對(duì)比分析納秒脈沖法與頻響法檢測(cè)變壓器繞組變形

鐘潤(rùn)培

摘要：變壓器繞組變形是變壓器常見(jiàn)缺陷，而在檢測(cè)工作中使用納秒脈沖法與頻響法，均能獲得一定的檢測(cè)結(jié)果，以納秒脈沖法為優(yōu)。在此之上，本文簡(jiǎn)要分析了變壓器繞組變形的原因及其危害性，并通過(guò)設(shè)計(jì)納秒脈沖法與頻響法實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其可行性，自此為變壓器繞組變形檢測(cè)工作指明新思路，維護(hù)變壓器運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：頻響法;納秒脈沖法;變壓器;繞組變形

前言：

變壓器具體是以銅線或者鋁線搭配絕緣墊塊形成的電力設(shè)施，它在電壓變換與電流轉(zhuǎn)換中有著顯著效用。而所謂的繞組變形指的是線圈在機(jī)械動(dòng)力等干擾因素下形成的位移扭曲情況。若不能及時(shí)處理繞組變形現(xiàn)象，將對(duì)變壓器性能產(chǎn)生影響，使其在電力系統(tǒng)運(yùn)行中無(wú)法保持優(yōu)良狀態(tài)。據(jù)此，應(yīng)圍繞繞組變形制定科學(xué)的檢測(cè)方案，以此妥善應(yīng)對(duì)變壓器隱患問(wèn)題，保持電能供應(yīng)穩(wěn)定性。

1、變壓器繞組變形的原因及其危害性

變壓器繞組變形實(shí)則是指線圈出現(xiàn)扭曲或者位移偏差問(wèn)題，造成變壓器無(wú)法保持優(yōu)良性能，甚至還會(huì)引發(fā)安全事故。另外，繞組變形的危害性還可體現(xiàn)在性能下降上，促使遭遇短路沖擊后，變壓器承擔(dān)電動(dòng)力的能力有所減弱。而且從相關(guān)研究中可了解到：繞組變形變壓器與正常變壓器比較，前者更易出現(xiàn)絕緣故障等。究其根本，其產(chǎn)生繞組變形的原因多源于短路電流沖擊。一般而言，在變壓器出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，變壓器線圈將出現(xiàn)快速升溫情況，繼而在升溫中降低線圈的強(qiáng)度性能，增加繞組變形風(fēng)險(xiǎn)，在徑向力影響下，變壓器線圈剛度值將達(dá)不到合力要求，最終引發(fā)變壓器鼓包現(xiàn)象。另外，變壓器還可受制于運(yùn)輸振動(dòng)。如若在變壓器安裝運(yùn)輸階段，遭受外力沖擊，將在劇烈振動(dòng)下形成繞組變形，從而影響變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性。所以，針對(duì)變壓器繞組變形實(shí)施精準(zhǔn)化檢測(cè)，有利于提前處理此項(xiàng)問(wèn)題，以免長(zhǎng)期在繞組變形刺激下，削弱變壓器性能。鑒于此，相關(guān)人員應(yīng)圍繞繞組變形特征，選擇適合的檢測(cè)方法，增加檢測(cè)結(jié)果可信度。

2、納秒脈沖法與頻響法檢測(cè)變壓器繞組變形的實(shí)驗(yàn)研究

2.1設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件

頻響法在變壓器繞組變形檢測(cè)中的應(yīng)用，主要是通過(guò)對(duì)繞組結(jié)構(gòu)施加不同頻率，以此獲取對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)，使之同正常變壓器繞組頻率正弦信號(hào)相互對(duì)比，借此知曉變壓器是否存在繞組變形情況。然而，從相關(guān)研究中可知：此種方法雖然能夠獲得一定的檢測(cè)結(jié)果，但錯(cuò)誤率偏高，而且無(wú)法給出精準(zhǔn)結(jié)果，造成檢測(cè)人員常常針對(duì)變壓器繞組變形情況給出錯(cuò)誤判斷，從而影響變壓器的正常使用狀態(tài)。而納秒脈沖法是以脈沖源的合理設(shè)計(jì)，借助頻響應(yīng)單元實(shí)現(xiàn)繞組變形的準(zhǔn)確檢測(cè)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證兩種檢測(cè)方法的推廣價(jià)值，需采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)予以分析。其中需將實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照組確定為頻響法，而觀察組以納秒脈沖法為主，而后經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)指標(biāo)的分析，知曉不同檢測(cè)方法的可行性差異。

首先，以廣州西門(mén)子企業(yè)中的高壓變壓器為研究對(duì)象，對(duì)其繞組變形情況予以檢測(cè)，并且設(shè)置好變壓器的相關(guān)參數(shù)。此類(lèi)變壓器的容量為2000kVA，其電壓值為220kV。在對(duì)其使用納秒脈沖法時(shí)，需要將實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)備設(shè)置為德國(guó)生產(chǎn)的一款探測(cè)脈沖器，其中此設(shè)備能夠釋放500ns脈沖寬度值;其次，準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)用具后，需要明確實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。在納秒脈沖法檢測(cè)過(guò)程中，可以針對(duì)脈沖信號(hào)實(shí)施記錄，其中將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)樣本庫(kù)內(nèi)保存的數(shù)據(jù)予以比對(duì)，而后若重復(fù)率在4%以下，則代表此部分的檢測(cè)中無(wú)繞組變形。其中頻響法中以頻率釋放條件為主，而觀察組（納秒脈沖法）中則為其配備示波器、脈沖發(fā)生器，以此保證每一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都符合實(shí)驗(yàn)要求;最后，還需要對(duì)兩組中的操作步驟予以規(guī)范。其中最為關(guān)鍵的是觀察組中，要求實(shí)驗(yàn)人員，分別對(duì)變壓器繞組應(yīng)用納秒脈沖，并分別計(jì)取脈沖下正常繞組短路匝形變化規(guī)律，而后與正常變壓器下形成的匝形變化圖進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)正常波形與短路沖擊下缺陷繞組波形實(shí)施差異性對(duì)比，如若存在顯著差異，可以證實(shí)此種檢測(cè)方法下有著精準(zhǔn)鑒別價(jià)值。在設(shè)置兩組實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，還應(yīng)當(dāng)以相同變壓器作為同一個(gè)檢測(cè)對(duì)象，以免受實(shí)驗(yàn)過(guò)程中外界因素的干擾，造成檢驗(yàn)結(jié)果缺乏可靠性。

2.2整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)觀察組與對(duì)照組兩組中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，可以從中分析出頻響法與納秒脈沖法的差異性特征，甚至能夠準(zhǔn)確判斷更有推廣前景的檢測(cè)方法。經(jīng)由對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：其中在波形變化規(guī)律的研究中，對(duì)于三相變壓器中的B相變壓器，其中觀察中納秒脈沖法下形成的匝間短路時(shí)間與電壓值的相關(guān)性中，變壓器正常繞組中，隨著時(shí)間的進(jìn)展，會(huì)逐漸在4×10s到8×10s范圍內(nèi)出現(xiàn)電壓升高情況，而后逐漸降壓，并在16×10s時(shí)再度增壓。此時(shí)對(duì)比后可通過(guò)計(jì)算待測(cè)變壓器中曲線變化振幅與正常繞組下的差值，驗(yàn)證是否處于正常的繞組分布狀態(tài)。如若它的差值比例在4%以上，則將其納入繞組變形隊(duì)列中。

至于對(duì)照組（頻響法）中也可以在不同頻率下記錄其振幅情況，其中針對(duì)B相變壓器正弦信號(hào)予以分析。其中正常繞組下形成的匝間短路-振幅變化圖，其中隨著頻率從0.1kHz逐漸上升為1000kHz，其中在5kHz左右時(shí)出現(xiàn)振幅下降趨勢(shì)，而后隨著頻率升高出現(xiàn)明顯的上下波動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)應(yīng)的正常繞組與非正常繞組曲線基本重合。

此外，從線圈軸向位移值上進(jìn)行比對(duì)，由此了解不同檢測(cè)方法下變化規(guī)律，最終發(fā)現(xiàn)納秒脈沖法下，正常繞組與非正常繞組線圈軸向位移值浮動(dòng)明顯，其差值處在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而驗(yàn)證此結(jié)果下形成的檢測(cè)結(jié)果具有參考價(jià)值。至于兩組不同檢測(cè)效果的對(duì)比，可以從差值比例上進(jìn)行比較。其中可發(fā)現(xiàn)，在不同檢測(cè)方法下，納秒脈沖法中形成的差值（正常繞組-待測(cè)繞組）遠(yuǎn)高于頻響法，且呈現(xiàn)較為明顯的變化幅度，由此可確定前者的準(zhǔn)確度略高一些。

在機(jī)電設(shè)備檢修工作中，對(duì)于變壓器繞組變形情況的準(zhǔn)確檢測(cè)，可以參照上述檢測(cè)結(jié)果，確定適合的檢測(cè)方案。例如早在2015年，廣州西門(mén)子企業(yè)就曾組織相關(guān)人員編制了高壓變壓器實(shí)驗(yàn)方案，并且還實(shí)施了雷電沖擊調(diào)波試驗(yàn)，并對(duì)機(jī)電設(shè)備中的變壓器設(shè)施性能實(shí)施客觀檢查，除了驗(yàn)證變壓器是否存在隱藏式故障外，還對(duì)其局部細(xì)節(jié)處實(shí)施了精準(zhǔn)排查，以便該企業(yè)中的變壓器設(shè)備保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，也為該企業(yè)踐行安全生產(chǎn)目標(biāo)給予了保障。鑒于此，在機(jī)電設(shè)備維修作業(yè)中，需要相關(guān)人員隨時(shí)針對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況，判定具體的檢測(cè)方法。特別是對(duì)變壓器開(kāi)展的維?；顒?dòng)，還應(yīng)當(dāng)綜合本次研究項(xiàng)目中的兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷不同檢測(cè)方法在不同操作條件中的適應(yīng)性。由于在該企業(yè)中的變壓器均以高壓變壓器、超高壓變壓器為主。故而為了降低誤判率，則優(yōu)選納秒脈沖檢測(cè)方法，確保檢測(cè)人員能從中獲得可信度更高的檢測(cè)數(shù)據(jù)，繼而為企業(yè)設(shè)備維保項(xiàng)目的順利開(kāi)展指明方向。源于本次研究階段，從正常繞組與待測(cè)繞組的對(duì)比中，以不同檢測(cè)方法獲取檢測(cè)結(jié)果，經(jīng)過(guò)比對(duì)后，確實(shí)發(fā)現(xiàn)納秒脈沖法的差異性更加明顯，其中與頻響法下形成的曲線圖比較，其變化幅度并不顯著。所以，匯總綜合數(shù)據(jù)中可以將其列為優(yōu)選方法，有效將其運(yùn)用在變壓器設(shè)備檢測(cè)工作中。只有檢測(cè)人員能夠及時(shí)判斷變壓器是否出現(xiàn)繞組變形，才能采取對(duì)應(yīng)的措施維修設(shè)備。

2.3匯總實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在計(jì)算納秒脈沖法檢測(cè)中的相關(guān)變化量時(shí)，還可以參照諧振頻率

比值確定正常繞組與繞組變形兩種狀態(tài)下的運(yùn)行差異。即，

其中f1、f2、C、△C分別指代的是正常繞組諧振頻率與非正常繞組諧振頻率、變壓器電容量、相對(duì)變化量。在匯總觀察組相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，還可以根據(jù)波形變化情況以及曲線位移結(jié)果，確定繞組是否變形。其中需格外注意的是：加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)步驟的規(guī)范性。如針對(duì)變壓器進(jìn)行納秒脈沖檢測(cè)時(shí)，需要運(yùn)用耦合傳感器，輔助脈沖信號(hào)的順利釋放，而后可在探測(cè)脈沖器的參與下記錄脈沖信號(hào)的變化趨勢(shì)，而后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，得出相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從正常繞組與非正常繞組實(shí)驗(yàn)對(duì)比中，納秒脈沖法參與下，面對(duì)同一個(gè)變壓器，觀察組能夠產(chǎn)生變動(dòng)幅度較大的兩條曲線。而對(duì)照組則基本上重合。從中判定：納秒脈沖法能夠準(zhǔn)確鑒別繞組變形與正常繞組的差異性。至于頻響法并不能很直觀的給出正常繞組與非正常繞組的差異性特征。特別是在線圈軸線位移值測(cè)定中，對(duì)于存在明顯繞組變形缺陷的變壓器繞組實(shí)施檢測(cè)，它與正常繞組形成的曲線圖比較，大體上能夠保持52%左右的差值。反觀頻響法差異不明顯。由于非正常繞組與正常繞組本身存在顯著差異。故而本次研究活動(dòng)中依靠不同方法下的兩種變壓器繞組實(shí)施比對(duì)，可從變化幅度上了解差異性情況。若差異顯著，則代表此種方法能夠更準(zhǔn)確的判明繞組變形故障?；诖?，納秒脈沖在脈沖寬度變化中，它的響應(yīng)信號(hào)變化幅度變化明顯，此時(shí)可以驗(yàn)證此種方法在變壓器檢測(cè)工作中具有高靈敏度優(yōu)勢(shì)，值得機(jī)電維修檢驗(yàn)人員依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果將其作為主要的繞組變形檢測(cè)方法。

結(jié)論：綜上所述，納秒脈沖法與頻響法在變壓器繞組變形檢測(cè)階段，明顯前者的可行性更強(qiáng)。它不但能夠直觀給出可靠的繞組變形特征，而且還能為帶電檢測(cè)作業(yè)指明方向，借此豐富繞組變形檢測(cè)渠道，促使變壓器在優(yōu)良檢測(cè)環(huán)境下，及時(shí)規(guī)避故障風(fēng)險(xiǎn)，從而延長(zhǎng)變壓器使用年限，為我國(guó)電力工作的順利開(kāi)展給予保障。

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