頻率響應法在線監(jiān)測變壓器繞組變形

1、電氣開關）（）文章編號：（）一頻率響應法在線監(jiān)測變壓器繞組變形孫國繁，陳建杰，張世魁（山西省電力公司運城供電分公司，山西運城）摘要：提出頻響法在線監(jiān)測變壓器繞組變形原理，簡要分析和介紹了分布參數(shù)模型，用一臺配電變壓器進行試驗研究，在變壓器一次側(cè)輸入諧波電壓，對輸出電壓信號進行分解，分析其幅頻、相頻特性，結(jié)果證明頻響法在線監(jiān)測變壓器繞組變形是有效可行的。關鍵詞：變壓器；繞組變形；頻率響應；在線監(jiān)測中圖分類號文獻標識碼：扣，（，）：，鋤，：；引言變壓器是電力系統(tǒng)的主要設備，其正常運行對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和供電可靠性具有十分重要的意義。根據(jù)變壓器事故統(tǒng)計分析，繞組損壞是變壓器的事故重點。變壓器繞組

2、的機械變形是一個累積過程，變壓器繞組經(jīng)多次沖擊積累，極易在某次短路沖擊下，造成繞組失穩(wěn)損壞。為了能夠及時發(fā)現(xiàn)變壓器的事故隱患，避免事故的發(fā)生，保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和供電可靠性，開展變壓器繞組變形在線監(jiān)測原理和算法的研究，不僅具有重要的理論意義和工程實用價值，而且具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。繞組變形監(jiān)測研究現(xiàn)狀變壓器繞組變形的傳統(tǒng)檢測方法有短路阻抗法、低壓脈沖法、頻率響應分析法、電容量變化法等。其中，頻率響應法因靈敏度高、現(xiàn)場使用方便等優(yōu)點被廣泛應用，成為變壓器繞組變形現(xiàn)場試驗的主要方法。這些檢測方法都需變壓器退出運行，屬于離線檢測方法，不能及時監(jiān)測變壓器繞組狀況以便及時發(fā)現(xiàn)故障。世紀年代初，在

3、短路阻抗法原理的基礎上，提出了通過在線監(jiān)測變壓器短路電抗變化來分析判斷繞組狀況的設想，并從理論分析了其原理和方法?，F(xiàn)在對頻響法的研究，主要是通過研究新的參數(shù)模型?！?、新的測試方式、新的頻譜曲線分析方法圪來提高頻響法離線監(jiān)測的精確度和準確性。文獻提出通過在線輸入低壓擾動線性調(diào)頻信號，分析其頻響特性來實現(xiàn)繞組變形在線監(jiān)測。頻響法在線監(jiān)測原理在較高頻率的電壓作用下，變壓器繞組可視為一個由線性電阻、電感（互感）、電容等分布參數(shù)構(gòu)成的無源線性雙口網(wǎng)絡，繞組結(jié)構(gòu)的任何物理變化都會引起繞組的電感和電容特性發(fā)生變化，那么這將必然改變網(wǎng)絡內(nèi)部的分布電感、電容等參數(shù)，導致傳遞函數(shù)的零點和極點發(fā)生變化，從而使得網(wǎng)絡

4、的頻率響應特性（【發(fā)生變化。實際上離線頻率哺應法的靈敏度、可靠性和準確率遠高于離線短路電抗法?，F(xiàn)有的在線監(jiān)淵是離線短路電抗法的直接移植。因此，在理論上就不能繼承或吸收額響法的這一突出優(yōu)點。研究甑映變壓器繞組工程特性、繼承離線算法的主要成果、充分利用在線資源的變壓器繞組變形在線監(jiān)測原理和算法十分必要，既是解決工程實際難題也是此類問題理論難題。變壓囂在運行過程中可以獲得很多有用的信號。電力系統(tǒng)內(nèi)每天的各種正常操作、負荷的變化甚至保護設備的動作、故障后的重合閘等，只要這些操作或動作距監(jiān)測變壓器的電氣距離較近，都會在引起變壓器監(jiān)鍘電壓、電耕【的哲態(tài)過程。這些暫態(tài)電壓、電流，相當于各種加信信號，是在線監(jiān)

5、測的寶貴資源。將這些暫態(tài)信號的喃應曲線進行傅里葉變換，分析變壓器繞組諧波分解后的頻率響應特性，就可以了解變壓囂繞組的狀態(tài)，從而實現(xiàn)變壓器繞組變形在線監(jiān)測。建立非均勻分布參數(shù)模型合適的變壓器繞組橫登應符合變壓器繞組的物理梅造，能將變壓器繞組的故障通過模型參數(shù)的改變反映出來。繞組可以看作一個由電阻、電感、電容等組成的無碌分布參數(shù)網(wǎng)嶄，其等教電路如圖所示。按照每匝或者每餅線圈為單位建立級分布參教網(wǎng)絡其中每級電路都是由一個電感、一個縱向電容、一個對地電容魍戚。向電容是指匝問電容或餅間電容。自醭型中，考慮邊緣效應的影響，認為上下邊緣繞組的參數(shù)和其他匝是有區(qū)月的，是非均勻的分布參數(shù)模型。目變器繞目分布參數(shù)

6、女圖中為繞組每匝或每餅電阻；厶為繞組每匝電感或每餅電感；茜為縱向電容；為繞組對地電容。模型的參數(shù)以投運前或檢修后的變壓器繞組參散為參考，按照上面的模型假設，設繞組軸線長度為，如圖所示。三三壬目繞平面簡化圖其中軸為變壓器繞鲺軸線，零點對應繞組軸線中心。認為離軸線中心位置小于札（設為詞節(jié)系數(shù)）的繞組單元可以用。、丘、來表示，而離軸線中心位置大于的繞組單元可以表示為繞組位置與軸線中心距離的函散：丘（。，）墨：（丘，）“（，）其中為繞組單元的序號上述函散均為關于的多項式。模受參數(shù)總體大小應等于實際變壓器繞組總的電感、電容值。通過修正。和上述函數(shù)，使得模型對應于繞組可測量墻的電壓和電流。試驗研究變壓器高

7、壓側(cè)輸諧放電壓，鰣?zhí)浅鱿灥碾妷汉碗娏餍盘栔泻胸S富的諧波成份。將采集到的電流和電壓均作計諧波分解，分析其幅頻、相頻特性，從而判斷變壓器繞組是否變形。通過比較變壓器繞組完好和相繞組并接電容時的幅頻、相須特性曲線來驗證在頻響法在線監(jiān)測理論。囤、圖分別為變壓器繞組完好時和模擬故障時照片。蕊目女完繞月目并接自目變壓器相繞組匝間并接電容，賊相繞組匝問電容、電感會變化，可以模擬變壓器繞組軸向壓縮變形。圖中所并電容數(shù)量級與變壓器繞組匝同電容相等。慚特性分析變壓器輸出電壓數(shù)據(jù)經(jīng)諧波分解之后的電壓幅值隨頓率變化的響應曲線如圖。從圖可知，、三相的幅頻曲線相關性非常好相似度很高。三條曲線基本一致，根據(jù)變壓器結(jié)構(gòu)的等

8、效原則，三桂的自身參數(shù)處于相對獨立且相等的狀態(tài)可以判斷變壓器側(cè)繞組基本沒有變形。圖看出變壓器、相的幅頻曲線相關性較強曲電氣開關（）測孽圖完好繞組幅頻曲線頻率（）圖繞組相并電容幅頻瞳線好，相曲線在頻率范圍內(nèi)與、相幅頻特性有明顯差異。這是由于相繞組并接的電容導致相繞組電容和電感發(fā)生改變，導致相幅頻特性發(fā)生改變。同時也說明一次諧波對此類模擬故障比較靈敏。相頻特性分析圖為變壓器完好時低壓側(cè)三相電壓相頻特性曲線?？梢钥吹饺龡l曲線極點都出現(xiàn)在、頻率（）圖完好繞組相頻曲線圖、附近，相似度較好。圖中，相在處極點發(fā)生漂移。這也是因為并接電容，相當于繞組軸向壓縮變形，改變了相繞組傳輸特性，最終引起其相頻特性發(fā)生改

9、變。相極點在處也發(fā)生漂移，這是因為相和相之間存在耦合，引起相相頻特性發(fā)生變化。結(jié)論與展望（）在線頻響法可繼承或吸收離線頻響法靈敏、可靠、準確的優(yōu)點，因此，其靈敏度、可靠性、準確率要明顯優(yōu)于在線短路阻抗法。（）基于非均勻分布參數(shù)模型的變壓器繞組變形監(jiān)測原理和算法的研究，將大大提高在線監(jiān)測繞組變形診斷的靈敏度、準確性、有效性和可靠性，為變壓器特別是電力變壓器繞組變形監(jiān)測技術(shù)實用化奠定重要的理論基礎，具有重要的理論和工程實用價值。（）變壓器在運行過程中可以獲得很多有用的暫態(tài)信號。這些暫態(tài)電壓、電流，相當于各種加信信號，可以作為變壓器繞組變形監(jiān)測的輸入信號，從而實現(xiàn)頻響法在線監(jiān)測變壓器繞組變形。（）將

10、暫態(tài)信號的響應曲線進行傅里葉變換，分析變壓器繞組諧波分解后的幅頻、相頻特性，可以判斷變壓器繞組狀態(tài)。（）可以進一步研究不同的變壓器繞組故障對各次諧波的影響，進而根據(jù)頻響曲線判斷繞組發(fā)生何種變形。參考文獻王夢云年度及變壓器事故統(tǒng)計分析電力設備。，（）：王夢云年度（）廈以上變壓器事故與缺陷統(tǒng)計分析電力設備，（）】王世閣從變壓器事故實例看短路試驗的必要性變壓器，（）：】袁國剛大型電力變壓器繞組故障機理的理論與試驗研究】上海交通大學，姚森敬橫向比較法在變壓器繞組變形測試中的應用】廣東電力，（）：一姚森敬，歐陽旭東，林春耀電力變壓器繞組變形診斷分析電力系統(tǒng)自動化，（）：包玉樹變壓器繞組變形檢測技術(shù)在江蘇

11、電網(wǎng)的應用江蘇電機工程，（）：】孫強變壓器繞組變形測試的現(xiàn)場研究西北電力技術(shù)，（）：何文林陳金法，應高亮，等頻響分析法測試變壓器繞組變形的研究】中國電力，（）：（下轉(zhuǎn)第頁）電氣開關（）下：內(nèi)部有黑色粘稠物體和融化物質(zhì)；絕緣拉桿上接頭拉脫，致使在機構(gòu)在分閘位置時，主斷口已分開，而電阻斷口處于合狀態(tài)。分析認為：絕緣拉桿拉脫導致斷路器分閘位置不到位，主斷口分開后，而電阻斷口處于合位置，在月日：送電過程中，當隔離開關合閘時，斷路器電阻投入時間約，而電阻正常投入時間應為，致使并聯(lián)電阻體嚴重燒損，產(chǎn)生上述異物。結(jié)論通過以上分析，認為該電廠升壓變斷路器分閘時絕緣拉桿脫落導致斷路器分閘位置不到位是造成此次線路

12、跳閘事故的主要原因。絕緣拉桿脫落導致斷路器分閘位置不到位時斷路器本體的分合指示、綜自系統(tǒng)及保護裝置所示的斷路器分合狀態(tài)將不能正確反映斷路器的實際狀態(tài)。因為綜自系統(tǒng)及保護裝置所取的斷路器狀態(tài)均來自于斷路器的輔助接點，雖然絕緣拉桿脫落導致斷路器實際的分閘位置不到位，但輔助接點卻已接通至分閘位置，給綜自、保護系統(tǒng)以斷路器分閘的假象。這種情況下，只能依靠后備保護動作去切除故障，若此時保護拒動，將出現(xiàn)非全相運行的狀態(tài)，且不易被發(fā)現(xiàn)，嚴重危及人身、設備乃至電網(wǎng)的安全。為預防同類事故發(fā)生，確保人身、電網(wǎng)、設備的安全，針對上述情況應做好以下幾點：（）提高該類型斷路器的產(chǎn)品質(zhì)量，及時消除該類型產(chǎn)品的家族性缺陷，

13、避免同類事故發(fā)生。（）在對該類型斷路器進行操作時，應先檢查綜自系統(tǒng)斷路器三相電流為零后再去現(xiàn)場核對斷路器的分合指示，避免出現(xiàn)人身傷亡事故。（）提高繼電保護設備的可靠性，確保保護正確動作，避免擴大事故范圍。參考文獻】徐國政，張節(jié)容，錢家驪。等高壓斷路器原理爭應用】北京：清華大學出版社?！苛州番F(xiàn)代高壓電器技術(shù)】北京：機械工業(yè)出版社，國家電網(wǎng)公司發(fā)布高壓開關設備管理規(guī)范北京：中國電力出版社張群英，馬振。齊瑋，等斷路器二次控制回路分析山西電力，：】郭飛，石桂霞，田自軍型斷路器儲能電機控制回路的改進探討】高壓電器，：收稿日期：作者簡介：陳阿娣（女工程師。從事超高壓電朗的生產(chǎn)管理、安全監(jiān)督工作。（上接第頁）。：】，。，。，】，：，：】，（）（）：一謝宇風，劉溟變壓器繞組變形頻響法分頻點研究】華中電力，（）：孫強利用頻域分段技術(shù)提高變壓器繞組變形測試的準確性】變壓器，（）：。：】，。，（）：】，】，：【，（）：】，觸盯鏟：收稿日期：一作者簡介：孫國繁一）男年畢業(yè)于太原理工大學電機制造與控制專業(yè)現(xiàn)從事電力生產(chǎn)管理單位；陳建杰（一男。年畢業(yè)于華北電力大