電力變壓器繞組變形檢測(cè)與診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

姚濤

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力設(shè)施及生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行需要大量的電力，而變壓器繞組的變形對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著重要的影響。如果沒(méi)有科學(xué)有效的手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除變壓器旁路變形，將帶來(lái)安全問(wèn)題。為此，本文分析了變壓器繞組變形的檢測(cè)方法及可能產(chǎn)生的影響，并與各種檢測(cè)診斷方法進(jìn)行比較，以幫助調(diào)查者選擇合適的檢測(cè)診斷方法，判別該組變壓器繞組變形。隨著電網(wǎng)容量的快速增長(zhǎng)，變壓器繞組變形和損壞的次數(shù)明顯增加。切斷變壓器時(shí)，短路是引起故障的主要原因，說(shuō)明干擾電流會(huì)產(chǎn)生軸向力和徑向力，并可能在變壓器周?chē)で?。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)變形問(wèn)題并及時(shí)修復(fù)，甚至可能損壞絕緣材料，導(dǎo)致短路、主絕緣或穿孔。采用診斷技術(shù)，可以準(zhǔn)確檢測(cè)機(jī)組內(nèi)部變形，防止事故進(jìn)一步惡化。

關(guān)鍵詞：變壓器;繞組變形;檢測(cè);診斷

1原因分析

變壓器的軸向尺寸在外力作用下會(huì)發(fā)生變化，從而引起繞組位置、截面輪廓的簡(jiǎn)化以及繞組阻力狀態(tài)附近的應(yīng)力變化。若變壓器部分遭受強(qiáng)電流沖擊，不能及時(shí)解決高壓?jiǎn)栴}，將導(dǎo)致機(jī)組周?chē)娏鲏毫^(guò)大，造成短路?？赡艽嬖诘陌踩[患將導(dǎo)致周邊部件變形，影響變壓器正常工作，嚴(yán)重影響電氣運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2離線(xiàn)方法及其應(yīng)用

目前，國(guó)內(nèi)外最常用的短路阻抗、低壓保護(hù)、頻譜分析等方法是離線(xiàn)檢測(cè)。在檢測(cè)繞組周?chē)冃螘r(shí)，主要是利用變壓器內(nèi)部的線(xiàn)性阻抗，再結(jié)合無(wú)源線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)來(lái)檢測(cè)和分析內(nèi)部參數(shù)。

2.1短路阻抗法

短路電阻是指變壓器繞組變形時(shí)內(nèi)阻為零。變壓器輸入端的等溫電阻可視為一種短路電阻。電阻主要分為電阻部分和阻抗部分。而且在電流互感器中，電阻元件通常只占電阻的很小一部分，其阻抗是主要組成部分。變壓器的短路電流開(kāi)關(guān)元件中，由于周?chē)螤畹淖兓溥^(guò)電流經(jīng)常發(fā)生變化，從而引起變壓器繞組變形電阻數(shù)據(jù)的變化。當(dāng)檢測(cè)變壓器周?chē)冃螘r(shí)，采用短路電阻法檢測(cè)其變形，并根據(jù)阻抗的變化判斷其變形。特別是短路電阻策略數(shù)據(jù)與變壓器或確定數(shù)據(jù)趨勢(shì)的比較。

2.2低電壓脈沖

當(dāng)前，變壓器短路試驗(yàn)采用低電壓脈沖法。在測(cè)試過(guò)程中，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。低壓保護(hù)試驗(yàn)的基本原理是：當(dāng)變壓器高壓上升到變壓器上時(shí)，內(nèi)部磁導(dǎo)幾乎等于空氣的電導(dǎo)率，并把該組本身看作一個(gè)線(xiàn)性電阻。變形組合后，相應(yīng)電路的阻抗分布發(fā)生變化。向圓周某一部位施加低電壓脈沖，對(duì)應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)又收到另一端。通過(guò)分析反應(yīng)信號(hào)的變化可以判斷群體變化。在較低的脈沖電壓下，在測(cè)試過(guò)程中可以快速檢測(cè)到變化。隨著重試次數(shù)的增加，測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性也大大提高，測(cè)試結(jié)果應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化而定。

2.3頻響分析法

光譜分析打破了低電壓試驗(yàn)的一些缺陷。這種測(cè)試方法主要是根據(jù)變壓器工作過(guò)程的頻率響應(yīng)特性來(lái)確定繞組周?chē)淖冃?。頻率試驗(yàn)主要是通過(guò)不斷變化的正弦波來(lái)確定不同頻段的響應(yīng)和觸發(fā)電壓，從而判斷兩段記錄的頻響特性。

光譜分析中，周?chē)航M的位置主要是通過(guò)譜圖確定的。在這種測(cè)量方法中，逐步引入偏移量，結(jié)合傳遞函數(shù)，確定變壓器環(huán)境量程變化。為了提高頻率分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.4離線(xiàn)測(cè)試對(duì)比分析

在分析這三種方法的應(yīng)用及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，指出其優(yōu)缺點(diǎn)。選用測(cè)量方法時(shí)，首先要對(duì)變壓器進(jìn)行精度評(píng)定。LVI方法可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)軌道變形。然而，在實(shí)地考察過(guò)程中，對(duì)環(huán)境的影響很小，所以其他因素往往會(huì)做出錯(cuò)誤的判斷。其次，F(xiàn)RA檢測(cè)方法對(duì)不同靈敏度條件下環(huán)境因素的穩(wěn)定性具有靈活性。FRA檢測(cè)方法能較準(zhǔn)確地判斷現(xiàn)場(chǎng)輕、輕殼的變形情況，為設(shè)備的快速調(diào)試提供了保證。然而，審計(jì)師的專(zhuān)業(yè)水平受到審計(jì)師的嚴(yán)格限制，這是其使用受限的主要原因。短路電阻法檢測(cè)時(shí)，采用均勻布線(xiàn)的方法，對(duì)檢測(cè)敏感，但由于靈敏度低，應(yīng)用較少。

3在線(xiàn)方法和對(duì)比分析

在線(xiàn)檢測(cè)群體晶體管可以分為省電和非節(jié)能兩大類(lèi)。非靜電檢測(cè)方法主要有超聲波法和振動(dòng)法，主要有頻率響應(yīng)法和短路電阻法。

3.1超聲波檢測(cè)法

超聲探傷法主要是檢測(cè)變壓器周?chē)兓奶筋^，同步信號(hào)傳送變壓器周?chē)暤倪\(yùn)動(dòng)，根據(jù)測(cè)得的超聲波溫度的反射率來(lái)確定變形。利用超聲檢測(cè)變壓器回水時(shí)間，測(cè)定變壓器參數(shù)。該方法是根據(jù)群上點(diǎn)與箱面的固定距離，利用超聲波運(yùn)動(dòng)對(duì)距離進(jìn)行檢測(cè)和分析。

3.2振動(dòng)法

振動(dòng)法主要是用振動(dòng)傳感器檢測(cè)變壓器的振動(dòng)，對(duì)線(xiàn)圈、鐵芯等進(jìn)行檢測(cè)。若變壓器工作正常，振動(dòng)變化不特別大。在變形過(guò)程中，振動(dòng)傳感器傳遞的數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生偏差。對(duì)振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定變形狀態(tài)和變形位置。

3.3在線(xiàn)頻率響應(yīng)法

變頻器在工作時(shí)發(fā)出各種信號(hào)，如負(fù)載變化，故障后重合閘等。在此情況下，變頻器內(nèi)部有不同的信號(hào)，可以通過(guò)變頻器判斷。暫時(shí)性電壓、電流與變壓器的運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)。采集、整理這些信號(hào)，得到變壓器正常工作所需的各種參數(shù)。在變頻器變形時(shí)，通過(guò)比較變頻器的瞬態(tài)和正常工作狀態(tài)的信號(hào)，從而確定其頻響特性，實(shí)現(xiàn)變壓器的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

3.4在線(xiàn)短路阻抗法

在線(xiàn)短路電阻的應(yīng)用主要是計(jì)算變壓器電壓、電流輸出值，計(jì)算變壓器內(nèi)部等效短路電阻，得到運(yùn)行過(guò)程中存在的等效短路電阻。實(shí)時(shí)檢測(cè)變壓器電阻值，判斷其是否變形。短路電阻的計(jì)算常受電磁電流的影響，常用的算法有三種。一種是變壓器在負(fù)荷及負(fù)載條件下的短路電阻測(cè)量。后者的測(cè)試采用任何兩個(gè)負(fù)載電流值。不計(jì)電磁影響，建立電路的平衡方程。對(duì)短路電阻、漏電距離進(jìn)行檢測(cè)，利用系統(tǒng)技術(shù)，利用短路專(zhuān)家數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，從而確定測(cè)試數(shù)據(jù)的相對(duì)精度。

3.5在線(xiàn)測(cè)試方法對(duì)比

第一，超聲反射比較簡(jiǎn)單，檢測(cè)更直觀。但是，由于油品和非油品之間存在著很大的差別，因此這種方法受溫度的影響較大，應(yīng)用受到限制。第二，因振動(dòng)法不采用接線(xiàn)變壓器，因此試驗(yàn)中安全系數(shù)較高。但如何通過(guò)精確的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地確定包絡(luò)線(xiàn)的變形狀態(tài)。它既繼承了離線(xiàn)頻率法的優(yōu)點(diǎn)，又通過(guò)更新包絡(luò)變形法提高了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。但不同類(lèi)型的變壓器由于在使用過(guò)程中無(wú)法確定特征量，無(wú)法量化其內(nèi)部變形，因此不同類(lèi)型的測(cè)試結(jié)果有所不同。短路電阻法是變壓器檢測(cè)常用的一種方法，盡管檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，但測(cè)量精度不夠穩(wěn)定。為提高測(cè)試精度，必須對(duì)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化。

4增加常規(guī)變壓器抗短路能力

4.1在對(duì)現(xiàn)有變壓器短路電阻計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，將模糊數(shù)學(xué)原理引入到變壓器短路電阻綜合評(píng)價(jià)中。

4.2基于模糊數(shù)學(xué)的模糊AHP方法可以有效地克服AHP算法的局限性。在評(píng)估中，我們始終堅(jiān)持量化指標(biāo)的基本原則。從主觀因素上排除定性指標(biāo)的干擾，盡量避免主觀性因素的影響。結(jié)果表明，高壓繞組線(xiàn)餅的軸向力和強(qiáng)度安全系數(shù)最大，低壓繞組線(xiàn)餅和低壓繞組線(xiàn)餅的徑向力和強(qiáng)度安全系數(shù)分別為：高壓繞組線(xiàn)餅的強(qiáng)度安全系數(shù)。介紹了檢測(cè)變壓器短路電阻的要點(diǎn)，為實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

4.3利用模糊層次分析法對(duì)變壓器的短路電阻進(jìn)行綜合評(píng)估，在變壓器生產(chǎn)、選型、安裝、調(diào)試過(guò)程中，根據(jù)評(píng)估結(jié)果，采取相應(yīng)的措施，保證電網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)束語(yǔ)：

一般而言，變壓器繞組變形檢測(cè)與診斷的發(fā)展，都有許多檢測(cè)技術(shù)。脫機(jī)檢測(cè)的方法已經(jīng)比較成熟，需要在檢測(cè)過(guò)程中保證變壓器不工作，風(fēng)險(xiǎn)低。但這會(huì)造成電力中斷，對(duì)日常生活和生產(chǎn)造成不利影響。采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法能有效地避免變壓器故障，提高供電企業(yè)的自動(dòng)化和智能化水平，是今后變壓器監(jiān)測(cè)的主要方向之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]王巖，劉云鵬，陳展，裴植，胡煥，程槐號(hào)，田源.改進(jìn)的變壓器繞組變形帶電檢測(cè)方法[J].高壓電器，2018，54（10）：85-89+96.