摘要：如今，随着电网容量不断增加，引发变压器损坏事件的数量逐渐增加。通过对变压器进行解体检查，可以发现导致故障出现的原因主要表现在故障电流会生成轴向力与径向力，绕组会发生扭曲、倾斜等失稳变形情况。若不将变形问题及时发现并解决，甚至还会损坏绝缘，造成匝间短路、主绝缘放电或完全击穿等故障。鉴于此，本文就变压器绕组变形诊断技术展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：电力变压器；绕组；变形；诊断技术
1.扫频阻抗法检测技术原理
使用扫频阻抗检测技术检测变压器绕组变形过程中，会将变压器中的每个绕组相应阻抗一频率曲线全面检测，将最终获得的测量结果横向、纵向对比，之后将曲线的变化作为基础对绕组可能出现的变形进行判断。
在测试过程中，f表示频率，Usource(f)为扫频信号造成外施激励出现的变化，放大器将频率放大之后，会获取变压器绕组对非短路侧的处理情况，之后利用采集卡记录Uin(f)(输入端电压)、Uout(f)(实际响应电压)进行记录。采样的电阻R1与R2应全部匹配同轴电缆阻抗。之后就可以使用公式1对采集获取的数据进行计算:
从上述分析可以看出，实验中的扫频信号源主要为激励源，可以划分系统等效电路测试过程，其中包含低频、高频等效电路模型。首先，测试低频段过程中，集中电路可以是变压器绕组与电感等相关元件共同组成部分，测试系统相当于低电压短路与阻抗法对电路进行测试。其次，频率的持续增加，变压器中等效电路会逐步形成一系列电阻、电感分布参数等部分，会共同组成二端口网络。使用扫频阻抗检测技术的主要特征为会获得频率响应曲线，还可以获取变压器绕组检测的传递函数。因此对变压器绕组变形诊断过程中，使用扫频阻抗检测技术，可以将变压器绕组看成相关元件共同组成电路系统，如果运行过程中某部分元件发生变化、故障，变压器的扫频阻抗值也会出现相应的变化，绕组的几何尺寸作为这些元件实际参数的重要基础。因此可以看出，若改变绕组尺寸，就会造成变压器扫频阻抗值发生变化。
3.振动带电检测法
3.1基本原理
绕组的振动是由于漏感的影响下，线圈中的电流相互作用产生电动力引起的，绕组中漏磁场一般可分解为轴向漏磁和辐向漏磁，如图1所示。绕组受辐向张力互相排斥，使外绕组向外扩张，内绕组向内压缩；轴向压力使内外绕组同时受到两端向中部的轴向压力。当绕组内部出现机械形变时，虽然负载电流未发生变化，但形变对应位置的漏磁场也将发生改变，从而造成变压器振动信息也发生不同变化，因此开展振动检测能够发现绕组机械状态的变化。在理想状态下稳定运行的变压器绕组的振动加速度大小正比于绕组电流的平方，振动加速度信号是电源频率的2倍(100Hz)。实际情况中，由于变压器绕组绝缘垫块材料的非线性特性，绕组的振动信号中还存在100Hz的倍频谐波及其他谐波分量；同时，在长时间带负荷运行中，由于紧固件松动、短路冲击等原因绕组会发生形变，振动频谱中的高次谐波随之逐步增大。
2.2现场测试及结果分析
为了验证振动带电检测法现场测试效果，先后对不同电压等级、不同接线组别的变压器进行了测试。实测表明，不同变压器振动信号时域波形差别明显，波形畸变程度，变化规律各不相同，从时域波形无法直观描述绕组振动信号特性。而对比各台变压器绕组振动信号频谱可知，绕组振动信号基频为100Hz，与理论分析一致，高次谐波含量相较于绕组振动信号较小，因此时域波形也更接近正弦波，不同变压器绕组振动信号主要频率段集中于100～300Hz。
3.绕组变形的几种判断方法
3.1短路阻抗法
最早使用的变压器绕组变形试验方法，当绕组有电流通过时，将产生漏电势，短路阻抗法正是通过测量其阻抗或者漏抗值的变化情况来判断绕组是否发生了变形。其优势是测量方法简单，而且IEC60076-5和GB1094.5中都有其额定电流下漏抗限值的要求所以也是现在比较流行的初步判断方法。短路阻抗法同时存在下列问题：(1)短路阻抗可分为电阻分量和电抗分量，对于中小型电力变压器，阻抗分量占比会变大，对试验结果会有一定的影响；(2)不同试验仪器间，试验最终导致的试验误差可能也会有1%~2%的数值差别，会影响判断；(3)单一的测量结果，若没有之前的数据作为对此参考，也不能够完全对绕组变形情况进行判断；(4)测量灵敏度相对不足，如果绕组变形情况不是很严重，则变化参数则不是很明显。短路阻抗法一般用于辅助判定绕组变形情况。
3.2电容分析法
变压器绕组都可以看成由电容、电感、电阻共同组成的系统，其电容量直接反映绕组间、绕组对铁心、绕组对壳体、绕组对地的结构情况。变压器出厂后，其电容量是一定的。当变压器绕组变形时，其数值也会随之变化，通过。电容分析法和短路阻抗法类似，都是有具体的标准规定。其局限性为：测量数值受到设备误差的制约，同时亦要有基础的数据档案作为基础参考，对绕组间整体位移的判断相对频率响应法（FRA）不足。在绕组变形判断中，该分析法往往与频率响应法（FRA）协同分析。
3.3低压脉冲法（LVI）
该方法是在变压器绕组的一端对地加入标准脉冲电压信号，记录和测量对地电压信号Vo(t)和Vi(t)，最终通过传递函数h(t)=Vo(t)/Vi(t)，然后通过分析波形来进行绕组变形的判断，相对与短路阻抗法而言，测试范围更大，更灵敏，但也易受到外界干扰，信号源不够稳定，该方法目前已基本不再使用，而频率响应法（FRA）是该方法的延伸。
结语
变压器在长时间运行运行一定时间或遭遇意外事件后，不可避免的会出现各种问题，而绕组变形带来的后果是很严重的。绕组变形试验不仅需要于变压器生产厂家重点关注，电厂方可通过试验方法来相对精确的衡量绕组状态，防止误判，避免不必要的吊芯，节省人力物力，提高电厂运行效率。
参考文献：
[1]雷蕾.电力变压器绕组变形的诊断[J].通信电源技术，2018，35(12):212-213.
[2]刘军，张安红.电力变压器绕组翘曲变形检测和识别[J].变压器，2018，55(11):62-67.
论文作者:孙莉
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/2
标签：绕组论文; 变压器论文; 阻抗论文; 信号论文; 频率论文; 波形论文; 测试论文; 《当代电力文化》2019年第08期论文;