采用掃頻短路阻抗法對變壓器繞組進行變形測試的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力設(shè)備的檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用掃頻短路阻抗法對變壓 器繞組進行變形測試的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器的安全運行直接關(guān)系到供電系統(tǒng)的安全可靠性能。近年來，電力事業(yè) 迅速發(fā)展，尤其是智能電網(wǎng)、超高壓以及特高壓電力系統(tǒng)的建立，更要求變壓器產(chǎn)品能夠承 受較高短路電流所產(chǎn)生的較大電動力和機械力。但是，變壓器在運輸、安裝過程中受到?jīng)_ 擊或在運行中發(fā)生突然短路等都可能使繞組發(fā)生變形，這些變形可能使得繞組的絕緣被破 壞或使機械強度下降。如果繞組的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷，那么在內(nèi)部短路電流沖擊力或 外部機械力的作用下，繞組就會產(chǎn)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）。當(dāng)繞組的變形程度嚴重時，有可能立即導(dǎo)致匝絕緣破損形成匝間短路（對小 型配電變壓器而言）；或者導(dǎo)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）。當(dāng)繞組的變形程度比較輕時，繞組雖然不會立即遭到喪失運行能力的破壞，但卻因 殘余變形而留下了嚴重的事故隱患。在變形的累積效應(yīng)作用之下，變形愈來愈嚴重。當(dāng)變 形累積超過某一限值時，將導(dǎo)致變壓器損壞。
[0003]目前采用的測試技術(shù)主要有低壓脈沖法、頻響法和低電壓短路阻抗法。在國內(nèi)，頻 響法應(yīng)用較多，低電壓短路阻抗法測試方法簡單，易于操作。
[0004] 變壓器繞組變形的診斷方法如下：
[0005] (1)低壓脈沖法：該方法采用了時域脈沖分析技術(shù)，在現(xiàn)場容易受到外界干擾和 靈敏度校正過程的影響，往往需要一個特殊結(jié)構(gòu)和精細調(diào)整的測試系統(tǒng)，以消除脈沖傳遞 過程中的折返射和脈沖信號源的不穩(wěn)定問題，故現(xiàn)場使用很難保證測試結(jié)果的重復(fù)性，因 此，目前已很少采用低壓脈沖法來測量變壓器繞組的變形情況。
[0006] (2)頻率響應(yīng)法：該方法是目前使用較多的方法。它是利用精確的掃頻測量技術(shù)， 通過測量變壓器各個繞組的頻率響應(yīng)特性變化，得到一組結(jié)構(gòu)特性"指紋"圖譜。通過對測 試結(jié)果的縱向或橫向全領(lǐng)域范圍內(nèi)的相關(guān)性比較，從而診斷繞組是否存在扭曲、鼓包、位移 等變形情況。但目前缺乏對大量數(shù)據(jù)的綜合管理和有效利用。該方法對繞組平移、高壓引 線位移、扭曲、鼓包等變形敏感。
[0007] 頻響法進行測試時，將一穩(wěn)定的正弦波掃頻信號施加到被試變壓器的一端，同時 記錄該端和另一端的電壓幅值，經(jīng)處理可以得到被試變壓器的一組頻響曲線。對前后測試 結(jié)果進行對比即可判定變壓器繞組的變形狀態(tài)。
[0008] (3)低壓短路阻抗法（SCR):該方法是判斷繞組變形的傳統(tǒng)方法，變壓器短路阻抗 測量采用伏安法變壓器短路阻抗測試時，通常在變壓器的高壓繞組側(cè)加壓，在低壓繞組側(cè) 短路。同時測量加在阻抗上的電流和電壓的基波分量的比值就是被試變壓器的短路阻抗。 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。故便可以通過測量阻抗電壓的變化 來判定變壓器繞組的變形程度。該方法對繞組匝間短路、鼓包等引起漏抗（主要為電感） 值明顯變化的變形較敏感。
[0009] 當(dāng)判斷變壓器繞組存在變形時，同時應(yīng)用阻抗電壓法及頻率響應(yīng)法是進一步確定 繞組變形程度、防止誤判斷的有效方法。為了檢測電力變壓器繞組的變形，一般要進行低電 壓短路阻抗法和頻響法兩次測試，但由于兩種測試法所采用的測試設(shè)備及接線方式不同， 因此采用不同的測試方法時需要重新接線，極為耗時耗力，給現(xiàn)場測試工作帶來了很大不 便。
[0010] 為此，本發(fā)明提供一種新的測試方法一掃頻短路阻抗法（SFSCR)，基于該方法研制 新型的繞組變形測試儀，一次測試可以獲得全頻范圍的短路阻抗曲線，使新型測試儀具備 傳統(tǒng)的掃頻傳遞函數(shù)法測試系統(tǒng)和短路阻抗儀的優(yōu)點，避免因應(yīng)用其中一種方法判斷的局 限性，能夠高效、準(zhǔn)確地檢測電力變壓器繞組變形情況，為現(xiàn)場工作人員分析判斷繞組的工 作狀態(tài)提供了一種新的手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種采用掃頻短路阻抗法對變壓器繞組進行變形 測試的方法，能夠高效、準(zhǔn)確檢測電力變壓器繞組變形。
[0012] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0013] 本發(fā)明的采用掃頻短路阻抗法對變壓器繞組進行變形測試的方法，采用的測試設(shè) 備包括能夠產(chǎn)生任意頻率標(biāo)準(zhǔn)正弦波的大功率掃頻信號發(fā)生器，輸出信號由高頻變壓器耦 合輸出并通過輸出信號電纜連接至待測變壓器繞組；測試設(shè)備還包括寬頻帶高速波形數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)包括至少兩路采集通道，每路采集通道分別通過測試電纜連接至變壓 器繞組，測試設(shè)備還包括一個取樣電阻（RO)，本方法包括以下步驟：
[0014] 步驟1)設(shè)備連接：采用三端法連接信號電纜和測試電纜，如果是單相變壓器，將 變壓器的二次繞組的兩個端子短接；如果是三相變壓器，將二次繞組全部短接，對于有中 性點引出的三相變壓器，連同中性點一起短接，在一次繞組的激勵端接入輸出信號電纜和 測試電纜I，在一次側(cè)繞組的測量端接入測試電纜II，將輸出信號電纜的另一端與大功率 掃頻信號發(fā)生器的輸出信號端相連接，測試電纜I的另一端與寬頻帶高速波形數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的一路采集通道輸入端子相連接，測試電纜II的另一端與寬頻帶高速波形數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的另一路采集通道輸入端子相連接，同時待測變壓器的一次側(cè)繞組的測量端與取樣電阻 (RO)的一端相連接，而取樣電阻（RO)的另一端與輸出信號電纜、測試電纜I、測試電纜II 的屏蔽層連接到一起，通過一點接地；
[0015] 步驟2)采樣：大功率掃頻信號發(fā)生器的任意頻率標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號經(jīng)高頻變壓器 耦合后輸出測試電壓Us，經(jīng)輸出信號電纜施加于待測變壓器一次繞組，由雙通道的寬頻帶 高速波形數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別采集施加于變壓器一次繞組的掃頻信號U 1和取樣電阻的電壓 信號U2;
[0016] 步驟3)通過測量變壓器在二次側(cè)短路的情況下，在不同頻率f下的取樣電阻 RO上的電壓，計算出電流I，通過以下公式經(jīng)矢量運算來獲得不同頻率下的短路阻抗值 Zk(f)：
[0017] 短路阻抗的計算公式：
[0026] 步驟4)繞組變形判斷：通過下述的一種或多種方式的結(jié)合對繞組變形進行判斷：
[0027] 方式一：在低頻段（30Hz-lkHz)，變壓器繞組的短路阻抗值與頻率成正比，根據(jù)步 驟3)計算得到的短路阻抗值繪制阻抗一頻率曲線，計算出50Hz時變壓器的短路阻抗值，與 銘牌值比較，判斷變壓器是否變形；
[0028] 方式二：由于變壓器繞組發(fā)生變形時，在低頻段（30Hz-lkHz)的阻抗會發(fā)生明顯 變化，引入（阻抗/角頻率）作為新的判斷依據(jù)參數(shù)，觀察新引進參數(shù)與頻率f的關(guān)系曲線 兩次測量的變化程度，對變壓器繞組變形進行判斷；
[0029] 方式三：在高頻段，Zk_f曲線與H-f曲線具有負相關(guān)性，可以將中高頻段的Z k_f 曲線可以轉(zhuǎn)換為H-f曲線，參照頻響法進行繞組變形判斷；
[0030] 方式四：掃頻短路阻抗法同時可以得到阻抗/角頻率一頻率曲線（Zk/co - f)、電 阻一頻率曲線（R_f)、電抗一頻率曲線（Χ-f)，上述曲線參數(shù)對不同繞組變形的反應(yīng)靈敏程 度，作為診斷繞組變形的依據(jù)。
[0031] 進一步，所述步驟1)中，輸出信號電纜和測試電纜I均采用同軸電纜，連接到激勵 測試鉗上再與待測變壓器相連，激勵測試鉗的鉗口引出電纜的芯線與變壓器繞組接線端相 連，激勵測試鉗的接地端引出電纜屏蔽層與接地點相連接。
[0032] 進一步，所述步驟1)中，測試電纜II采用同軸電纜，連接到響應(yīng)測試鉗上再與變 壓器相連，響應(yīng)測試鉗的鉗口引出電纜的芯線與變壓器繞組接線端相連，響應(yīng)測試鉗的接 地端引出電纜屏蔽層與接地點相連接。
[0033] 進一步，所述大功率掃頻信號發(fā)生器的主要參數(shù)包括：輸出電壓峰峰值 Vp-p彡100V，輸出最大功率Pmax彡100W，帶寬Bw = 30Hz~IMHz ;
[0034] 進一步，所述取樣電阻（RO)為高精度、低溫漂、無感的大功率電阻。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是：
[0036] 本發(fā)明的方法汲取了頻響法和短路阻抗法測試技術(shù)的優(yōu)點，同時進行了相應(yīng)的改 進，從而可以通過一次測量，在低頻段也可以提取、計算出50Hz時變壓器的短路阻抗值，通 過與銘牌值比較，直接可以對變壓器是否變形進行初步的判斷；同時，還可以利用其它幾種 判斷方法來進行進一步的判斷，因此可以達到良好的判斷效果，操作方便且準(zhǔn)確率高，具備 良好的推廣應(yīng)用價值。
[0037] 本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)