采用掃頻短路阻抗法對(duì)變壓器繞組進(jìn)行變形測(cè)試的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用掃頻短路阻抗法對(duì)變壓 器繞組進(jìn)行變形測(cè)試的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器的安全運(yùn)行直接關(guān)系到供電系統(tǒng)的安全可靠性能。近年來(lái)，電力事業(yè) 迅速發(fā)展，尤其是智能電網(wǎng)、超高壓以及特高壓電力系統(tǒng)的建立，更要求變壓器產(chǎn)品能夠承 受較高短路電流所產(chǎn)生的較大電動(dòng)力和機(jī)械力。但是，變壓器在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中受到?jīng)_ 擊或在運(yùn)行中發(fā)生突然短路等都可能使繞組發(fā)生變形，這些變形可能使得繞組的絕緣被破 壞或使機(jī)械強(qiáng)度下降。如果繞組的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，那么在內(nèi)部短路電流沖擊力或 外部機(jī)械力的作用下，繞組就會(huì)產(chǎn)生變形（如軸向幅向尺寸的變化；器身的位移；繞組的扭 曲、鼓包等）。當(dāng)繞組的變形程度嚴(yán)重時(shí)，有可能立即導(dǎo)致匝絕緣破損形成匝間短路（對(duì)小 型配電變壓器而言）；或者導(dǎo)致主絕緣強(qiáng)度降低而造成主絕緣擊穿（對(duì)中型以上的變壓器 而言）。當(dāng)繞組的變形程度比較輕時(shí)，繞組雖然不會(huì)立即遭到喪失運(yùn)行能力的破壞，但卻因 殘余變形而留下了嚴(yán)重的事故隱患。在變形的累積效應(yīng)作用之下，變形愈來(lái)愈嚴(yán)重。當(dāng)變 形累積超過(guò)某一限值時(shí)，將導(dǎo)致變壓器損壞。
[0003]目前采用的測(cè)試技術(shù)主要有低壓脈沖法、頻響法和低電壓短路阻抗法。在國(guó)內(nèi)，頻 響法應(yīng)用較多，低電壓短路阻抗法測(cè)試方法簡(jiǎn)單，易于操作。
[0004] 變壓器繞組變形的診斷方法如下：
[0005] (1)低壓脈沖法：該方法采用了時(shí)域脈沖分析技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)容易受到外界干擾和 靈敏度校正過(guò)程的影響，往往需要一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)和精細(xì)調(diào)整的測(cè)試系統(tǒng)，以消除脈沖傳遞 過(guò)程中的折返射和脈沖信號(hào)源的不穩(wěn)定問(wèn)題，故現(xiàn)場(chǎng)使用很難保證測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性，因 此，目前已很少采用低壓脈沖法來(lái)測(cè)量變壓器繞組的變形情況。
[0006] (2)頻率響應(yīng)法：該方法是目前使用較多的方法。它是利用精確的掃頻測(cè)量技術(shù)， 通過(guò)測(cè)量變壓器各個(gè)繞組的頻率響應(yīng)特性變化，得到一組結(jié)構(gòu)特性"指紋"圖譜。通過(guò)對(duì)測(cè) 試結(jié)果的縱向或橫向全領(lǐng)域范圍內(nèi)的相關(guān)性比較，從而診斷繞組是否存在扭曲、鼓包、位移 等變形情況。但目前缺乏對(duì)大量數(shù)據(jù)的綜合管理和有效利用。該方法對(duì)繞組平移、高壓引 線位移、扭曲、鼓包等變形敏感。
[0007] 頻響法進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將一穩(wěn)定的正弦波掃頻信號(hào)施加到被試變壓器的一端，同時(shí) 記錄該端和另一端的電壓幅值，經(jīng)處理可以得到被試變壓器的一組頻響曲線。對(duì)前后測(cè)試 結(jié)果進(jìn)行對(duì)比即可判定變壓器繞組的變形狀態(tài)。
[0008] (3)低壓短路阻抗法（SCR):該方法是判斷繞組變形的傳統(tǒng)方法，變壓器短路阻抗 測(cè)量采用伏安法變壓器短路阻抗測(cè)試時(shí)，通常在變壓器的高壓繞組側(cè)加壓，在低壓繞組側(cè) 短路。同時(shí)測(cè)量加在阻抗上的電流和電壓的基波分量的比值就是被試變壓器的短路阻抗。 變壓器的漏電抗值由繞組的幾何尺寸所決定，變壓器繞組結(jié)構(gòu)狀態(tài)的改變勢(shì)必引起變壓器 漏電抗的變化，從而引起變壓器短路阻抗數(shù)值的改變。故便可以通過(guò)測(cè)量阻抗電壓的變化 來(lái)判定變壓器繞組的變形程度。該方法對(duì)繞組匝間短路、鼓包等引起漏抗（主要為電感） 值明顯變化的變形較敏感。
[0009] 當(dāng)判斷變壓器繞組存在變形時(shí)，同時(shí)應(yīng)用阻抗電壓法及頻率響應(yīng)法是進(jìn)一步確定 繞組變形程度、防止誤判斷的有效方法。為了檢測(cè)電力變壓器繞組的變形，一般要進(jìn)行低電 壓短路阻抗法和頻響法兩次測(cè)試，但由于兩種測(cè)試法所采用的測(cè)試設(shè)備及接線方式不同， 因此采用不同的測(cè)試方法時(shí)需要重新接線，極為耗時(shí)耗力，給現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作帶來(lái)了很大不 便。
[0010] 為此，本發(fā)明提供一種新的測(cè)試方法一掃頻短路阻抗法（SFSCR)，基于該方法研制 新型的繞組變形測(cè)試儀，一次測(cè)試可以獲得全頻范圍的短路阻抗曲線，使新型測(cè)試儀具備 傳統(tǒng)的掃頻傳遞函數(shù)法測(cè)試系統(tǒng)和短路阻抗儀的優(yōu)點(diǎn)，避免因應(yīng)用其中一種方法判斷的局 限性，能夠高效、準(zhǔn)確地檢測(cè)電力變壓器繞組變形情況，為現(xiàn)場(chǎng)工作人員分析判斷繞組的工 作狀態(tài)提供了一種新的手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種采用掃頻短路阻抗法對(duì)變壓器繞組進(jìn)行變形 測(cè)試的方法，能夠高效、準(zhǔn)確檢測(cè)電力變壓器繞組變形。
[0012] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0013] 本發(fā)明的采用掃頻短路阻抗法對(duì)變壓器繞組進(jìn)行變形測(cè)試的方法，采用的測(cè)試設(shè) 備包括能夠產(chǎn)生任意頻率標(biāo)準(zhǔn)正弦波的大功率掃頻信號(hào)發(fā)生器，輸出信號(hào)由高頻變壓器耦 合輸出并通過(guò)輸出信號(hào)電纜連接至待測(cè)變壓器繞組；測(cè)試設(shè)備還包括寬頻帶高速波形數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)包括至少兩路采集通道，每路采集通道分別通過(guò)測(cè)試電纜連接至變壓 器繞組，測(cè)試設(shè)備還包括一個(gè)取樣電阻（RO)，本方法包括以下步驟：
[0014] 步驟1)設(shè)備連接：采用三端法連接信號(hào)電纜和測(cè)試電纜，如果是單相變壓器，將 變壓器的二次繞組的兩個(gè)端子短接；如果是三相變壓器，將二次繞組全部短接，對(duì)于有中 性點(diǎn)引出的三相變壓器，連同中性點(diǎn)一起短接，在一次繞組的激勵(lì)端接入輸出信號(hào)電纜和 測(cè)試電纜I，在一次側(cè)繞組的測(cè)量端接入測(cè)試電纜II，將輸出信號(hào)電纜的另一端與大功率 掃頻信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)端相連接，測(cè)試電纜I的另一端與寬頻帶高速波形數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的一路采集通道輸入端子相連接，測(cè)試電纜II的另一端與寬頻帶高速波形數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的另一路采集通道輸入端子相連接，同時(shí)待測(cè)變壓器的一次側(cè)繞組的測(cè)量端與取樣電阻 (RO)的一端相連接，而取樣電阻（RO)的另一端與輸出信號(hào)電纜、測(cè)試電纜I、測(cè)試電纜II 的屏蔽層連接到一起，通過(guò)一點(diǎn)接地；
[0015] 步驟2)采樣：大功率掃頻信號(hào)發(fā)生器的任意頻率標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)經(jīng)高頻變壓器 耦合后輸出測(cè)試電壓Us，經(jīng)輸出信號(hào)電纜施加于待測(cè)變壓器一次繞組，由雙通道的寬頻帶 高速波形數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別采集施加于變壓器一次繞組的掃頻信號(hào)U 1和取樣電阻的電壓 信號(hào)U2;
[0016] 步驟3)通過(guò)測(cè)量變壓器在二次側(cè)短路的情況下，在不同頻率f下的取樣電阻 RO上的電壓，計(jì)算出電流I，通過(guò)以下公式經(jīng)矢量運(yùn)算來(lái)獲得不同頻率下的短路阻抗值 Zk(f)：
[0017] 短路阻抗的計(jì)算公式：
[0026] 步驟4)繞組變形判斷：通過(guò)下述的一種或多種方式的結(jié)合對(duì)繞組變形進(jìn)行判斷：
[0027] 方式一：在低頻段（30Hz-lkHz)，變壓器繞組的短路阻抗值與頻率成正比，根據(jù)步 驟3)計(jì)算得到的短路阻抗值繪制阻抗一頻率曲線，計(jì)算出50Hz時(shí)變壓器的短路阻抗值，與 銘牌值比較，判斷變壓器是否變形；
[0028] 方式二：由于變壓器繞組發(fā)生變形時(shí)，在低頻段（30Hz-lkHz)的阻抗會(huì)發(fā)生明顯 變化，引入（阻抗/角頻率）作為新的判斷依據(jù)參數(shù)，觀察新引進(jìn)參數(shù)與頻率f的關(guān)系曲線 兩次測(cè)量的變化程度，對(duì)變壓器繞組變形進(jìn)行判斷；
[0029] 方式三：在高頻段，Zk_f曲線與H-f曲線具有負(fù)相關(guān)性，可以將中高頻段的Z k_f 曲線可以轉(zhuǎn)換為H-f曲線，參照頻響法進(jìn)行繞組變形判斷；
[0030] 方式四：掃頻短路阻抗法同時(shí)可以得到阻抗/角頻率一頻率曲線（Zk/co - f)、電 阻一頻率曲線（R_f)、電抗一頻率曲線（Χ-f)，上述曲線參數(shù)對(duì)不同繞組變形的反應(yīng)靈敏程 度，作為診斷繞組變形的依據(jù)。
[0031] 進(jìn)一步，所述步驟1)中，輸出信號(hào)電纜和測(cè)試電纜I均采用同軸電纜，連接到激勵(lì) 測(cè)試鉗上再與待測(cè)變壓器相連，激勵(lì)測(cè)試鉗的鉗口引出電纜的芯線與變壓器繞組接線端相 連，激勵(lì)測(cè)試鉗的接地端引出電纜屏蔽層與接地點(diǎn)相連接。
[0032] 進(jìn)一步，所述步驟1)中，測(cè)試電纜II采用同軸電纜，連接到響應(yīng)測(cè)試鉗上再與變 壓器相連，響應(yīng)測(cè)試鉗的鉗口引出電纜的芯線與變壓器繞組接線端相連，響應(yīng)測(cè)試鉗的接 地端引出電纜屏蔽層與接地點(diǎn)相連接。
[0033] 進(jìn)一步，所述大功率掃頻信號(hào)發(fā)生器的主要參數(shù)包括：輸出電壓峰峰值 Vp-p彡100V，輸出最大功率Pmax彡100W，帶寬Bw = 30Hz~IMHz ;
[0034] 進(jìn)一步，所述取樣電阻（RO)為高精度、低溫漂、無(wú)感的大功率電阻。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是：
[0036] 本發(fā)明的方法汲取了頻響法和短路阻抗法測(cè)試技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行了相應(yīng)的改 進(jìn)，從而可以通過(guò)一次測(cè)量，在低頻段也可以提取、計(jì)算出50Hz時(shí)變壓器的短路阻抗值，通 過(guò)與銘牌值比較，直接可以對(duì)變壓器是否變形進(jìn)行初步的判斷；同時(shí)，還可以利用其它幾種 判斷方法來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的判斷，因此可以達(dá)到良好的判斷效果，操作方便且準(zhǔn)確率高，具備 良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
[0037] 本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)