林靜，楊海濤

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司檢修工程公司，山東濟(jì)南 250101）

生產(chǎn)技術(shù)

變壓器繞組變形測(cè)試技術(shù)應(yīng)用分析與改進(jìn)

林靜，楊海濤

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司檢修工程公司，山東濟(jì)南 250101）

針對(duì)變壓器繞組變形測(cè)試技術(shù)判定準(zhǔn)確率低的問題，應(yīng)用質(zhì)量分析及控制手段，重點(diǎn)針對(duì)被試體接地點(diǎn)的不同、測(cè)試相兩接地線長(zhǎng)短不一、原始數(shù)據(jù)資料缺乏及不可控未知因素、測(cè)試儀無法自校驗(yàn)等技術(shù)難點(diǎn)，通過使用自制雙線夾固定式接地線，采用繞組電容量數(shù)據(jù)參考對(duì)比分析法，改進(jìn)測(cè)試儀自檢方法等一系列控制措施，將變壓器繞組變形測(cè)試準(zhǔn)確率由50%提高至95%。

變壓器；繞組變形；頻率響應(yīng)分析法；電容量

1 前言

由于變壓器是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的核心設(shè)備，所以濟(jì)鋼各運(yùn)行維護(hù)單位對(duì)其一直進(jìn)行周期性預(yù)防試驗(yàn)。然而，隨著電網(wǎng)容量的日益增大，短路容量亦隨之增大；同時(shí)，變電站輸配電線路運(yùn)行環(huán)境不容樂觀，各種軋機(jī)、電爐等沖擊性負(fù)荷所帶來的過電壓沖擊時(shí)有發(fā)生，而變壓器繞組變形多是由于外部短路造成，當(dāng)突發(fā)短路故障時(shí)，在繞組內(nèi)流過巨大短路電流。盡管這種暫態(tài)維持時(shí)間很短，但短路電流在與漏磁場(chǎng)的互相作用下，感應(yīng)產(chǎn)生較強(qiáng)電動(dòng)力。如果對(duì)于此電動(dòng)力作用下發(fā)生的輕微變形不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，變壓器在受到多次沖擊后，累積效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致變壓器的損壞。因此，當(dāng)變壓器發(fā)生外部短路事故后，如何及時(shí)有效地檢測(cè)出變壓器繞組是否存在變形及變形程度，是保障變壓器安全運(yùn)行的重要條件。

目前，頻率響應(yīng)分析法（簡(jiǎn)稱頻響法）已經(jīng)成為我國(guó)近幾年來測(cè)試和判斷變壓器繞組是否變形的重要手段。該測(cè)試方法靈敏度高，重復(fù)性好，在現(xiàn)場(chǎng)變壓器的測(cè)量工作中取得了比較好的效果。由于頻響分析屬于高頻弱電測(cè)試方法，其結(jié)果往往會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境多種因素的影響［1］；同時(shí)，繞組變形測(cè)試儀高靈敏度所帶來的抗干擾問題以及儀器檢測(cè)校驗(yàn)問題等一系列技術(shù)難題，如果不能有效解決這些困難因素，頻響指紋數(shù)據(jù)［2］的真實(shí)性以及可比性將大大降低。

因此，繞組變形測(cè)試作為檢定變壓器運(yùn)行狀態(tài)的重要依據(jù)技術(shù)手段之一，必須具備較高的準(zhǔn)確率，以滿足準(zhǔn)確有效反映設(shè)備狀態(tài)及隱患的要求。而如何解決這一課題，成為繞組變形測(cè)試能否成功應(yīng)用于濟(jì)鋼供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變壓器狀態(tài)檢修，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

2 測(cè)試技術(shù)應(yīng)用情況及分析

在現(xiàn)場(chǎng)利用頻響法檢測(cè)變壓器繞組時(shí)，電源信號(hào)干擾、套管端頭是否懸空、分接開關(guān)檔位、測(cè)試線纜、電磁干擾等因素均能影響對(duì)繞組結(jié)構(gòu)特征的判斷，盡可能排除這些干擾因素后，才能憑借此測(cè)試結(jié)果對(duì)繞組狀態(tài)做出準(zhǔn)確分析。然而，由于繞組變形試驗(yàn)手段為嘗試性應(yīng)用于濟(jì)鋼供電系統(tǒng)，試驗(yàn)過程的嚴(yán)謹(jǐn)性以及試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性都需驗(yàn)證。因此，為了真實(shí)有效反映繞組變形測(cè)試結(jié)果，采用雙重判斷機(jī)制，即通過繞組變形測(cè)試儀器以及多種試驗(yàn)方法復(fù)合分析。對(duì)濟(jì)鋼部分變壓器繞組變形測(cè)試統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 繞組變形測(cè)試統(tǒng)計(jì)情況（試運(yùn)行）

統(tǒng)計(jì)情況說明，2013年8次變壓器繞組變形測(cè)試中有4次結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)修正，表明儀器測(cè)試技術(shù)的準(zhǔn)確率僅為50%。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際情況來看，部分因素可通過人為有效控制與減免。針對(duì)被試體接地點(diǎn)的不同、測(cè)試相兩接地線長(zhǎng)短不一、原始數(shù)據(jù)資料缺乏及不可控未知因素、測(cè)試儀無法自校驗(yàn)等情況，分析認(rèn)為，主要影響因素是單根通用接地線易受干擾，多項(xiàng)試驗(yàn)分析費(fèi)時(shí)費(fèi)力，儀器檢測(cè)返廠校驗(yàn)頻繁及成本過高等。

3 測(cè)試技術(shù)改進(jìn)措施

針對(duì)上述分析及調(diào)查過程，提出3項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)措施。

3.1 自制雙線夾固定式接地線

一直以來繞組變形測(cè)試用單根接地線，長(zhǎng)短粗細(xì)不一，并且為方便使用兩端采用夾子固定（力度有限），容易造成一端換線時(shí)的拉扯致使另一端接觸不良。而變壓器繞組變形測(cè)試儀工作頻段在1～1 000 kHz，因此接地線在工作狀態(tài)下是電阻和電感組成的阻抗值，在頻率較低情況下（包括工頻）可認(rèn)為是電阻性的（電感很?。诟哳l情況下主要是電感性的，其阻抗值跟頻率是成正比的。因此，接地線接的長(zhǎng)度不一致，其接地線阻抗值不同，在測(cè)量回路中對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)造成的差異不容忽視，尤其是在高頻段影響更大。其次，接地點(diǎn)的不同和接地是否良好，也是影響測(cè)試的重要因素。為此，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試檢驗(yàn)和全面分析考慮，用自制雙線夾固定式接地線代替普通單根接地線，此地線接地端采用固定式線夾，分出兩股等長(zhǎng)軟銅線，有效避免了以上3種弊端。經(jīng)實(shí)踐測(cè)試驗(yàn)證，明顯提高了測(cè)試準(zhǔn)確性。改造前后測(cè)試情況對(duì)比見圖1。

圖1 接地線改造前后測(cè)試情況對(duì)比

3.2 繞組電容量對(duì)比分析法

雖然頻率響應(yīng)法能夠?yàn)樽儔浩骼@組變形的診斷提供一個(gè)較為準(zhǔn)確的依據(jù)，但是由于電力系統(tǒng)中的變壓器有相當(dāng)一部分已投運(yùn)十多年，原始數(shù)據(jù)資料缺乏，并且測(cè)試系統(tǒng)的任何差異會(huì)給出很不相同的曲線，目前尚無可能建立起徹底控制這一差異的方法。所以僅靠繞組相間頻響曲線的判斷，并不能得出十分準(zhǔn)確的結(jié)論，可能還會(huì)引起誤判斷。

變壓器出廠后，各繞組的電容量基本上是一定的。雖然在溫度、濕度的影響下，其電容量會(huì)有變化，但與變壓器受短路沖擊后造成的電容量變化相比可忽略不計(jì)。當(dāng)變壓器遭受短路沖擊后，若各級(jí)繞組無變形或變形輕微，其電容量變化也較小；若某側(cè)繞組變形嚴(yán)重，則電容量變化大［3］。因此，在實(shí)際工作中，變壓器繞組電容變化量可以作為頻率響應(yīng)法一個(gè)有益的補(bǔ)充，而電容量可在測(cè)量繞組介質(zhì)損耗（變壓器預(yù)防性試驗(yàn)必做項(xiàng)目）的同時(shí)利用公式計(jì)算出。以濟(jì)鋼常見三繞組變壓器介質(zhì)損耗測(cè)試計(jì)算方法為例，其電容等效電路見圖2。

圖2 三繞組變壓器等效電路

電容量計(jì)算公式如下：

式中：C為電容量，C1為高壓繞組對(duì)油箱，C2為中壓繞組對(duì)地，C3為低壓繞組對(duì)鐵心；C1-2為高壓繞組對(duì)中壓繞組，C2-3為中壓繞組對(duì)低壓繞組；Cx1為高壓繞組對(duì)中壓繞組、低壓繞組及鐵心，Cx2為中壓繞組對(duì)高壓繞組、低壓繞組及鐵心，Cx3為低壓繞組對(duì)高壓繞組、中壓繞組及鐵心，Cx4為高壓繞組、中壓繞組對(duì)低壓繞組及鐵心，Cx5為高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組對(duì)鐵心。

此法利用介損測(cè)試儀按常規(guī)測(cè)量Cx1～Cx5，然后分解出繞組間或繞組對(duì)鐵心的電容，根據(jù)其變化程度并結(jié)合測(cè)試儀器檢測(cè)結(jié)果來判斷繞組是否發(fā)生了變形（電容值與歷史數(shù)據(jù)相比差別＞10%時(shí)，認(rèn)為已發(fā)生中度偏輕變形；＞15%認(rèn)為存在嚴(yán)重變形）。

3.3 改進(jìn)測(cè)試儀自檢方法

由于影響繞組變形測(cè)試儀靈敏度的因素很多，為保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，按照設(shè)備廠家要求定期進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)，但校驗(yàn)過程需將測(cè)試儀器返廠，成本高且時(shí)間長(zhǎng)。為此，通過分析頻率響應(yīng)原理，自行設(shè)計(jì)建立了“繞組變形測(cè)試儀自校驗(yàn)系統(tǒng)”。系統(tǒng)主要包括激勵(lì)源、變壓器繞組模型、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)顯示面板，其中數(shù)據(jù)采集卡插在工控機(jī)空余插槽中，數(shù)據(jù)顯示由工控機(jī)顯示器實(shí)現(xiàn)。

自校驗(yàn)系統(tǒng)采用Agilent 33220A函數(shù)/任意波形發(fā)生器為激勵(lì)源。Agilent 33220A函數(shù)/任意波形發(fā)生器主要參數(shù)如下：正弦波1 μHz～20 MHz；任意波形為1 μHz～5 MHz；幅度范為2 mVpp～10 Vpp（50 Ω），4 mVpp～20 Vpp（Vpp指交流或脈沖信號(hào)的最低值到最高值的電壓，也稱峰峰值）（高阻）；輸出的6種波形為正弦波、方波、鋸齒波、脈沖波、噪聲、任意波形。以上這些參數(shù)能保證激勵(lì)源輸出校驗(yàn)所需要的激勵(lì)信號(hào)。

為了進(jìn)一步降低儀器自檢成本，同時(shí)提高自檢可靠性，充分利用繞組變形圖譜縱向比對(duì)分析的特點(diǎn)，自制變壓器繞組模型既可滿足儀器校驗(yàn)需要，又可以根據(jù)改變繞制方式達(dá)到模擬不同故障狀態(tài)的目的。繞組模型采用規(guī)格為30mm×40mm×50mm的U型鐵作為變壓器鐵心，使用聚酯硬塑板作為絕緣材料，分別使用0.1、1.4mm漆包線繞制繞組，其中低壓側(cè)600匝，高壓側(cè)300匝，高、低壓側(cè)做出抽頭可分別模擬變壓器繞組鼓包、短路、接地、斷線等多種常見繞組變形情況。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集程序由Lab VIEW編程實(shí)現(xiàn)，Lab VIEW最強(qiáng)大的功能在于能使用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)模擬測(cè)試儀實(shí)時(shí)分析，將計(jì)算機(jī)變成完全理想狀態(tài)下的虛擬繞組變形測(cè)試儀。將Agilent 33220A激勵(lì)源發(fā)出的掃頻信號(hào)經(jīng)變壓器模擬繞組后分別傳遞至被校驗(yàn)測(cè)試儀及工控機(jī)信號(hào)接口，通過比對(duì)修正兩組響應(yīng)信號(hào)，達(dá)到繞組變形測(cè)試儀校驗(yàn)的目的。

4 改進(jìn)效果

運(yùn)用上述3項(xiàng)改進(jìn)措施，鞏固期內(nèi)對(duì)濟(jì)鋼第2、第3、第7變電站及各生產(chǎn)廠主要電力變壓器進(jìn)行繞組變形測(cè)試，對(duì)改進(jìn)效果進(jìn)一步驗(yàn)證。實(shí)踐證明15臺(tái)變壓器繞組變形測(cè)試僅出現(xiàn)1次結(jié)果修正情況，其余14次儀器測(cè)試結(jié)果與驗(yàn)證分析結(jié)論完全相同，準(zhǔn)確率近95%，滿足了應(yīng)用于實(shí)際檢修目標(biāo)要求。

繞組變形測(cè)試技術(shù)改進(jìn)后在濟(jì)鋼投運(yùn)至今，對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了良好的掌控，在提高電力安全運(yùn)行水平的同時(shí)，減少了電力中斷事故。

［1］謝宇風(fēng)，謝從珍.變壓器繞組變形實(shí)測(cè)中影響因素研究［J］.華中電力，2004，17（2）：38-41.

［2］何文林，陳金法，應(yīng)高亮，等.頻響分析法測(cè)試變壓器繞組變形的研究［J］.中國(guó)電力，2000，33（12）：39-42.

［3］范天元，趙亞玲，邊軍剛.繞組變形測(cè)試在電力變壓器上的應(yīng)用［J］.變壓器，2005，33（5）：35-37.

Analysisand Improveof Testing Technology of Transformer Winding Deformation

LIN Jing,YANG Haitao
（The Maintenance Engineering Company of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

Pointing to low judge accuracy of testing technology of transformer winding deformation and some difficult technological problems included different contacting ground place of tested body,different length between contacting ground wire in testing phase,lack original data and existing uncontrollable unknown factors,unable self checking tester etc,through adopting a series of measures,such as using a self-made fixing double clamp ground wire,using comparative analysis method of winding capacitance data and improving the self-checking method of tester,the testing accuracy rate of transformer winding deformation was increased from 50%to 95%.

transformer;winding deformation;frequency response analysis method;capacitance

TM403.2

B

1004-4620（2014）04-0026-03

2014-01-02

林靜，女，1986年生，2009年畢業(yè)于濰坊學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)。現(xiàn)為濟(jì)鋼檢修工程公司助理工程師，從事高壓輸變電系統(tǒng)運(yùn)行與管理工作。