變壓器繞組變形檢測方法

來源：揚(yáng)州國浩電氣有限公司 2025年07月07日 07:16

1. 短路阻抗法
變壓器的短路阻抗是指變壓器的負(fù)荷阻抗為零時(shí)變壓器輸入端的等效阻抗，它反映了繞組之間或繞組和油箱之間漏磁通形成的感應(yīng)磁勢。短路阻抗包含電阻分量和電抗分量，對于110kV及以上的大型變壓器，電阻分量在短路阻抗中所占的比例非常小，短路阻抗值主要是電抗分量的數(shù)值。變壓器的短路電抗分量，就是變壓器繞組的漏電抗。變壓器的漏電抗由橫向漏電抗和縱向漏電抗組成，通常橫向所占比例很小。在頻率一定的情況下，變壓器的漏電抗值由繞組的幾何尺寸所決定，變壓器繞組結(jié)構(gòu)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。

短路阻抗法的基本思想即通過測試變壓器繞組中漏電抗的變化來檢測繞組的變形程度。實(shí)際測量中，一般在低電壓下實(shí)施阻抗測量，測量接線如圖所示。其中A為電流表，V為電壓表，繞組高壓側(cè)接到工頻交流電源上，低壓側(cè)短接。利用電流和電壓值即可算出繞組的漏抗值。變壓器短路阻抗及其電感分量與繞組幾何尺寸及相對位置有關(guān)，通過比較不同時(shí)期變壓器繞組的短路阻抗值即可分析繞組狀況。變壓器短路阻抗由繞組結(jié)構(gòu)決定，繞組變形是否及變形大小可由短路阻抗值變化大小來判斷。

短路阻抗法測量接線圖

短路阻抗法測量變壓器繞組變形大多是在低電壓、小電流的條件下進(jìn)行，實(shí)施簡單，但缺乏確切的判別標(biāo)準(zhǔn)，且靈敏度較低，試驗(yàn)時(shí)間較長，因此，難以推廣使用，通常僅用于中低壓等級的變壓器。

2. 低壓脈沖法
當(dāng)頻率超過1kHz時(shí)，變壓器繞組在較高頻率的電壓作用下，其鐵芯的磁導(dǎo)率幾乎和空氣一樣，繞組本身可以看作一個(gè)由線性電阻、電感、電容等組成的無源線性分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，其等效電路如圖所示。

變壓器繞組等效電路

圖中，L為餅間電感，K為縱向電容，c為對地電容。

低壓脈沖法(Low Voltage Impulse)簡稱為LVI法。1966年由波蘭的Lech和Tyminski提出。低壓脈沖法的基本原理即將一比較穩(wěn)定的低壓脈沖電壓信號施加于被試變壓器的一端，同時(shí)記錄該端子和其它端子的電壓波形，通過將時(shí)域中的激勵(lì)與響應(yīng)作比較，可對繞組的狀態(tài)作出比較正確的判斷。當(dāng)變壓器的繞組發(fā)生變形時(shí)，等值電路中各個(gè)小單元內(nèi)分布參數(shù)(L,K,C)的微小變化都將造成響應(yīng)信號波形上的變化，響應(yīng)信號在變壓器繞組變形前后的變化將反映出繞組變形的信息。

低壓脈沖法現(xiàn)已被列入IEC及IEEE電力變壓器短路試驗(yàn)導(dǎo)則和測試標(biāo)準(zhǔn)。但該方法應(yīng)用于現(xiàn)場試驗(yàn)中，會(huì)受到測試過程中各種電磁干擾的影響，因此測試結(jié)果重復(fù)性較差，且對繞組首端位置的故障響應(yīng)不夠靈敏，比較難判斷繞組變形位置。

3. 頻響分析法
頻率響應(yīng)分析法(Frequency Response Analysis Method)簡稱為FRA法，由加拿大的E.P.Dick和C.C.Erven提出，它克服了低壓脈沖法的一些缺陷，在世界各國獲得了較為廣泛的應(yīng)用。

頻響分析法的工作原理即：變壓器繞組在電壓頻率大于1kHz時(shí)可視為一個(gè)由電阻、電容和電感等分布參數(shù)構(gòu)成的無源雙端口網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。該網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部特性可通過傳遞函數(shù)H (j動(dòng)進(jìn)行描述，將輸入激勵(lì)與輸出響應(yīng)建立函數(shù)關(guān)系，并逐點(diǎn)描繪，就得到了反映變壓器繞組特性的傳遞函數(shù)特性曲線。變壓器制成以后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)就隨之確定，同時(shí)其頻譜特性也將隨之確定。當(dāng)繞組發(fā)生形變時(shí)，必然改變網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的電阻、電容和電感等分布參數(shù)，從而使得網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性發(fā)生變化。因此，通過比較繞組不同時(shí)期的頻譜曲線，仔細(xì)觀察曲線中諧振點(diǎn)數(shù)目的變化，諧振頻率及幅值的增減即可檢測繞組變形程度。

變壓器繞組的頻率響應(yīng)特性通常采用如下方式獲得：將一穩(wěn)定的正弦掃頻信號施加于被試變壓器繞組的一端，連續(xù)改變此正弦波激勵(lì)源的頻率，并記錄該端子和其他端子上的電壓幅值及相位，從而得到被試?yán)@組的一組頻響特性。實(shí)踐證明，頻率響應(yīng)法能夠?yàn)樽儔浩骼@組變形的檢測提供一個(gè)較為準(zhǔn)確的依據(jù)。

頻響分析法對比于低壓脈沖法而言，避免了低壓脈沖法使用儀器笨重和測試結(jié)果重復(fù)性差等缺點(diǎn)。它降低了電磁干擾的影響、可重復(fù)性較好、可直觀地分析頻率響應(yīng)曲線、測試靈敏度較高。因此，目前該方法已在國內(nèi)外變壓器運(yùn)行和生產(chǎn)部門得到推廣應(yīng)用，并取得了成效。但由于測試結(jié)果受很多不確定性因素的影響，且缺乏深層次診斷手段，存在較大的改進(jìn)空間。

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