变压器绕组变形诊断技术的研究

王斌

（国电宁夏石嘴山发电有限责任公司，宁夏 石嘴山 753202）

目前，电网容量快速增加，短路故障导致的变压器损坏事件数量大幅上升。将变压器进行解体检查，发现其中的故障主要有短路因素造成，表现出：故障电流会生成轴向力与径向力，绕组会发生扭曲、倾斜等失稳变形情况。若不将变形问题及时发现并解决，甚至还会损坏绝缘，造成匝间短路、主绝缘放电或完全击穿等故障。因此采用诊断技术，可以对绕组发生的变形进行准确测试，避免事故进一步恶化。

1 扫频阻抗法检测技术原理

使用扫频阻抗检测技术检测变压器绕组变形过程中，会将变压器中的每个绕组相应阻抗—频率曲线全面检测，将最终获得的测量结果横向、纵向对比，之后将曲线的变化作为基础对绕组可能出现的变形进行判断。

从上述分析可以看出，实验中的扫频信号源主要为激励源，可以划分系统等效电路测试过程，其中包含低频、高频等效电路模型。首先，测试低频段过程中，集中电路可以是变压器绕组与电感等相关元件共同组成部分，测试系统相当于低电压短路与阻抗法对电路进行测试。其次，频率的持续增加，变压器中等效电路会逐步形成一系列电阻、电感分布参数等部分，会共同组成二端口网络。使用扫频阻抗检测技术的主要特征为会获得频率响应曲线，还可以获取变压器绕组检测的传递函数。

因此对变压器绕组变形诊断过程中，使用扫频阻抗检测技术，可以将变压器绕组看成相关元件共同组成电路系统，如果运行过程中某部分元件发生变化、故障，变压器的扫频阻抗值也会出现相应的变化，绕组的几何尺寸作为这些元件实际参数的重要基础。因此可以看出，若改变绕组尺寸，就会造成变压器扫频阻抗值发生变化。

2 实验结果与阻抗值

应用扫频阻抗曲线对高频段进行检测，会获取相应的频率响应曲线，因此为了加强测试结果准确性，应充分考虑频率响应法等相关问题。通过对比分析可以看出，在低频段使用扫频阻抗法具备较强的稳定性与抗干扰性能，但在中高频段进行诊断时，这种方法具备一定的测试灵敏度。

通过上文的分析，通过计算获取的结果为50Hz，通过部分取值，就可以获取变压器中的短路阻抗值，因此使用该阻抗值对变压器绕组的变形进行诊断。

3 变压器绕组变形判断方法

（1）变压器绕组变形相关系数。为了获取扫频阻抗曲线，会使用扫频阻抗检测诊断技术，在这个过程中生成的相关系数，可以使用两条曲线关联程度统计指标进行充分显现，同时使用扫频曲线相关系数的过程中，可以使变压器绕组扫频阻抗特点充分凸显，加强结果的直观性与全面性。通过对比扫频阻抗技术、频率响应法可以看出，在对中高频段进行检测的过程中，扫频阻抗曲线法更加适用如图1、2，具备与幅频响应曲线法相同的测试特征，为确定扫频阻抗曲线的阈值，可以参考与借鉴频率响应法中的相关阈值设定。

图1 高压侧变压器绕组频率响应曲线特征示意图

图2 低压侧变压器绕组频率响应曲线特征示意图

（2）极值点的偏移。在充分明确变压器完整结构后，可以肯定其中一定的数值为与每个绕组互相对应的二端口网络参数，还可以确定相应的传递函数。如果变压器绕组发生变形问题，在绕组中的分布电感、电容等相应参数也会随之发生改变，最终使传递函数零点、极点发生改变。因此将波峰、波谷分布位置变化与数量实际变化作为基础，就可以对变压器绕组的变形程度进行判断。

对极值点进行提取时，由于扫频阻抗曲线存在一定的误差可能性，因此会对结果的准确性产生影响，如发生极点值连续等现相关问题，因此在提取极值点的过程中，尤其是处理扫频阻抗曲线时，应注意以下相关事项。（1）设置极值点集为P，主要作用为存储极值点的实际频率与幅值。之后将实际测量的数据作为基础，确定起始频率f1与终止频率f2。（2）（f1，f2））范围内对每个数据点是否为极值点进行判断，若 Xk〉 Xk-1, Xk+1，就可以判断为Xk为极大值，如果，Xk＜ Xk-1, Xk+1，就可以判断Xk为极小值。将全部的极值点进行保存，并将P 加入其中。（3）对P 中是否含有连续存在的极值点进行查看，若其中含有，就将P 中的该部分极值点进行剔除，将首末频率值f1、f2进行记录，还要对f1，f2频率范围中的数据进行平滑处理，之后返回到（2）步中。若不含有，就可以结束该过程。通过上文描述的处理方式，可以加强测量数据的提取准确性，从而获得极值点。

在量取极值点偏移度的过程中，要将极值点的频率偏移与幅值偏移进行综合分析与对比，可以使用极值点的便宜率获取相关数值，可以使用公式4 进行计算：。公式中的Δf表示频率偏移率，。ΔZ 表示阻抗的偏移率，。公式中的Zf与ff含义为故障发生位置的曲线极值点阻抗值、频率值，Z0与 f0分表含义为正常曲线中的极端值阻抗值、频率值。

在实际判断变压器绕组变形情况过程中，应计算各个极值点的极值点偏移率，测量与计算过程中，应将全部频段合理划分为低频与高频，在各个频段处于最大极值点偏移率情况下：Δ PL、Δ PH,以图1 的方式对变压器绕组的变形程度进行判断。极值点的偏移与变压器绕组变形判断依据中的Δ PL、Δ PH阈值将基于10 台变形程度不同的变压器极值点便宜率统计结果进行设置。

例如在对某台运行过程中变压器中压测试侧、低压短路侧进行测试的过程中，依据图1 的判断依据，变压器C 发生了轻度变形问题，变压器A 与变压器B 的变形状态十分严重。之后对发生变形问题的变压器予以返厂解体处理，发现在A变压器中的压线圈发生了的变形为凹凸波浪状，低压线圈部分垫块发生松动与位移的情况。发现B 变压器中的压线圈出现换位情况，从而造成松动与变形问题发生，低压线圈中还含有2 处鼓包位置，最终造成该部分出现十分严重的变形情况。在变压器C 中，由于压线圈中的导线出现变形与松动，但低压线圈并没有发生异常问题。压线圈造成换位部分出现松动与变形情况，低压线圈中出现两处鼓包部分，使换位部分发生十分明显。因此可以看出，应用该诊断技术，可以对变压器绕组变形进行有效诊断，说明该诊断技术的应用效果十分明显。

4 结语

本文通过实验与测试对变压器绕组变形诊断技术中的扫频阻抗法进行了分析，发现利用扫频阻抗法可以将电压短路阻抗法与频率响应法中存在的不足有效弥补，从而避免在实际测试过程中受到各种干扰与影响。为了增强变压器绕组变形诊断技术的实效性、全面性，目前已针对扫频阻抗法的饶梓变形提出了相应的判断标准，但相关企业、技术人员通过不断地实践与测试对该指标的准确性进行反复验证。除了扫频阻抗法之外还有多种变压器绕组变形诊断技术，可以被应用在不同的实际情况中。