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(貴陽供電局，貴州 貴陽 550002)

1 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中關鍵的設備之一，它的安全可靠運行與否將直接關系著整個電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性。對變壓器進行繞組變形測試，已經(jīng)成為變壓器在受到短路電流沖擊后重要的測試項目。國內外應用較廣泛的主要采用以下兩種方法：一是頻率響應分析法；二是低電壓短路阻抗法。

頻率響應分析法是利用精確的掃頻測量技術，對被試繞組施加lkHz～1MHz的低壓掃頻信號，測量繞組的頻率響應特性曲線。如果繞組發(fā)生了機械變形現(xiàn)象，等值網(wǎng)絡中的分布參數(shù)隨之變化，其幅頻特征曲線的諧振點就會發(fā)生變化[1]。

短路阻抗法通常在變壓器的高壓繞組側加工頻的低電壓，低壓繞組側短路，測量工頻時變壓器的短路阻抗。短路阻抗值主要是漏電抗分量，由繞組的幾何尺寸所決定，變壓器繞組結構狀態(tài)的改變勢必引起變壓器漏電抗的變化，從而引起變壓器短路阻抗數(shù)值的改變[2,3]。

頻響法和短路阻抗法在變壓器繞組變形測試已經(jīng)有了成功的應用經(jīng)驗，并取得一定的效果，相關的標準也已經(jīng)頒布。兩種方法各有優(yōu)缺點，對不同類型的變形敏感程度不同[4]。在實際應用中也發(fā)現(xiàn)，某些變形在頻響法中有反映但在低電壓短路阻抗中沒有反映，相反的情況也存在,因此同時利用兩種方法，可以有效減少誤判。但是利用兩種原理的儀器進行兩次測試，極為耗時耗力，給現(xiàn)場測試工作帶來了很大不便。

本文結合頻響法和短路阻抗法原理創(chuàng)造性地提出了一種新的掃頻短路阻抗測試方法，基于該方法研制了新型的繞組變形測試儀，一次測試可以同時獲得全頻段的短路阻抗曲線和頻響曲線，能夠更靈敏地檢測電力變壓器繞組變形情況。

2 掃頻短路阻抗法判斷分析方法的研究

2.1 掃頻短路阻抗法模擬測試

試驗采用模型變壓器對理論分析進行驗證，試驗設備采用基于掃頻短路阻抗法的繞組變形測試系統(tǒng)，接線方式如圖1所示，將變壓器原邊加壓副邊短接，在加壓側施加≥100W的大功率掃頻信號，通過測量裝置獲得激勵和響應信號，從而繪制出掃頻短路阻抗法的試驗曲線，進行變換不同的坐標系等處理，使數(shù)據(jù)的特性顯示更加明顯。

圖1 掃頻短路阻抗法的測試接線原理圖

在模型變壓器副邊繞組開路情況下，在30Hz～1MHz頻段內進行掃頻測試獲得傳統(tǒng)頻響測試曲線；再將模型變壓器低壓繞組短路，進行30Hz～1MHz進行掃頻測試獲得短路頻響曲線及短路阻抗曲線，測試結果如圖2、3所示。

圖2 傳統(tǒng)頻率響應法測試曲線與掃頻短路阻抗法測試曲線的對比

通過試驗對比，可以得出以下結論：

(1)在頻率大于45kHz以后，模型變壓器在低壓二次開路及短路情況下測的的相應曲線基本重合，因此掃頻短路阻抗法可以獲得在中、高頻頻段與傳統(tǒng)頻率響應法一致的頻響曲線；

圖3 掃頻短路阻抗法測得的電抗-頻率特性曲線

表1 測量獲得的50Hz短路阻抗值

(2)低頻段兩種方法下獲得的曲線差別較大，但二次短路情況下(<1kHz)獲得的曲線表現(xiàn)為線性，與頻率成正比，可以認為是集中參數(shù)的漏抗，如圖3短路阻抗-頻率曲線的低頻段所示。通過短路阻抗-頻率特征曲線，可以獲得50Hz時的短路阻抗值(見表2)，與銘牌值進行比較相差不大，短路阻抗值的測量精度滿足要求；

(3)掃頻短路阻抗法可以將頻率響應法和短路阻抗法有機的結合在一起，一次測試能夠同時獲得頻響曲線和短路阻抗-頻率曲線，在低頻段和中高頻段可以分別運用短路阻抗值和頻響曲線的差異來判斷變壓器是否存在繞組變形。

2.2 掃頻阻抗法的判斷方法的研究

對掃頻阻抗法獲得的數(shù)據(jù)進一步處理，還可以獲得以下特征曲線：

(1)阻抗/ω-頻率(Zk/ω-f)特征曲線

(2)阻抗-頻率(Zk-f)特征曲線

(3)電阻-頻率(R-f)特征曲線

(4)電抗-頻率(X-f)特征曲線

通過在模型變壓器繞組上串聯(lián)電感和并聯(lián)電容，模擬繞組變形引起的參數(shù)變化，研究利用不同特征曲線上的變化特征來判斷變壓器繞組變形的分析方法。

2.2.1 模擬繞組電感參數(shù)變化的測試曲線分析

在模型變壓器的低壓側串聯(lián)0.96mH電感值的電感器，模擬變壓器變形引起電感參數(shù)變化時的測試曲線。

由圖4可以看出，串聯(lián)電感后低頻段出現(xiàn)較明顯的平移，其他頻率部分也發(fā)生微弱的平移，但不明顯；其中中頻100kHz附近出現(xiàn)波峰反相的現(xiàn)象。由于與頻率成正比，變化范圍較大，實際應用中較難比較曲線的變化，需要進行進一步的處理。

圖4 模擬電感參數(shù)變化前后頻響曲線

由于電感變化對低頻段影響較明顯，對30Hz～10kHz的阻抗/ω-頻率(-f)特征曲線進行分析，如圖5所示，在對應位置有明顯變化，特別低頻段的明顯平移，所以在1kHz以下頻率范圍內，判斷繞組變形時可以將這一參數(shù)量作為判斷變形的依據(jù)。

圖5 模擬電感參數(shù)變化前后-f特征曲線

在圖6電阻-頻率(R-f)特征曲線、圖7電抗-頻率(X-f)特征曲線中，中頻100kHz附近電感變化反映比頻響曲線更明顯，因此R-f特征曲線和X-f特征曲線適合于判斷繞組變形在中高頻頻段引起的參數(shù)變化。

圖6 模擬電感參數(shù)變化前后R-f特征曲線

2.2.2 模擬繞組電容參數(shù)變化的測試曲線分析

在模型變壓器的入口端并聯(lián)30pF電容，模擬變壓器高壓引線移位等變形故障引起的對地分布電容參數(shù)改變時的頻響曲線。

圖7 模擬電感參數(shù)變化前后X-f特征曲線

圖8 模擬電容變化前后頻響特性曲線

如圖8所示，并聯(lián)電容后高頻段出現(xiàn)明顯的波峰移位現(xiàn)象和曲線平移，但在低頻段沒有明顯變化。50Hz的短路阻抗如表2所示。

表2 并聯(lián)電容前后50Hz短路阻抗值列表

對短路阻抗數(shù)據(jù)進行進一步歸一化處理，繪制曲線和R-f曲線，觀察兩種曲線在并聯(lián)電容前后的變化情況，如圖9和圖10所示。

圖9 模擬電容變化前后特征曲線

通過對比幾個波形可以看出，在電容性的改變引起的影響，在頻率響應曲線上較明顯，在阻抗-頻率特征曲線，阻抗/ω-頻率特征曲線上僅有微弱反映，但在圖10的電阻-頻率特征曲線上出現(xiàn)明顯的波峰移位、反相現(xiàn)象，反映較靈敏。

圖10 模擬電容變化前后R-f特征曲線

3 現(xiàn)場測試及結果分析

為了驗證掃頻短路阻抗法現(xiàn)場測試效果，先后對10個變電站、12臺不同電壓等級、不同接線組別的變壓器進行了測試。

3.1 與短路阻抗法的對比

表3是利用阻抗-頻率(Zk/ω)曲線計算出50Hz時4臺不同變壓器的短路阻抗值，與銘牌值的比較：

表3 掃頻短路阻抗曲線提取的50Hz阻抗值與銘牌值的比較

由表3可見，由掃頻短路阻抗法獲得的50Hz時短路阻抗值，可以與銘牌值比較用來判斷變壓器的繞組變形情況，其精度滿足實際測量需要；而且與短路阻抗法相比，在所需要的測試設備容量和測試方法的易用性等方面，優(yōu)勢相當明顯。

3.2 與頻率響應法的對比

圖11為利用掃頻短路阻抗法測得的某220kV變壓器A相“高壓-低壓”側頻響曲線。

圖11 某220kV變壓器A相“高壓-低壓”掃頻短路阻抗法測得的頻響曲線

同時，采用頻率響應法繞組變形測試儀對該變壓器相應繞組進行測試，生成的頻響曲線如圖12所示。

圖12 某220kV變壓器A相“高壓-低壓”頻率響應法測得的頻響曲線

然后將掃頻短路阻抗法(SFSCR)與頻響法(FRA)的頻響曲線波峰、波谷進行了對比，如表4所示。

表4 某220kV變壓器A相FRA和SFSCR頻響曲線峰波谷對照表

由表4可以看出，掃頻短路阻抗法頻響曲線與傳統(tǒng)頻率響應法頻響曲線在中、高頻段，波峰、波谷位置基本一致，掃頻短路阻抗法頻響曲線能夠反映變壓器繞組的頻響特性，能夠用來作為變壓器繞組變形判斷的依據(jù)。

4 結語

通過對模擬試驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)的分析研究，可以得出以下結論：

(1)掃頻短路阻抗法將頻響法和短路阻抗法有機的結合在一起，能夠較好利用兩種方法的優(yōu)點進行變壓器繞組變形判斷，大大了降低誤判的概率；而且該方法更加高效易用，是一種新型的有效的繞組變形診斷方法。

(2)掃頻短路阻抗法在低頻段可以測得50Hz時變壓器的短路阻抗值，將其與銘牌值比較，作為判斷變壓器是否變形的依據(jù)；同時在中高頻段則以測得的頻響曲線與歷史保存的頻響曲線進行橫向和縱向比較，通過曲線的差異程度來判斷繞組是否存在變形。測試時實現(xiàn)一次測量可以同時取得變壓器繞組的短路阻抗-頻率特征曲線和頻響特性曲線，實現(xiàn)與兩種方法的兼容，是一種新型的有效的繞組變形診斷方法。

(3)掃頻短路阻抗法通過對測試數(shù)據(jù)的進一步分析，引入了阻抗/ω-頻率曲線、電抗-頻率曲線和電阻-頻率曲線這些新的特征量，使得分析判斷手段更加豐富，測試結果更加明顯、直觀。