电力变压器绕组变形检测与诊断技术的现状与发展

电力变压器绕组变形检测与诊断技术的现状与发展

王琦

国网山西省电力公司超高压变电分公司   山西太原  030000

摘要：随着我国经济的迅速增长，电力设施和生产设备的运转需要相当大的电力，变压器绕组变形对电力系统的正常运行影响很大。如果用科学有效的方法不能及时检测和消除变压器旁路变形问题，可能会出现安全问题。为此，分析了变压器绕组变形的检测方法及可能产生的影响，并与各种检测诊断方法进行了比较，以帮助调查人员选择合适的检测诊断方法，确定该组变压器绕组变形的情况。

关键词：电力变压器；绕组变形；检测；诊断

引言

随着电力容量迅速增加，变压器绕组变形损坏的数量明显增加，拆下变压器时，故障主要是由短路引起的，这表明干扰电流产生轴向力和径向力，可能会绕集扭曲和倾斜。如果不能及时检测和修复变形问题，保温材料甚至可能损坏，导致短路、主保温或完全穿孔。利用诊断技术，可以准确地检测组中的变形情况，避免事故进一步恶化[1]。

1离线方法及其应用

当前国内外变形检测有三种行之有效的离线检测方法:短路阻抗、低压保护和频率分析。当检测变压器绕组周围的变形时，这些方法主要被认为是变压器内部的线性阻抗，然后与没有源的线性网络结合使用来检测和分析内部参数。

1.1短路阻抗法

短路电阻是变压器绕组变形时的内部电阻为零，在这种情况下，变压器输入的等温电阻可视为短路电阻。短路电阻主要分为电阻和阻抗元件，在电流互感器中，电阻分量通常只是电阻的一小部分，阻抗是主要内容。对于变压器的短路电流开关元件，变压器的过电流通常会因周围的形状而变化，从而导致变压器绕组变形电阻数据的变化。当检测变压器周围的变形时，短路电阻法可以检测其变形，并根据阻抗的变化检测变压器的变形。特别是将短路电阻与变压器的策略数据进行比较，或者确定数据的趋势[2]。          

1.2低压脉冲法

低压脉冲法是变压器当前短路试验的标准方法，在测试过程中，数据主要在现场测试。低压保护试验的基本原理是，当高压上升到变压器时，内芯的磁推导几乎等于空气的导电性，并把集团本身周围的轨道视为线性电阻。群组变形时，对应电路中的阻抗分布会变更。当低压脉冲应用于圆的一部分时，相应的响应信号通常会接收到另一面，通过分析响应信号的变化，可以确定组中的变化。在低压脉冲的情况下，可以在测试过程中快速检测到变化。随着重试频率的增加，测试结果的准确性将大大提高，结果应基于组中网络参数的更改。

1.3频响分析法

频率分析打破了低压试验中的一些缺陷，该实验方法主要通过运行过程中频率响应的性质确定变压器绕组周围的变形。频率反应试验主要是通过一个不断变化的正弦波确定不同频率段的反应和触发电压，然后确定两个记录的频率反应性质。 

在频率分析的应用中，周围群体的地位主要由函数谱决定，该测量方法的深入研究逐步引入偏差，并结合“透射”功能用于确定变压器的环境范围变化。为了提高频率分析结果的精度[3]。

2在线方法及评价

目前，变压器绕组变形在线测试技术包括电量和非电量两种测量手段。其中常见的非电量测试方法主要有超声波检测法和振动法等；而电量测试方法主要有基于频率响应法和基于短路阻抗法的两种测量方法。

2.1超声波检测法

超声波检测法是将超声探头固定在变压器外壳上并使探头中心对准需要测量的绕组，在同步信号作用下发射超声波到达变压器绕组后反射，超声探头接收反射回波并转换成电脉冲信号，处理后可得超声波在变压器内往返一次所用的时间。绕组表面每一点到油箱表面之间的距离都是一个定值，如果绕组发生凹进、凸出或者移位等异常故障，距离会发生相应改变，通过比较，就可以得知绕组变形状态。

2.2振动法

振动法是通过贴在变压器器身上(油箱)的振动传感器，在线监测绕组及铁芯的状况，良好状态变压器的振动特征向量(包括绕组和铁芯振动信号的频谱、功率谱、能量谱等)作为指纹留用，一旦变压器绕组发生故障，当前振动特征向量的变化就会快速地反映出来。这种方法最早是在电抗器上采用，对于在电力变压器上使用振动测试，加拿大、俄罗斯及美国等国已进行了多方面的研究。

2.3在线频率响应法

变压器在运行过程中可获得很多有用信号，如电力系统内每天的各种正常操作、负荷的变化甚至保护设备的动作、故障后的重合闸等，只要这些操作或动作距监测变压器的电气距离较近，就会引起变压器监测电压、电流的暂态过程L21-2212。这些暂态电压、电流相当于各种加信信号，将这些暂态信号的响应曲线进行傅里叶变换，分析变压器绕组谐波分解后的频率响应特性，就可以了解变压器绕组的状态，从而实现变压器绕组变形在线监测。

2.4在线短路阻抗法

对运行中的电力变压器，监测获取每相电压互感器和电流互感器输出值，并根据变压器等效电路来计算出变压器每相的短路阻抗，藉此对电力变压器绕组变形程度进行带电监测。不同的算法其差异主要在于对励磁电流影响的处理。目前主要有三种算法:(1)在空载和负载时各测量一次，即先由空载测量确定并储存一个调整系数，该系数能补偿励磁电流在一次侧阻抗上的压降，在负载测量时利用该调整系数即可确定短路电抗的大小；(2)任意两种负荷电流各测量一次。该法适应性广，但非空载测量时多引进了一次误差；(3)忽咯励磁电流并建立回路平衡方程，利用系统辨识技术获得短路阻抗的电阻和漏电感。该法为减小忽略励磁电流带来的误差，还要根据变压器空载及短路试验数据来修正结果。

3增加常规变压器抗短路能力

在已有的变压器抗短路能力校核计算分析研究基础上，引入模糊数学的原理，构建了变压器抗短路能力校核的综合评价指标体系。 

基于模糊数学的模糊层次分析法可以有效避免层次分析法的局限性。在整个评价过程中，始终坚持指标定量化的基本原则。排除了定性指标的人为主观因素干扰，最大限度地避免了主观因素对最终结果的影响。结果显示：高压绕组线饼轴向力和强度安全系数是首位的，高压绕组线饼辐向力和强度安全系数和低压绕组线饼轴向力和强度安全系数次之，低压绕组线饼辐向力和强度安全系数为末位。这为变压器抗短路能力校核指出了重点，对实际工作有一定的参考价值。 

利用模糊层次分析法，可全面地对变压器抗短路能力进行综合评价，便于在变压器的生产、选型、安装调试过程中根据评价结果采取相应的措施，保证电网设备安全稳定运行。          

变压器抗短路能力校核评价指标体系的准确建立尤为重要。在方法的应用与推广过程中，有必要根据实际情况和各方经验对现有的指标体系各项参数进行适当调整。逐步对评价模型进行优化，提高模糊评价方法的鲁棒性将是今后工作的重点。

4结束语

概括地说，变压器绕组变形检测和诊断的发展已经发展成了多种检测技术。离线检测方法现已成熟，在检测过程中必须确保变压器无法运行，风险较低，但是，这会导致停电，对日常生活和生产性能产生负面影响。在线监测方法不会导致变压器在诊断过程中出现故障，从而提高供电企业的自动化和智能化，是未来变压器监测的主要方向之一。

参考文献

[1]姚陈果,赵仲勇,李成祥,陈晓晗,李昭炯.基于暂态过电压特性的电力变压器绕组变形故障在线检测[J].高电压技术.2015(03).        

[2]覃伟斌.电力变压器绕组变形故障诊断原理及应用[J].技术与市场.2018(06).

[3]王钰.用频响分析法和低压脉冲法检测变压器绕组变形的研究[D].西安交通大学学位论文.1998.