通过在变压器的一侧施加一定程度的电压,频率发生一定的变化,利用频率响应的方法对特性曲线进行探究,从而得出一系列的变压器的绕组变形的情况。
  频率响应特性是根据变压器绕组变形情况而发生变化的,绕组变形程度越大,频率响应特性发生的变化也就越大。那么相应的变压器的一些特性也就发生很大的变化,因此通过以上的研究,我们了解到频率响应法分析,最关键的就是要得到频率响应特性曲线,从而才能就行下一步的分析,此方法所用到的设备主要是TDT5变压器绕组变形测仪,对于变压器绕组变形,频率响应法可以说是检测的最好的一种方法,已经得到大范围的应用。
  2.1 变压器绕组变形特点
  变压器绕组变形的发生会导致很多意外情况的发生,比如严重的话,会造成停电,甚至将变压器进行烧毁,因此变压器绕组变形发生的因素很多,比如机械力的碰撞,或者短路等等,在这些因素中,主要的应该归结于内部电动力,它对变压器绕组变形起到重要的决定作用,但是也有许许多多的原因是在于变压器本身的问题,比如变压器的制作上存在不规范,内部強度不够,抵抗力不足等。
  2.2 函数形式
  假定激励源Us的频率为f,控制变量,将其数值从低加高;观察并记录另一端的响应电压U2和激励端电压U1信号的幅度峰值比例,得到幅度和频率的特征数据。为方便计算,将记录下来的电压的幅度峰值用对数形式进行表示。可以得到函数H(f)=20log[U2(f)/U1(2f)]。
  2.3 试验步骤
  在这个绕组变形试验的步骤基本如下:
  (1)对即将进行测量的变压器的输入端和响应端进行确定,并将该变压器绕组的开关调整至最大的分接位置处。
  (2)对于用于输入和用于检测的电缆的接地屏蔽线,需要连接到被测量的变压器的外壳旁,同时要保证该线的长度和无环无缠绕;对于变压器的外壳而言,接触电阻要小于等于1Ω。
  (3)对用于输入和用于检测的电缆,要使用线夹将其分别与选中的输入端和响应端的套管端头相连接。
  (4)同时使用电缆,对仪器的相应端子基于频率响应法的变压器绕组变形试验分析本文从基于电力的变压器在绕组形变过程后产生的相应层次结构的不同出发,对其试验结果数据进行分析。
  (5)运行对应的检测程序,在对被测量的变压器的测量参数进行相应初始化后,点击相应按钮启动测量。
  2.4 对于数据正确性的检测
  对于测量得到的被测变压器不同绕组压力的频率特性函数和绘制的响应曲线而言,为了确定其数据的真实可用,保证其正确性,应当进行一下检测(重点对低压部分进行检测):
  (1)同一被测变压器,相同电压条件下,将三相绕组和同相绕组多次测试数据的曲线进行对比,如果有偏离较大的绕组曲线,应当再次确认其接线的正确性和接触性能,并且重新测量。防止因为操作过程中操作员的原因导致的错误。
  (2)如果对数据监测发现得到的曲线并不光滑平整,而是有比较多的毛刺,应当对接线的情况进行观察,排除接触不良和连接部位线中断的可能性。
  (3)如果对数据监测发现三相绕组的一致性不好,应当首先判断作为对比的历年频谱曲线是否存在历史缺陷。   (4)如果对数据监测发现纵向对比一致性较差,应当判断接地线的连接可靠程度。
  2.5 对数据的定量分析
  对于判断被测量变压器的绕组状态,可以采用绕组前后变形的频率响应特性曲线的相关系数对比,综合对曲线上采样点的均方差估计值进行定量的分析,描述不同测量曲线的一致程度和差值。
  3 对测量数据的定性分析
  除了通过测量得到的数据,关系数和均方差,进行定量的判定,还可以通过对波形图中特征点的位置和数量变化来定性判断绕组的变形情况,例如峰值位置,位移情况等。
  3.1 独立的波形数据分析
  不同频段的频率响应特征曲线峰值的位置特征不同,因此从频段对绕组进行划分和分析。
  (1)分别计算相分析(频率范围在1~100kHz)。在较低频率范围内,不同曲线特征值的偏移代表着不同的含义。峰值和最低点位置左移表示轴向压缩,右移表示幅向鼓包。如若趋于分散,则表示绕组纵向整体移位。如若整体曲线都向左偏移,则表示绕组横向整体移位。由此可知,绕组电感对于曲线特征量偏移影响较大。
  (2)中频段绕组变形分析(频率范围在100~600kHz)。在较高频率范围内,峰值和最低点位置的变化则代表了不同的含义,左移右移分别表示了匝间扭曲和部分鼓包现象的出现。由此可知,绕组电感和电容对于曲线特征两偏移影响都比较大。
  (3)高频段绕组变形分析(频率大于600kHz)。在高频率范围内,曲线的整体变化会说明绕组的局部结构特征发生了变化,表示了整体位移和引线位移现象的出现。由此可知,绕组感抗和容抗对于曲线特征两偏移影响比较大。
  3.2 复合的波形数据分析
  (1)比较方向:纵向。纵向比较法指的是变量为时间;而控制受测变压器,分接开关位置,绕组和检测方式都保持不变,得到的一组频率特征响应曲线。该类方法得到的数据生成的曲线对比性比较好,判断准确,测试灵敏,但是需要较充足的原始数据,检测条件对曲线影响比较大。
  (2)比较方向:横向。横向比较法指的是变量是同侧三相频响曲线。由于该类曲线所反映的三相绕组在不同变压器之间结构的一致性和可比性,因此该类曲线能够较好反应变形情况。该类方法无需原始数据,但是需要充分考虑三相相似变形和同厂家同批次产品设计差异等本身固有差异的影响。
  (3)相关系数判断如表1注:TDT5测试系统的结果诊断功能中引入了相关系数的概念,它能以量化(即相关系数R)的形式直观地给出所比较频响特性曲线间的相似程度。R的值越大,曲线间的相似程度也就越好。表1相关系数判断表其中:如表1所示。
  表1給出了相关系数判断表,通过它,我们可以明白相关系数可以判断变压器绕组变形的大体情况。根据频率的大小来决定变形的严重情况。当出自按严重变形的时候,就要严格进行监督,定时安排检修。必要的时候更换变压器,以防危险事故的发生。
  4 案例分析
  下面的案例来自于海南省海口市某变电站,它的电压在110kV,通过此案例,主要应用了频率响应法来对变压器绕组变形的情况进行了研究,在次实验中,变压器曾遇到了雷击,对变压器造成了严重的绕组变形,通过频率响应法来判断变形的严重程度,最大程度的保障变压器的正常操作。SFSZ8-31500/110是此变压器铭牌产品的型号,额定容量:31500/31500/31500kVA额定电压:110±8×1.5%/38.5±2×2.5%/11kV联结组标号:Yn,Yn0,d11。
  4.1 绕组变形试验
  TDT5变压器绕组变形测试仪是次案例采用的检测设备,通过进行检测实验,从而得到频率响应特性,进一步来推测出变压器绕组变形的情况。
  进行绕组变形试验后发现:高压绕组三相间最大差值为1.9dB,中压绕组相间差值最大为2.9dB,低压绕组相间差值最大为3.2dB,均小于表2正常值3.5dB。
  4.2 试验结论
  此实验是一次全新操作的实验,很多都没有与原始的进行对比,通过频率响应特性得出的变压器绕组情况的严重程度,只能通过横向比较,根据应用法则等等方法,发现得出的结论是差异度都特别小,均小于3.5dB,这个结果也就说明,变压器的绕组变形很小,几乎没有,此变压器可以进行正常的应用,没有什么危害。因此我们可以知道,频率响应法是检测变压器绕组变形的比较好的一个方法。
  5 注意事项
  通过上述分析,我们了解到变压器绕组变形,频率响应的方法是检测变形程度最好的一个方法,主要变现出极高的灵敏度,然而在真正检测的过程中,由于方法的不同,变压器的一些数据也不太真实,假如仅仅根据绕组变形的差异值就去判断变形的严重情况显得有点不太科学,因此有测试方法不同可能会导致不同的变压器绕组变形情况,在进行检测的实验过程中,需要注意一些基本的事项。
  接地线的正确连接,高,中,低压侧绕组频率响应特性与变压器的装设接地线的正确连接存在较大的因果关系,因此要正确的连接地线。电缆的好坏也应该时常的进行检测,当发现电缆损坏应该及时更换,同时被试绕组接触也应该良好。最好是在最大分接位置上进行实验,在进行操作过程中,三相绕组的频率响应特征不太一样的时候,此时应该认真检查装置设备,一职检测到两次结果相同时才停止,最后,应该保证三相试验引线一致。
  6 结 语
  本论文从频率响应分析法的简介,变压器绕组变形特点,函数形式,试验步骤,对于数据正确性的检测,对数据的定量分析,对测量数据的定性分析,包括独立的波形数据分析,复合的波形数据分析,以及案例的分析实验,最后提出了一系列的注意事项等等各方面来进行了分析。通过上面的分析,变压器的绕组变形主要是通过频率响应法来进行检测,将变压器的频率响应特征来进行检测分析,从而得到特性曲线,然后再进行各方为的比较,比如横向,或者纵向,来近一步的判断绕组变形的程度,将这些特性曲线来对变压器变形情况来进行描绘出来,着也就是所谓的频率响应法。此方法是检测变压器绕组变形的一个独特的方法,通过频率响应法,即时对变形情况进行分析,从而在一定程度上避免重大事件的发生,频率响应法的一个独特的优势在于极高的灵敏度,抵抗能力强,因此受到很多电力公司的热爱。此方法所用到的设备主要是TDT5变压器绕组变形测仪,对于变压器绕组变形,频率响应法可以说是检测的最好的一种方法,已经得到大范围的应用。预计将来会对电力公司变压器上面产生比较大的贡献。
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  收稿日期:2018-3-24
  作者简介:蔡建昌,男,工程师,大专,主要从事变压器试验工作。
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