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變壓器繞組變形測試原理及其注意事項分析
閱讀：1223 發布時間：2020-10-28
變壓器繞組變形測試原理及其注意事項分析
1)變壓器繞組變形測試的必要性
變壓器在運輸、安裝過程中受到沖擊或在運行中發生突然短路等可能使繞組發生變形(如軸向幅向尺寸的變化；器身的位移；繞組的扭曲、鼓包等)，這些變形可能使得變壓器繞組的絕緣被破壞或其機械強度下降。當繞組的變形程度嚴重時，有可能立即導致匝絕緣破損形成匝間短路(對小型配電變壓器而言)；或著導致主絕緣強度降低而造成主絕緣擊穿(對中型以上的變壓器而言)。因此進行繞組變形測量，可有效的判斷繞組變形情況，對預防變壓器事故發生是必要的。
2)變壓器繞組變形測試的目的
變壓器繞組變形測量的目的在于尋找一種迅速、方便、準確的方法檢測變壓器繞組變形，特別是變壓器在發生短路故障且常規試驗無異常的情況下，更是如此。檢查變壓器繞組是否變形，常用吊罩檢查、漏電感法、短路阻抗法和網絡分析法。
吊罩檢查
吊罩檢查是直觀、有效的方法，也是驗證其他方法的手段。其缺點是現場吊罩工作量大，消耗大量的人力、物力、財力、時間。變形測量可以減少吊罩的工作量，但不能*依賴變形測量，因為變形測量并不是的，而且有些隱患變形測量不能*反映，有可能出現錯誤判斷。
漏電感測量
變壓器的漏電感與其短路阻抗的電抗分量相對應，與變壓器的幾何位置密切相關，其值由變壓器幾何尺寸所決定。當繞組發生變形時，漏電感就會發生變化。根據漏電感的改變就可判斷變壓器繞組發生了變形。
短路阻抗測量
短路阻抗是指變壓器的負荷阻抗為零時變壓器輸入端的等效阻抗。短路阻抗分為電阻分量和電抗分量，對與110kV及以上的大型變壓器，短路阻抗值主要是電抗分量的數值。變壓器繞組變形，即結構狀態發生改變，必然引起變壓器漏電抗的變化，從而引起變壓器短路阻抗數值的改變。
網絡分析法
網絡分析法是在測量變壓器繞組傳遞函數的基礎上，通過傳遞函數的分析對繞組變形進行判斷。變壓器任意一個繞組可看成R-L-C的網絡，繞組的幾何特性決定了其傳遞函數。
1)低壓脈沖法
低壓脈沖法是在變壓器繞組的一端加入標準脈沖信號，并同時測量繞組兩端的電壓，經過信號處理，得到變壓器繞組脈沖響應特性，據此對變壓器繞組變形進行判斷。但由于低壓脈沖法在現場使用時，易受外界干擾及脈沖信號源不穩定、脈沖過程中的折反射等的影響，在現場很少使用。
2)頻率響應法
頻率響應法是近幾年開展起來的測量變壓器繞組變形方法，其原理與低壓脈沖法原理基本相同。
頻率響應法基本原理
將一掃描信號送入繞組的一個端口，從另一端口測量輸出響應，并將逐個頻率點的輸入輸出之比根據頻率描繪成曲線-頻譜曲線(圖譜)。通過對繞組的頻譜曲線進行對比分析，可以判斷繞組的結構變化。
當頻率超過1kHz時，變壓器繞組可以被看作是一個由多個電容和電感組成的無源二端口網絡。
頻率較低時，感抗較小，容抗較大，電感起主要作用，電路呈感性；隨著頻率的增加，感抗變大，容抗變小，二者同時起作用；當頻率繼續增加時，電容起主要作用，電路呈容性。
圖中L0、K0、C0分別代表繞組單位長度的分布電感、分布電容及對地分布電容，U1、U2分別為等效網絡的激勵端電壓和響應端電壓，Z是匹配阻抗。
測得的頻譜曲線常用對數形式表示，既為：H(f)=20log(U1(f)/U2(f))
繞組中電壓分布不均勻，在某一頻率下會達到情況，既產生諧振，電壓會出現極不均勻分布，在頻譜圖上表現為峰和谷
頻譜圖實際上是描述了變壓器繞組在不同頻率下電壓分布不均勻的情況。其中峰點和谷點是在不同頻率下繞組中出現諧振的結果，峰點是發生串聯諧振的結果，谷點是發生并聯諧振的結果。
諧振是繞組電感和餅間電容及對地分布電容等引起的。
對于給定的繞組，它的頻譜曲線是確定的，當繞組因某種原因發生變形時，其分布參數發生變化，改變了繞組部分電感或電容，這時測得的頻譜曲線，就會與正常時測得的頻譜曲線不同。這種差異反映了繞組結構的改變，從而可以分析出繞組的變形情況。
試驗實際接線
Y型繞組測試接線Δ型繞組測試接線
判斷方法
對頻響數據分析一般應用兩種方法對繞組變形進行判斷，既縱向比較法和橫向比較法。
?縱向比較法就是比較同一臺變壓器、同一繞組、同一分接開關位置、不同時期的幅頻響應特性進行比較，如果繞組有變形，繞組的參數分布必然改變，繞組波形的一致性就差。
橫向比較法就是比較變壓器同一電壓等級的三相頻響數據的一致性，或同一廠家的同類型變壓器的同一繞組頻響數據的一致性，該方法主要是基于現在變壓器工藝良好條件下三相繞組內部結構對稱一致，因此頻響數據有可比性，實踐證明，該方法比較實用，也是我們實際工作中常用的方法。
在繞組變形結果分析中，引入相關系數R來進行判斷，它以量化的形式(R數據大小)直觀地給出所比較頻響波形數據之間的相似程度，R值越大說明波形一致性越好。其中電科院TDT6分析軟件中還引入波形分段比較，即高、中、低頻三段，使得分析更準確。
在繞組變形結果分析中，引入相關系數R來進行判斷，它以量化的形式(R數據大小)直觀地給出所比較頻響波形數據之間的相似程度，R值越大說明波形一致性越好。其中電科院TDT6分析軟件中還引入波形分段比較，即高、中、低頻三段，使得分析更準確。
技術標準DL/T911-2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法》中給出判斷依據
分析(1)
典型的變壓器繞組幅頻響應特性曲線，通常包含多個明顯的波峰和波谷。經驗及理論分析表明，幅頻響應曲線中的波峰或波谷分布位置及分布數量的變化，是分析變壓器繞組變形的重要依據。
分析(2)
幅頻響應特性曲線低頻段(1kHz～100kHz)的波峰或波谷位置發生明顯變化，通常預示著繞組的電感改變，可能存在匝間或餅間短路的情況。
頻率較低時，繞組的對地電容及餅間電容形成的容抗較大，而感抗較小，如果繞組的電感發生變化，會導致其頻響特性曲線低頻部分的波峰或波谷位置發生明顯移動。對于絕大多數變壓器，其三相繞組低頻段的響應特性曲線應非常相似，如果存在差異則應及時查明原因。
分析(3)
幅頻響應特性曲線中頻段(100kHz～600kHz)的波峰或波谷位置發生明顯變化，通常預示著繞組發生扭曲和鼓包等局部變形現象。在該頻率范圍內的幅頻響應特性曲線具有較多的波峰或波谷，能夠靈敏地反映出繞組分布電感、電容的變化。
分析(4)
幅頻響應特性曲線高頻段(>600kHz)的波峰或波谷位置發生明顯變化，通常預示著繞組的對地電容改變，可能存在繞組整體移位或引線位移情況。頻率較高時，繞組的感抗較大，容抗較小，由于繞組的餅間電容遠大于對地電容，波峰或波谷分布位置主要以對地電容的影響為主。
影響繞組傳遞函數因數
①外界環境的影響
由于R-L-C分布參數易受環境的影響，如周圍帶電體的距離很近、測試引線的位置和接線時接觸不良等，有可能造成R-L-C網絡參數的變化，從而引起傳遞函數的變化。因此測量時必須排除環境影響，特別對前后圖形比較而言就更為重要，否則前后波形比較可能造成誤判斷。
②變壓器狀態的影響
一臺變壓器繞組的傳遞函數并非是唯1的，因為變壓器絕緣介質溫度的變化、分接位置的不同以及變壓器運行中引線的相對變化等，都有可能使傳遞函數發生變化。
③信號源不穩定
測量時信號源的穩定是至關重要的，沒有穩定的信號源，測量相同的R-L-C網絡，所得圖譜中的諧振點會發生變化，即測量出的傳遞函數就沒有意義；因此要求信號源不僅本身可靠而且受環境影響很小，才能保證所測量出的圖譜是被試設備本身的。
實際測量中影響因數：(針對現在用的TDT6設備)
①變壓器本體接地電阻影響
②變壓器分接開關位置的影響
③信號源施加位置的影響
④天氣的影響(雨天效果較差)
⑤線夾出線之間的干擾，以及出線本身的分布電容影響(高頻段)