A-62.頻率響應(yīng)法在線監(jiān)測(cè)變壓器繞組變形

1、頻率響應(yīng)法在線監(jiān)測(cè)變壓器繞組變形劉美,全玉生,何潔(華北電力大學(xué)高電壓研究所 北京 102206摘要:本文介紹了頻率響應(yīng)法原理,獨(dú)創(chuàng)性的提出頻響法在線監(jiān)測(cè)變壓器繞組變形理論,用一臺(tái)400KVA/10KV/400V配電變壓器進(jìn)行試驗(yàn)研究,在變壓器一次側(cè)輸入諧波電壓,對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行FFT分解,分析其幅頻、相頻特性,結(jié)果證明頻響法在線監(jiān)測(cè)變壓器繞組變形是有效的。關(guān)鍵詞:變壓器 繞組變形 頻率響應(yīng) 在線監(jiān)測(cè)1 引言變壓器是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備,其正常運(yùn)行對(duì)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(jì)分析,繞組損壞是變壓器的事故重點(diǎn)12。變壓器繞組的機(jī)械變形是一個(gè)累積過程,變壓器

2、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34。為了能夠及時(shí)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(cè)原理和算法的研究,不僅具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值,而且具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。2 繞組變形監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀變壓器繞組變形的傳統(tǒng)檢測(cè)方法有短路阻抗法、低壓脈沖法、頻率響應(yīng)分析法、電容量變化法等。其中,頻率響應(yīng)法因靈敏度高、現(xiàn)場(chǎng)使用方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用,成為變壓器繞組變形現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的主要方法5-9。這些檢測(cè)方法都需變壓器退出運(yùn)行,屬于離線檢測(cè)方法,不能及時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組狀況以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。20世紀(jì)90年代初,在短路阻抗法

3、原理的基礎(chǔ)上,提出了通過在線監(jiān)測(cè)變壓器短路電抗變化來分析判斷繞組狀況的設(shè)想,并從理論分析了其原理和方法?，F(xiàn)在對(duì)頻響法的研究,主要是通過研究新的參數(shù)模型 10-13 、新的測(cè)試方式 14-15 、新的頻譜曲線分析方法16-22來提高頻響法離線監(jiān)測(cè)的精確度和準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)10提出通過在線輸入低壓擾動(dòng)線性調(diào)頻信號(hào),分析其頻響特性來實(shí)現(xiàn)繞組變形在線監(jiān)測(cè)。3 頻響法在線監(jiān)測(cè)原理在較高頻率的電壓作用下,變壓器繞組可視為一個(gè)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(luò),等效電路如圖1所示。繞組結(jié)構(gòu)的任何物理變化都會(huì)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(luò)內(nèi)部的分布電感、電容等參數(shù)

4、,導(dǎo)致傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)發(fā)生變化,從而使得網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性發(fā)生變化。 圖1 變壓器繞組分布參數(shù)模型圖1中R i為繞組每匝或每餅電阻;L i為繞組每匝電感或每餅電感;K i為縱向電容;C gi為繞組對(duì)地電容。實(shí)際上,離線頻率響應(yīng)法的靈敏度、可靠性和準(zhǔn)確率遠(yuǎn)高于離線短路電抗法?，F(xiàn)有的在線監(jiān)測(cè)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頻響法的這一突出優(yōu)點(diǎn)。研究能反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(cè)原理和算法,十分必要,既是解決工程實(shí)際難題也是此類問題理論難題。變壓器在運(yùn)行過程中可以獲得很多有用的信號(hào)。電力系統(tǒng)內(nèi)每天的各種正常操作

5、、負(fù)荷的變化甚至保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作、故障后的重合閘等,只要這些操作或動(dòng)作距監(jiān)測(cè)變壓器的電氣距離較近,都會(huì)在引起變壓器監(jiān)測(cè)電壓、電流的暫態(tài)過程。這些暫態(tài)電壓、電流,相當(dāng)于各種加信信號(hào),是在線監(jiān)測(cè)的寶貴資源。將這些暫態(tài)信號(hào)的響應(yīng)曲線進(jìn)行傅里葉變換,分析變壓器繞組諧波分解后的頻率響應(yīng)特性,就可以了解變壓器繞組的狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)變壓器繞組變形在線監(jiān)測(cè)。4 試驗(yàn)研究變壓器高壓側(cè)輸入諧波電壓,則輸出端的電壓和電流信號(hào)中含有豐富的諧波成份。將采集到的電流和電壓均作FFT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C 相繞組并接電容時(shí)的幅頻、相頻特性曲線來驗(yàn)證在頻響法在線監(jiān)測(cè)

6、理論。圖2,圖3分別為變壓器繞組完好時(shí)和模擬故障時(shí)照片。 圖2 變壓器完好繞組照片 圖3 C相并接電容繞組變壓器C相繞組匝間并接電容,則C相繞組匝間電容、電感會(huì)變化,可以模擬變壓器繞組軸向壓縮變形。圖3中所并電容數(shù)量級(jí)與變壓器繞組電容相等。1幅頻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頻率變化的響應(yīng)曲線,如圖4。 幅值(1-2A頻率(Hz圖4 完好繞組幅頻曲線從圖4可知,A、B、C三相的幅頻曲線相關(guān)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)的等效原則,三柱的自身參數(shù)處于相對(duì)獨(dú)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。 幅值(1-2A頻率(Hz圖5 繞組C相并電容

7、幅頻曲線圖5看出,變壓器A、B相的幅頻曲線相關(guān)性較好,C相曲線在200-700HZ頻率范圍內(nèi)與A、B相幅頻特性有較明顯差異。這是由于C相繞組并接的電容導(dǎo)致C相繞組電容和電感發(fā)生改變,導(dǎo)致C相幅頻特性發(fā)生改變。同時(shí)也說明4-14次諧波對(duì)此類模擬故障比較靈敏。2相頻特性分析圖6為變壓器完好時(shí)低壓側(cè)三相電壓相頻特性曲線?？梢钥吹饺龡l曲線極點(diǎn)都出現(xiàn)在100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、600Hz 附近,相似度較好。 相位(r a d 頻率(Hz圖6 完好繞組相頻曲線 相位(r a d 頻率(Hz圖7繞組C相并電容幅頻曲線圖7中, C 相在400Hz 處極點(diǎn)發(fā)生漂移。這也是因?yàn)椴⒔与娙?相當(dāng)

8、于繞組軸向壓縮變形,改變了C 相繞組傳輸特性,最終引起其相頻特性發(fā)生改變。B 相極點(diǎn)在500Hz 處也發(fā)生漂移,這是因?yàn)锽 相和C 相之間存在耦合,引起B(yǎng) 相相頻特性發(fā)生變化。5 結(jié)論與展望1在線頻響法可繼承或吸收離線頻響法靈敏、可靠、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn),因此,其靈敏度、可靠性、準(zhǔn)確率要明顯優(yōu)于在線短路阻抗法。2變壓器在運(yùn)行過程中可以獲得很多有用的暫態(tài)信號(hào)。這些暫態(tài)電壓、電流,相當(dāng)于各種加信信號(hào),可以作為變壓器繞組變形監(jiān)測(cè)的輸入信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)頻響法在線監(jiān)測(cè)變壓器繞組變形。3將暫態(tài)信號(hào)的響應(yīng)曲線進(jìn)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)。4可以進(jìn)一步研究不同的變壓器

9、繞組故障對(duì)各次諧波的影響,進(jìn)而根據(jù)頻響曲線判斷繞組發(fā)生何種變形。參考文獻(xiàn)1 王夢(mèng)云.2004年度110kV 及以上變壓器事故統(tǒng)計(jì)分析J.電力設(shè)備,2005,6(11:31-37. 2 王夢(mèng)云. 2005年度110(66kV 及以上變壓器事故與缺陷統(tǒng)計(jì)分析J.電力設(shè)備,2006(11:99-102.3 王世閣.從變壓器事故實(shí)例看短路試驗(yàn)的必要性J.變壓器,1998,35(1:17-20. 4 袁國(guó)剛.大型電力變壓器繞組故障機(jī)理的理論與試驗(yàn)研究D.碩士學(xué)位論文. 上海交通大學(xué),2003.5 姚森敬.橫向比較法在變壓器繞組變形測(cè)試中的應(yīng)用J.廣東電力,2000,13(4:11-14. 6 姚森敬,歐

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