變壓器繞組變形測量儀校準(zhǔn)方法研究

林翔

摘要：為了保證變壓器繞組變形測量儀在變壓器檢測過程中的量值準(zhǔn)確可靠，本文在分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，提出了變壓器繞組變形測量儀的校準(zhǔn)方法，并指出了校準(zhǔn)過程注意事項(xiàng)。為此類儀器的溯源校準(zhǔn)提供參考，對保障電力變壓器的安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：變壓器;繞組變形;測量儀;校準(zhǔn)方法

0 引言

變壓器繞組變形測量儀，是用于分析電力系統(tǒng)中電力變壓器繞組形變程度的綜合測量裝置[1]。測量儀采用的原理主要有頻率響應(yīng)方法、低電壓短路阻抗方法、掃頻阻抗方法和振動(dòng)信號方法[2-3]?；陬l響法的變壓器繞組變形測量儀因其檢測效果好，在變壓器運(yùn)行維護(hù)中起到重要作用，但現(xiàn)階段沒有針對性的國家檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行變壓器繞組變形測量儀的量值溯源，為了保證變壓器繞組變形測量儀在變壓器檢測過程中的量值準(zhǔn)確可靠，研究針對此類測量儀的校準(zhǔn)方法具有重要意義。

1頻率響應(yīng)法原理

大量的電力試驗(yàn)表明，假如試驗(yàn)電壓的頻率值高于1000Hz時(shí)，電力變壓器鐵芯的磁導(dǎo)率處于較低水平，可忽略其影響，在該電壓頻率下繞組可簡化為由電阻（線性）、電容、電感（互感）等分布參數(shù)元件組成的無源線性雙口網(wǎng)絡(luò)，其傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)分布與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)相關(guān)[4-5]。圖1中的L、K和C分別代表繞組單位長度的分布電感、分布電容（匝間）和對地電容，當(dāng)繞組出現(xiàn)一定程度的機(jī)械形變后，L、K和C的參數(shù)會出現(xiàn)相應(yīng)程度的改變，其對應(yīng)的傳遞函數(shù)需要重新確定，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性出現(xiàn)改變[6-8]。頻率響應(yīng)法基本原理即為根據(jù)檢測變壓器繞組的幅頻特性，并將實(shí)測曲線與正常測試曲線進(jìn)行比較[9]，最后兩者在縱向和橫向比較結(jié)構(gòu)，綜合判斷變壓器繞組變形程度。

2 變壓器繞組變形測量儀

2.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)

變壓器繞組變形測量儀采用分體式結(jié)構(gòu)，主要由筆記本電腦與主機(jī)構(gòu)成儀器基本測量系統(tǒng)，主機(jī)主要由掃頻發(fā)生器，兩個(gè)信號采集通道（參考端與響應(yīng)端），通訊模塊及相關(guān)接口等設(shè)備組合而成，筆記本電腦主要安裝了測試儀上位機(jī)軟件，通過相關(guān)通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)與測量儀器通訊，其主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 工作原理

變壓器繞組變形測量儀的激勵(lì)端通過掃頻發(fā)生器產(chǎn)生一組電壓幅值不變頻率由低至高增大的正弦電壓施加到被檢測的變壓器繞組的其中一端，測量在頻率由低至高增大條件下響應(yīng)信號端的電壓和參考信號端的電壓的電壓幅值之比，根據(jù)兩者不同頻率的電壓比值繪制出幅頻特性曲線，其工作原理如圖3所示。由響應(yīng)信號端的電壓和參考信號端的電壓兩者電壓幅值的的比值經(jīng)下式（1）計(jì)算，可得幅頻特性曲線。

3 校準(zhǔn)方法

根據(jù)變壓器繞組變形測量儀的工作原理和使用要求，分析得出其關(guān)鍵的參數(shù)是衰減量與掃描頻率，校準(zhǔn)項(xiàng)目包括幅頻響應(yīng)衰減量、掃描頻率與安全性能（絕緣電阻和介電強(qiáng)度）。

3.1 幅頻響應(yīng)衰減量校準(zhǔn)

幅頻響應(yīng)衰減量校準(zhǔn)采用同軸標(biāo)準(zhǔn)衰減器與高頻電壓表組合的校準(zhǔn)裝置作為標(biāo)準(zhǔn)器，校準(zhǔn)接線如圖4所示。測試儀需要設(shè)置掃描頻率值，并啟動(dòng)測試。

高頻電壓表測量參考信號端的電壓有效值和響應(yīng)信號端的電壓有效值，并按式（2）計(jì)算幅頻響應(yīng)衰減量實(shí)測值。

3.2 掃描頻率校準(zhǔn)

掃描頻率校準(zhǔn)項(xiàng)目采用頻率計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器，掃描頻率校準(zhǔn)接線如圖5所示。測量儀設(shè)置掃描頻率值，調(diào)整頻率計(jì)到合適量程，然后啟動(dòng)被校測試儀。

頻率計(jì)的示值即為實(shí)測值，測試儀的掃描頻率示值誤差用式（4）表示。

3.3 安全性能

3.3.1 絕緣電阻

測量儀電源回路與儀器接地極之間的絕緣電阻應(yīng)不小于MΩ。

3.3.2 介電強(qiáng)度

測量儀電源回路與儀器接地極之間應(yīng)能耐受2.0kV工頻電壓1min，無飛弧和擊穿現(xiàn)象。

4 校準(zhǔn)過程注意事項(xiàng)

4.1 測試線要求

變壓器繞組變形測量儀應(yīng)采用波阻抗為50Ω的同軸屏蔽電纜作為專用測試線。由于測試電壓頻率較高，為了減少測試線雜散電容對檢測結(jié)果的影響，應(yīng)采用長度較短的測試引線。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)器要求

幅頻響應(yīng)衰減量校準(zhǔn)項(xiàng)目采用同軸電阻式衰減器與高頻電壓表組合的校準(zhǔn)裝置作為標(biāo)準(zhǔn)器，其中衰減器的衰減值應(yīng)覆蓋范圍為0dB～80dB，準(zhǔn)確度等級為2級;高頻電壓表交流電壓測量至少應(yīng)覆蓋范圍為0V～100V，準(zhǔn)確度等級為2級。

掃描頻率校準(zhǔn)項(xiàng)目采用頻率計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器，頻率值測量應(yīng)覆蓋范圍為10Hz～1MHz，準(zhǔn)確度等級為2級。

絕緣電阻校準(zhǔn)項(xiàng)目采用準(zhǔn)確度等級不低于10級，額定電壓500V的絕緣電阻表。

介電強(qiáng)度校準(zhǔn)項(xiàng)目采用準(zhǔn)確度等級不低于5級，輸出電壓不小于2kV的耐電壓測試儀。

5 結(jié)語

本文分析了變壓器繞組變形測量儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理，提出了基于頻響法的變壓器繞組變形測量儀的校準(zhǔn)方法，并指出校準(zhǔn)過程注意事項(xiàng)。為此類儀器的溯源校準(zhǔn)提供參考，對保障電力變壓器的安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1].何平，文習(xí)山.變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法綜述[J].高電壓技術(shù)，2006（05）：37-41.

[2].孫翔，何文林，詹江楊，鄭一鳴，劉浩軍，周建平.電力變壓器繞組變形檢測與診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].高電壓技術(shù)，2016，42（04）：1207-1220.

[3].周健科.變壓器繞組頻率響應(yīng)測試方法研究[J].變壓器，2019，56（04）：63-68.

[4].林劍，馬明，龔列謙，夏曉波.變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法研究及實(shí)測中影響因素分析[J].電力學(xué)報(bào)，2010，25（03）：225-227+238.

[5].畢建剛，許淵，常文治， 等.《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂解讀[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2016，（23）：140-143. DOI：10.3969

[6].姚森敬，歐陽旭東，林春耀.電力變壓器繞組變形診斷分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（18）：95-98. DOI：10.3321

[7].韓愛芝，劉莘昱，曾定文， 等.判斷變壓器繞組變形的簡單方法[J].變壓器，2003，40（4）：8-12. DOI：10.3969

[8].高朝霞，馬濤，王永兒， 等.短路阻抗法結(jié)合頻響法診斷變壓器繞組變形的分析與應(yīng)用[J].電力設(shè)備，2006，7（12）：32-34.

[9].姚森敬，鄺紅櫻.橫向比較法在變壓器繞組變形測試中的應(yīng)用[J].廣東電力，2000，13（4）：11-14. DOI：10.3969