配电变压器绕组变形故障的在线监测新方法研究

程大辉++王康++于海

摘 要：在整个电力系统的配电网络内部，配电变压器具有非常重要的作用。但是，这种电气设备在实际工作时可能会出现一些问题，例如当电路中出现短路等问题时，变压器绕组很可能会受到一定负面影响，最后导致形变的发生。本文对配电变压器的绕组变形方面故障进行分析，针对这些问题提出一些在线监测的新方法，希望可以对解决变压器故障等问题有所帮助，同时也可以使配电变压器能够在电力系统中发挥其应有作用。

关键词：配电变压器；绕组；变形故障；在线监测；新方法

中图分类号：TM711 文献标识码：A

配电变压器在电力系统内部应用广泛，为了使电力系统可以安全可靠地进行工作，需要确保这种电气设备绕组不会出现变形等故障。若想实现以上目标，需要相关的研究人员及技术人员等在变压器故障监测方面做出很多努力，使用各种新的在线监测方法对故障进行实时监控，确保故障不会对电力系统正常运行造成障碍。以往的故障在线监测方法可能在很多方面存在局限性，本文将对在线监测的新方法进行研究，希望可以在故障发生的第一时间发现问题，从而能够在最短时间内对其作出反应，将损失降至最低。

一、在线监测的新方法

（一）短路电抗法

研究人员将传统配电变压器的绕组变形监测方法进行延伸，得出一种新型在线监测方法，即短路电抗法。这种方法在很多方面具有其特有的优越性，例如，不必进行空载调零相关操作、运行过程中对激磁电流方面没有过多要求等。通常情况下，人们将短路电抗法应用在与电网电压同样发生变化的输入端电压的变压器上，而且这种方法可以很简单地得出短路电抗，具体来讲便是通过改变负荷，对输入端及输出端的I、U值进行在线测量，进而得到所需结果。配电变压器绕组变形与否可以通过短路电抗的取值看出，而且这种方法的得出结果具有较高的可信性，可以将误差方面控制到-0.11%～0.32%以内。以上结果皆为通过大量仿真实验得出的，通过对各类不同配电变压器进行研究实验得出的结果具有代表性意义。

短路电抗法原理：通过这种在线监测新方法对单相双绕组的电气设备（配电变压器）进行分析，用Z1和Z12对输入端阻抗及输出端阻抗在输入端归算结果；变压器空载时的等效阻抗为Am；在输入端一侧，将电流和电压用I1、U1进行表示，而在输出端一侧，电流和电压分别用I12及U12表示输出端在输入端归算结果。根据以上等数据进行等效电路等各类计算，通过不同的负载对电流及电压数据进行测量，经过计算可以得到短路电抗值。

研究人员通过Mazatlan等软件对这种在线监测方法进行仿真，可以比较方便快捷地得出短路电抗，并且其实验结果的误差在允许范围内，可以被人们推广使用；经过研究人员大量实验，可以发现当绕组电抗维持在6%～9%左右时，实验结果具有研究价值，可以反映出电力系统内配电变压器绕组形变方面的问题；实验结果数值若大于11%，研究人员可以得出绕组变形情况较为严重，其耐受短路方面的性能已经无法满足电力系统正常运行要求；由于各种实际情况的制约，离线测量结果无法反映电力系统配电变压器绕组形变方面实际情况，人们只能将其当作参考值，只有在线测量的短路电抗波动情况可以成为判断绕组形变情况的标准。

研究人员对短路电抗这种在线监测新方法进行模块设计，发现其在交流量方面与电气设备后备保护方面可以保持一致，因此能够将这种方法应用在后备保护中；这种短路电抗法在变电自动化的系统中也可以进行广泛应用；此模块需要具备两方面的功能：对电力系统内各类数据进行收集以及对得到的内容进行整理和分析，以上功能可以通过labview完成，最终将结果向人们展现；通常情况下，人们使用上述软件可以在显示页面上看到图表等形式的数据及计算结果，通过和以往信息进行比较，根据其变化情况便可以得知配电变压器绕组变形故障方面的情况。

通过短路电抗法这种配电变压器绕组变形故障在线监测新方法对绕组健康状况进行检测和监控时，通过改变负载得到I、U方面数据，再经过计算便可以得出短路电抗结果，这种方法精度比较高，同时操作比较简单，因此具有推广和研究价值；使用这种新的在线监测方法不必对空载方面进行还原，激磁电流方面的波动情况也无法使其工作情况产生太多作用，在一般情况下都可以进行稳定工作；这种新的在线监测方法可以在第一时间内监测到绕组形变方面情况，并将形变问题控制在合理范围内，电力系统不会因绕组变形方面故障出现问题，因此这种方法具有很大的推广及研究价值。

（二）频响法

如今研究人员对配电变压器绕组变形故障方面的研究大致有两个方向，上文提到短路电抗法可以被归类于参数检测，这是研究人员的研究方向之一，而另外一种则是网络分析。网络分析这种方法对传统短路阻抗方面的缺点进行改进，在时间及设备方面都有了很大提高，通常情况下研究人员将其分成两种，即频响及低压脉冲。后者虽然在灵敏度方面有很大提高，但是其本身不具备很好的稳定性，电磁方面的情况会使其测试结果产生很大浮动，无法被人们在电力系统内广泛应用；前者不但具有很好的灵敏性，其他各方面性能都比较出色，因此被绕组变形故障的监测系统广泛应用。

以往对电力系统配电变压器变形故障进行监测时，未能将在线监测方法进行广泛使用，其检测结果可能无法满足人们需求，而使用脉冲信号注入的方法可以改善以上情况，对变形故障方面的问题进行实时监测；这种方法的监测原理：绕组在U值较大的条件下，可以被看作线性无源的双口网络，其中包括线性电感等一系列参数；传递函数在不同点分布情况受到网络结构方面的影响；一旦配电变压器发生变形，各方面参数也会受到影响产生波动，传递函数同样如此。在信号源方面，这种方法将时域信号进行替换，通过频域信号在第一时间知晓绕组频响方面的特点；这种方法在成本、结构等方面具有更多优越性。

使用这种方法时，脉冲信号正确与否对在线监测系统具有很重要的影响，研究人员需要对强度及方式等方面内容进行重点关注。若信号强度不足时，研究人员可能无法轻松获取信号，噪声方面会对其造成很大负面影响，而与之相反的情况下，电网可能无法正常进行工作，针对这些方面的情况，研究人员需要对脉宽及幅值方面进行更多关注，并将条件适宜的脉冲信号注入。

以上内容可以被认为是配电变压器绕组变形故障在线监测方法中的主要内容，高压母线方面的原因导致在线监测系统连入工作具有很大难度，需要在其中投入较多人力、财力、物力，同时操作也会非常繁琐，面对这些问题，研究人员将测试信号添加至低压臂，得出其中的数据，最终完成其在线监测工作。当人们将这种技术应用到实际监测工作中，需要在绕组端口添加脉冲信号，在同一时间完成相关的记录工作，通过FFT让响应与激励信号完成向图形曲线的转换工作，最终通过计算得到 f 响应曲线，具体来讲使用式（1）即可得到曲线。

在系统软件部分和第一点所提到的方法具有相似之处，同样需要labview完成相应的模块设计工作，具体来讲需要具备检索、收集和分析数据等功能。当研究人员进行收集数据的相关工作时，需要使用相应的模块完成，而对这部分模块进行设计时，研究人员将PCI-9812功能进行丰富，制作出更符合要求的数据收集模块，这种模块在性能方面较为突出，可以在相同时间内对四路信号进行相应的操作，使系统可以在最短时间内完成对数据信息的读取工作；在上述内容的基础上使用FFT方法对I、U信号进行相应的操作，最终获取人们需要的曲线；配电变压器绕组变形故障的在线监测系统需要具备检索历史数据功能，使系统操作人员可以轻松的完成一系列的增添、检索数据等工作，同时通过系统人们可以随时获取所需的监测信息，用户在获取这些特定信息后可以完成后续操作，对绕组变形方面的问题进行控制。

研究人员将这种新的在线监测方法进行相应实验，选择D9-10/10型号的10kV设备完成相应实验；使用此种在线监测新方法获取相应参数，对通过实验获取的曲线和监测系统得出结果曲线进行观察，分析两者的异同点，发现两种曲线在整体上没有太大出入，最终由此可以得出此种在线监测新方法在结果方面具有较高的可信度；使用这种方法时需要注意，因脉冲方面的特性导致实验结果可能会随环境方面的一些因素变化而发生波动，对这种方法进行实际应用时，人们无法将条件控制的和实验室相同，所以人们需要对其进行实际的应用才能获知这种方法效果究竟如何。

如今我国绕组变形故障在线监测方面的研究还不够完善，需要研究人员对这方面内容继续进行研究创新，实现提前获知变形故障等问题，对配电变压器进行维修，保证电力系统正常运转。

除此之外，相关研究人员进行了一些其他仿真实验，并对实验进行研究，发现变形故障还可以通过对传递函数的分析进行监测判断，具体来讲，一旦配电变压器绕组变形故障出现，绕组结构必然已经出现改变，这时相应的电感等参数也会出现不同程度的波动，人们可以从传递函数方面的波动对其进行观察；与之相反，若未发生故障，传递函数并不会产生明显波动，前后传递函数具有较高的相似度。因此，研究人员对传递函数方面进行研究分析，观察其在不同时刻的状态，一旦出现波动起伏，便可以实现对变形故障方面的监测。研究人员对传递函数方面的情况进行在线监测，对不同时刻其不同曲线进行对比，若发现两时刻的曲线出现过大差异，便可以实现对变形故障的在线监测。

上述在线监测方法能够完成两种不同条件下的变形故障在线监测：

其一，对传递函数已知的情况。在此情况下，相关研究人员只需对传递函数进行采集，并与已知数据进行比对，通过比对结果便可以实现对变形故障在线监测。

其二，未能获知原来的传递函数相关信息。这种情况下，其他同型号设备的原始数据能够作为研究人员的参考，或者对三相绕组方面的传递函数方面进行在线收集，一旦其中一相在前后不同时刻出现明显波动，研究人员便可以得出绕组发生变形故障的肯定结果。在此在线监测方法对变形故障进行在线监测时，可以利用对电流方面的监测结果，对变形故障进行初步判断，一旦发现异常便可以让系统对其进行重点监测，由此可见此方法具备判断力。

结语

在配电系统中，配电变压器非常常见，这种设备能否很好地工作在很大程度上影响着整个电力系统功能。随着电压及系统容量方面的变化，配电变压器在电力系统中承受的压力越来越大，其绕组变形故障情况也发生得越来越频繁。较一般变压器而言，本文的研究对象发生绕组变形故障的可能性很高，而变压器出现问题的原因大概有1/4左右是绕组变形故障，面对以上情况，研究人员需要对其在线监测方法进行不断创新研究，将变形故障方面的问题进行控制，使电力系统可以正常运行。

参考文献

[1]刘兴平，陈民铀.一种配电变压器绕组变形故障的在线监测新方法[J].电力系统保护与控制，2013（12）：20-26.

[2]刘月琴，陈涛，董月.基于脉冲信号注入法的配电变压器绕组变形在线监测研究[J].电力科学与工程，2014，30（4）：24-27.

[3]刘兴平.配电变压器健康状态在线监测与评估方法研究[D].重庆大学，2013.

[4]尹磊.变压器绕组变形的在线监测研究[D].北京交通大学，2014.

[5]沈明，尹毅，吴建东，等.变压器绕组变形在线监测实验研究[J].电工技术学报，2014，29（11）：184-190.