一種用于配電變壓器繞組材質(zhì)診斷的新方法

王太金，楊秋竹，張　民，李　磊，趙　博，辛月來，盧艷俠，要新占 ，孟憲忠

(1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司四平供電公司，吉林 四平 136000；2.河北如電電氣設(shè)備有限公司，河北 保定 071000)

1　問題研究背景及意義

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各個領(lǐng)域的電力需求也逐漸增漲，需要用到更多的配電變壓器。在過去幾年中，配電變壓器原材料市場價格大幅度提升，銅線的價格也大幅度上漲，變壓器生產(chǎn)成本增加，但是在市場因素的影響之下，變壓器銷售價格卻不能在短時間之內(nèi)提升，因此，一些不負(fù)責(zé)任的企業(yè)在生產(chǎn)過程弄虛作假，用鋁線替代銅線來生產(chǎn)變壓器。依據(jù)我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，對變壓器繞組中含鋁的數(shù)量有明確的要求。

這個問題逐漸延伸到了某些干式變壓器的生產(chǎn)中，一些廠家采用半鋁開展制造工作，比方說繞組一次是鋁、二次是銅，或者繞組一次是銅，二次是鋁，甚至嚴(yán)重的情況下，某些生產(chǎn)廠家實際生產(chǎn)中會全部使用鋁線。這種以次充好的行為，會對變壓器市場秩序造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，不單單給消費者帶來經(jīng)濟(jì)層面上的損失，也會對變壓器運(yùn)行安全性及穩(wěn)定性造成影響。

研究人員針對變壓器繞組材質(zhì)展開了各個層面的研究工作，并取得了一定進(jìn)展。最直接的方法就是對繞組進(jìn)行破壞取樣，然后進(jìn)行金屬化學(xué)成分分析。但是破壞性實驗在實際應(yīng)用中需要使用大量人力物力資源，也會花費一定時間，使電網(wǎng)運(yùn)維工作的難度大幅度提升。研究人員使用直流電源來對變壓器繞組通電，獲得繞組的電阻時間曲線，再和其他標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行相互比較，從而得出結(jié)果，但是卻將溫度上升對繞組電阻造成的影響忽略掉，無法得到較好的效果。

除這些措施之外，也可以使用X射線探傷機(jī)械以及工業(yè)射線膠片來對配電變壓器的繞組進(jìn)行拍照，將得到的被測變壓器繞組材料的X射線衰減系數(shù)以及透照厚度曲線和銅、鋁的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行相互對比。此種方法在實際應(yīng)用中會產(chǎn)生輻射，對人體健康造成威脅，并且花費較多資金，在配電變壓器運(yùn)行現(xiàn)場使用這種方法并不方便。

因此，不拆解處于運(yùn)行狀態(tài)中的配電變壓器，也不對繞組造成任何形式破壞的前提條件之下，掌握一種有效檢測配電變壓器繞組材質(zhì)的技術(shù)很有現(xiàn)實意義。因為銅和鋁本身的物理性質(zhì)具有一定差異性，繞組材質(zhì)的變化會對變壓器體積、容量以及直流電阻等參數(shù)指標(biāo)造成一定影響，本文基于這些繞組參數(shù)指標(biāo)，提出一種判別變壓器繞組材質(zhì)的新方法。

2　繞組材質(zhì)診斷工作的依據(jù)

電阻率是對導(dǎo)體導(dǎo)線特性的物理量進(jìn)行描述，和導(dǎo)體的長度以及橫截面積等因素之間并沒有任何相互關(guān)系，單單和溫度之間有一定相互關(guān)系。電阻溫度系數(shù)指的是在溫度出現(xiàn)變化的情況下，電阻數(shù)值出現(xiàn)的相對變化，不同材料的電阻溫度系數(shù)是不同的，一般情況下實際用到的是平均電阻溫度系數(shù)的概念。銅或者鋁的電阻率和電阻溫度系數(shù)依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求給出。

銅和鋁熱學(xué)以及電學(xué)性能存在一定差異性，如果同一種型號的配電變壓器繞組使用的材質(zhì)不相同，會對繞組參數(shù)造成一定影響?，F(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)中明確地將設(shè)計和生產(chǎn)流程規(guī)定出來，同型號的配電變壓器參數(shù)相對固定。假如說繞組材質(zhì)發(fā)生變化，直流電阻也會發(fā)生變化，因此可以得出的結(jié)論是直流電阻和繞制材質(zhì)之間的相互關(guān)系較為密切，在繞組材質(zhì)發(fā)生變化的背景下，變壓器的通流能力以及容量也會發(fā)生一定變化。再者，若繞組材質(zhì)發(fā)生變化，想要保持變壓器的電阻、損耗等參數(shù)維持不變，繞組導(dǎo)線的橫截面積以及長度等參數(shù)必然發(fā)生變化，從而對變壓器的體積造成一定影響。最終，因為不同類型材料的電阻溫度系數(shù)不相同，不同材質(zhì)繞組電阻溫度上升曲線也是不相同的?？偠灾@組直流電阻、容量以及質(zhì)量等參數(shù)指標(biāo)都和繞組材質(zhì)之間有極為密切的相互關(guān)系。

在配電變壓器繞組生產(chǎn)廠家造假的過程中，一般存在如下問題：(1)為了可以對鋁質(zhì)繞組變壓器直流電阻以及損耗和同型號銅質(zhì)繞組變壓器相對應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)相同，在變比以及鐵心相同的情況下，一些廠家會將鋁質(zhì)導(dǎo)線的橫截面積增大，這也會讓變壓器的體積增大，也有可能將線圈的匝數(shù)減少，也就是將線圈的整體長度減小，在此基礎(chǔ)上就會對變壓器阻抗電壓造成一定影響。(2)為了保證變壓器體積大致相同，某些生產(chǎn)廠家在造假過程中，會將鋁線的橫截面積減小，在此基礎(chǔ)上會讓繞組直流電阻以及損耗增大?；蛘呤窃趯ψ儽纫恢滦宰龀霰ＷC的前提條件下，將線圈的匝數(shù)減少，從而也會使變壓器容量發(fā)生變化。

本文將變壓器直流電阻、容量以及電阻溫升曲線等參數(shù)指標(biāo)作為依據(jù)，來順利完成繞組材質(zhì)判斷工作。將實驗過程中得到的直流電阻、輔助參數(shù)等指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相互比較，把繞組參數(shù)分布概率密度曲線作為依據(jù)，再對繞組參數(shù)影響因子加以考慮，構(gòu)建出概率分析模型，通過概率分析模型來對變壓器繞組的材質(zhì)進(jìn)行判斷。

繞組材質(zhì)判斷步驟：(1)對配電變壓器的體積以及質(zhì)量進(jìn)行測量，再應(yīng)用高精度直流電阻測試儀器對繞組直流電阻進(jìn)行測量，然后測量短路阻抗得到變壓器的容量。(2)應(yīng)用短路法來對變壓器進(jìn)行加熱，等到溫度趨于穩(wěn)定之后，再讓變壓器自行冷卻，實時對溫度和電阻數(shù)值進(jìn)行測量，最終就可以得到電阻溫升曲線。(3)最終將實驗得到的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間進(jìn)行相互比較，綜合各項判斷依據(jù)，就可以將配電變壓器的繞組材質(zhì)明確地判斷出來。

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