检测电力变压器绕组变形的扫频阻抗法研究

1研究背景

电力变压器是一种电能转换设备，其在电力系统中发挥着极为重要的作用，一旦出现故障，将会导致极为严重的大面积停电事故。引起电力变压器故障及事故的原因多种多样，如人员操作失误、负载量突变和绝缘受潮等都有可能造成变压器的停运。

据统计，2002年到2005年间，全国110 kV及以上电力变压器发生事故台次为131台，事故总容量为10 293.2 MVA，如按故障位置来划分事故台次，则由绕组变形故障引起的事故比例高，可达事故总量的60%。这是由于在短路电流的影响下，变压器绕组受强大电动力作用，会发生塌陷、整体扭曲和位移等机械性永久变形，长期运行会产生累积效应，并终造成变压器事故。

因此，及时发现和修复变压器绕组变形故障，能够延长变压器运行寿命，从而减少电力系统不必要的开支。

2论文解决问题及意义

目前检测变压器绕组变形的方法主要包括电容量变化法、振动信号分析法、短路阻抗法及频率响应分析法。其中，后两种方法由于测试设备简单易携、抗干扰能力强等优点，得到了广泛的应用和研究。

但在实际应用中，两者也具有一些缺点：频率响应分析法的测试结果不直观、无定量判断标准可用，需经验丰富的测试人员对历史数据进行横向与纵向比较；短路阻抗法虽判据明确，但无法定位绕组故障，且灵敏度较低。因此，为了有效减小对变压器绕组变形的误判，目前急需一种能够定量判断绕组变形故障的高灵敏度检测方法。

本文提出一种新型变压器绕组变形检测方法——扫频阻抗法，并基于其基本原理建立一套试验室测试系统，在深入研究该系统的测试重复性、稳定性、抗干扰能力和激励电压影响后，探讨该法与频响法及短路阻抗法的异同，分析变压器绕组短路与凹陷故障时的测试情况，从而验证该法对变压器绕组变形故障检测的可行性，后通过现场实测证明了该方法的有效性。

3论文重点内容

本文提出了一种新型变压器绕组变形检测方法——扫频阻抗法，如图1所示。

首先通过对该法测试结果表现形式的转变，优化了其判定轻微变压器绕组故障的效果。随后研究了该法测试系统的重复性及准确性，确定了利用其判断变压器绕组变形故障的可行性。接着探讨了该法抗干扰能力及其激励电压的影响，进一步确立了该法的测试优势。同时，通过与频率响应分析法的比较，建立了两种测试方法间的联系。

而且，对正常和发生短路故障及局部凹陷故障的变压器进行了测量及分析，进一步证明了扫频阻抗法用于变压器绕组变形检测的可行性。后通过现场测试，验证了扫频阻抗法的有效性，现场被测变压器如图2所示。

 图 1  扫频阻抗法测试系统

图2  某变电站220 kV电力变压器

4结论

1）扫频阻抗法具有较高的测试重复性与稳定性，其在相同检测环境下的25次测试结果的标准偏差小于0.17 dBΩ，且50 Hz处阻抗值吻合极好，同时间隔24 h的2次测试结果也基本相同。

2）通过50 Hz处扫频阻抗值与变压器短路阻抗值的比较，验证了扫频阻抗法的低频电路等效于短路阻抗法。

3）较高的激励电压能够有效抑制空间噪声干扰，提高响应电压的信噪比，减少因噪声引起的变压器绕组变形误判。

4）通过与频响法的比较，证明了扫频阻抗法在低频段时具有更优的测试稳定性与抗干扰能力，在中高频段时具有和频率响应分析法相同的测试灵敏度，且频率越高，扫频阻抗曲线与频响曲线关于直线10×lg50互为轴对称图形的趋势越明显，因此中高频段的扫频阻抗曲线具有和频响曲线相同的测试特点。

5）在本文设置的变压器短路故障条件下，扫频阻抗曲线50 Hz处的偏差为 -19.28%，大于 ±2%的标准范围，可判断为绕组故障，且利用相关系数判据也能得到变压器绕组严重变形的结论；对于绕组局部凹陷故障而言，由于故障与正常时50 Hz阻抗值基本相同，因此无法利用阻抗偏差对绕组故障进行判定，但故障后的阻抗曲线却有明显变化，引入相关系数判据，则低频段数据已接近轻微绕组变形的判定范围，故对于引起绕组轻微变形的凹陷故障，利用扫频阻抗曲线的变化依然能够有效检出。

6）通过对变电站内一台220 kV变压器的测试，验证了扫频阻抗法应用于大型变压器的可行性，且确定了较高电压的扫频阻抗测试系统，能够更为有效地抑制空间电磁噪声。