基于频率响应法的变压器绕组变形试验分析

冀亚峰　刘忠斌　李洪霞

摘 要 本文从基于电力的变压器在绕组形变过程后产生的相应层次结构的不同出发，对其试验结果数据进行分析。

【关键词】基于电力的变压器 绕组强度控制试验 频率响应

1 前言

绕组变形可以分为两类，纵向和横向。有整体的位移，部分下陷，甚至是部分突起鼓出，略微扭曲，以及匝间短路等形式。为了防止这些状态异常无法稳定的变压器造成不必要的损失，在保证不使变压器发生解体的情况下，对其绕组变形进行检测是非常重要的。不同的试验数据表明，频率响应法对绕组变形较为灵敏，测试较为准确，波形的重复性和稳定性强，能够非常可靠的评估绕组变形。

2 频率响应分析法

通过频率响应法进行分析检测，基本手段就是将扫频信号输入后，通过检测另一端的输出响应信号的振幅，相位等相应的频率函数，绘制相关曲线。由于一定的变压器的层次结构会决定特定的频率特性，因此可以通过对统一绕组变形不同方向的变化程度的分析，判断发生绕组变形的严重程度。

2.1 基本模型

假定激励源Us的频率为f，控制变量，将其数值从低加高；观察并记录另一端的响应电压U2和激励端电压U1信号的幅度峰值比例，得到幅度和频率的特征数据。图1为模型的原理图。

为方便计算，将记录下来的电压的幅度峰值用对数形式进行表示。可以得到函数H（f）=20log[U2（f）/ U1（2f）]。

2.2 试验步骤

在这个绕组变形试验的步骤基本如下：

（1）对即将进行测量的变压器的输入端和响应端进行确定，并将该变压器绕组的开关调整至最大的分接位置处。

（2）对于用于输入和用于检测的电缆的接地屏蔽线，需要连接到被测量的变压器的外壳旁，同时要保证该线的长度和无环无缠绕；对于变压器的外壳而言，接触电阻要小于等于1Ω。

（3）对用于输入和用于检测的电缆，要使用线夹将其分别与选中的输入端和响应端的套管端头相连接。

（4）同时使用电缆，对仪器的相应端子进行连接。

（5）运行对应的检测程序，在对被测量的变压器的测量参数进行相应初始化后，点击相应按钮启动测量。

2.3 对于数据正确性的检测

对于测量得到的被测变压器不同绕组压力的频率特性函数和绘制的响应曲线而言，为了确定其数据的真实可用，保证其正确性，应当进行一下检测（重点对低压部分进行检测）：

（1）同一被测变压器，相同电压条件下，将三相绕组和同相绕组多次测试数据的曲线进行对比，如果有偏离较大的绕组曲线，应当再次确认其接线的正确性和接触性能，并且重新测量。防止因为操作过程中操作员的原因导致的错误。

（2）如果对数据监测发现得到的曲线并不光滑平整，而是有比较多的毛刺，应当对接线的情况进行观察，排除接触不良和连接部位线中断的可能性。

（3）如果对数据监测发现三相绕组的一致性不好，应当首先判断作为对比的历年频谱曲线是否存在历史缺陷。

（4）如果对数据监测发现纵向对比一致性较差，应当判断接地线的连接可靠程度。

2.4 对数据的定量分析

对于判断被测量变压器的绕组状态，可以采用绕组前后变形的频率响应特性曲线的相关系数对比，综合对曲线上采样点的均方差估计值进行定量的分析，描述不同测量曲线的一致程度和差值。公式如下：

ρxy=x（i）y（i） /

Exy= （1）

该式子（1）中，x（i）y（i）分别表示不同频率响应特征函数上某一采样点的样本值。

3 对测量数据的定性分析

除了通过测量得到的数据，分别计算相关系数和均方差，进行定量的判定，还可以通过对波形图中特征点的位置和数量变化来定性判断绕组的变形情况，例如峰值位置，位移情况等。

3.1 独立的波形数据分析

不同频段的频率响应特征曲线峰值的位置特征不同，因此从频段对绕组进行划分和分析。

（1）低频段绕组变形分析（频率范围在1到100kHz）。在较低频率范围内，不同曲线特征值的偏移代表着不同的含义。峰值和最低点位置左移表示轴向压缩，右移表示幅向鼓包。如若趋于分散，则表示绕组纵向整体移位。如若整体曲线都向左偏移，则表示绕组横向整体移位。由此可知，绕组电感对于曲线特征量偏移影响较大。

（2）中频段绕组变形分析（频率范围在100到600kHz）。在较高频率范围内，峰值和最低点位置的变化则代表了不同的含义，左移右移分别表示了匝间扭曲和部分鼓包现象的出现。由此可知，绕组电感和电容对于曲线特征两偏移影响都比较大。

（3）高频段绕组变形分析（频率大于600kHz）。在高频率范围内，曲线的整体变化会说明绕组的局部结构特征发生了变化，表示了整体位移和引线位移现象的出现。由此可知，绕组感抗和容抗对于曲线特征两偏移影响比较大。

3.2 复合的波形数据分析

（1）比较方向：纵向。纵向比较法指的是变量为时间；而控制受测变压器，分接开关位置，绕组和检测方式都保持不变，得到的一组频率特征响应曲线。该类方法得到的数据生成的曲线对比性比较好，判断准确，测试灵敏，但是需要较充足的原始数据，检测条件对曲线影响比较大。

（2）比较方向：横向。横向比较法指的是变量是同侧三相频响曲线。由于该类曲线所反映的三相绕组在不同变压器之间结构的一致性和可比性，因此该类曲线能够较好反应变形情况。该类方法无需原始数据，但是需要充分考虑三相相似变形和同厂家同批次产品设计差异等本身固有差异的影响。

参考文献

[1]杨晟，张文离，徐飞.变压器绕组变形的频率响应分析法探讨[J].山西电力，2014，3：11-14.

作者单位

国网山东成武县供电公司 山东省成武县 274200