1研究背景

電力變壓器是一種電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，其在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著極為重要的作用，一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)為嚴(yán)重的大面積停電事故。引起電力變壓器故障及事故的原因多種多樣，如人員操作失誤、負(fù)載量突變和絕緣受潮等都有可能造成變壓器的停運(yùn)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年到2005年間，全國(guó)110 kV及以上電力變壓器發(fā)生事故臺(tái)次為131臺(tái)，事故總?cè)萘繛?0 293.2 MVA，如按故障位置來(lái)劃分事故臺(tái)次，則由繞組變形故障引起的事故比例高，可達(dá)事故總量的60%。這是由于在短路電流的影響下，變壓器繞組受強(qiáng)大電動(dòng)力作用，會(huì)發(fā)生塌陷、整體扭曲和位移等機(jī)械性永jiu變形，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生累積效應(yīng)，并終造成變壓器事故。

因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)變壓器繞組變形故障，能夠延長(zhǎng)變壓器運(yùn)行壽命，從而減少電力系統(tǒng)不必要的開(kāi)支。

2論文解決問(wèn)題及意義

目前檢測(cè)變壓器繞組變形的方法主要包括電容量變化法、振動(dòng)信號(hào)分析法、短路阻抗法及頻率響應(yīng)分析法。其中，后兩種方法由于測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單易攜、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用和研究。

但在實(shí)際應(yīng)用中，兩者也具有一些缺點(diǎn)：頻率響應(yīng)分析法的測(cè)試結(jié)果不直觀、無(wú)定量判斷標(biāo)準(zhǔn)可用，需經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)試人員對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向與縱向比較；短路阻抗法雖判據(jù)明確，但無(wú)法定位繞組故障，且靈敏度較低。因此，為了有效減小對(duì)變壓器繞組變形的誤判，目前急需一種能夠定量判斷繞組變形故障的高靈敏度檢測(cè)方法。

本文提出一種新型變壓器繞組變形檢測(cè)方法——掃頻阻抗法，并基于其基本原理建立一套試驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)，在深入研究該系統(tǒng)的測(cè)試重復(fù)性、穩(wěn)定性、抗干擾能力和激勵(lì)電壓影響后，探討該法與頻響法及短路阻抗法的異同，分析變壓器繞組短路與凹陷故障時(shí)的測(cè)試情況，從而驗(yàn)證該法對(duì)變壓器繞組變形故障檢測(cè)的可行性，后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)證明了該方法的有效性。

3論文重點(diǎn)內(nèi)容

本文提出了一種新型變壓器繞組變形檢測(cè)方法——掃頻阻抗法，如圖1所示。

首先通過(guò)對(duì)該法測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)形式的轉(zhuǎn)變，優(yōu)化了其判定輕微變壓器繞組故障的效果。隨后研究了該法測(cè)試系統(tǒng)的重復(fù)性及準(zhǔn)確性，確定了利用其判斷變壓器繞組變形故障的可行性。接著探討了該法抗干擾能力及其激勵(lì)電壓的影響，進(jìn)一步確立了該法的測(cè)試優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，通過(guò)與頻率響應(yīng)分析法的比較，建立了兩種測(cè)試方法間的聯(lián)系。

而且，對(duì)正常和發(fā)生短路故障及局部凹陷故障的變壓器進(jìn)行了測(cè)量及分析，進(jìn)一步證明了掃頻阻抗法用于變壓器繞組變形檢測(cè)的可行性。后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，驗(yàn)證了掃頻阻抗法的有效性，現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)變壓器如圖2所示。

 圖 1  掃頻阻抗法測(cè)試系統(tǒng)

圖2  某變電站220 kV電力變壓器

4結(jié)論

1）掃頻阻抗法具有較高的測(cè)試重復(fù)性與穩(wěn)定性，其在相同檢測(cè)環(huán)境下的25次測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.17 dBΩ，且50 Hz處阻抗值吻合*，同時(shí)間隔24 h的2次測(cè)試結(jié)果也基本相同。

2）通過(guò)50 Hz處掃頻阻抗值與變壓器短路阻抗值的比較，驗(yàn)證了掃頻阻抗法的低頻電路等效于短路阻抗法。

3）較高的激勵(lì)電壓能夠有效抑制空間噪聲干擾，提高響應(yīng)電壓的信噪比，減少因噪聲引起的變壓器繞組變形誤判。

4）通過(guò)與頻響法的比較，證明了掃頻阻抗法在低頻段時(shí)具有更優(yōu)的測(cè)試穩(wěn)定性與抗干擾能力，在中高頻段時(shí)具有和頻率響應(yīng)分析法相同的測(cè)試靈敏度，且頻率越高，掃頻阻抗曲線與頻響曲線關(guān)于直線10×lg50互為軸對(duì)稱(chēng)圖形的趨勢(shì)越明顯，因此中高頻段的掃頻阻抗曲線具有和頻響曲線相同的測(cè)試特點(diǎn)。

5）在本文設(shè)置的變壓器短路故障條件下，掃頻阻抗曲線50 Hz處的偏差為 -19.28%，大于 ±2%的標(biāo)準(zhǔn)范圍，可判斷為繞組故障，且利用相關(guān)系數(shù)判據(jù)也能得到變壓器繞組嚴(yán)重變形的結(jié)論；對(duì)于繞組局部凹陷故障而言，由于故障與正常時(shí)50 Hz阻抗值基本相同，因此無(wú)法利用阻抗偏差對(duì)繞組故障進(jìn)行判定，但故障后的阻抗曲線卻有明顯變化，引入相關(guān)系數(shù)判據(jù)，則低頻段數(shù)據(jù)已接近輕微繞組變形的判定范圍，故對(duì)于引起繞組輕微變形的凹陷故障，利用掃頻阻抗曲線的變化依然能夠有效檢出。

6）通過(guò)對(duì)變電站內(nèi)一臺(tái)220 kV變壓器的測(cè)試，驗(yàn)證了掃頻阻抗法應(yīng)用于大型變壓器的可行性，且確定了較高電壓的掃頻阻抗測(cè)試系統(tǒng)，能夠更為有效地抑制空間電磁噪聲。