频率响应法在线监测变压器绕组变形

1、电气开关）（）文章编号：（）一频率响应法在线监测变压器绕组变形孙国繁，陈建杰，张世魁（山西省电力公司运城供电分公司，山西运城）摘要：提出频响法在线监测变压器绕组变形原理，简要分析和介绍了分布参数模型，用一台配电变压器进行试验研究，在变压器一次侧输入谐波电压，对输出电压信号进行分解，分析其幅频、相频特性，结果证明频响法在线监测变压器绕组变形是有效可行的。关键词：变压器；绕组变形；频率响应；在线监测中图分类号文献标识码：扣，（，）：，锄，：；引言变压器是电力系统的主要设备，其正常运行对电力系统的安全、稳定和供电可靠性具有十分重要的意义。根据变压器事故统计分析，绕组损坏是变压器的事故重点。变压器绕组

2、的机械变形是一个累积过程，变压器绕组经多次冲击积累，极易在某次短路冲击下，造成绕组失稳损坏。为了能够及时发现变压器的事故隐患，避免事故的发生，保障电力系统安全、稳定和供电可靠性，开展变压器绕组变形在线监测原理和算法的研究，不仅具有重要的理论意义和工程实用价值，而且具有巨大的社会和经济效益。绕组变形监测研究现状变压器绕组变形的传统检测方法有短路阻抗法、低压脉冲法、频率响应分析法、电容量变化法等。其中，频率响应法因灵敏度高、现场使用方便等优点被广泛应用，成为变压器绕组变形现场试验的主要方法。这些检测方法都需变压器退出运行，属于离线检测方法，不能及时监测变压器绕组状况以便及时发现故障。世纪年代初，在

3、短路阻抗法原理的基础上，提出了通过在线监测变压器短路电抗变化来分析判断绕组状况的设想，并从理论分析了其原理和方法。现在对频响法的研究，主要是通过研究新的参数模型。】、新的测试方式、新的频谱曲线分析方法圪来提高频响法离线监测的精确度和准确性。文献提出通过在线输入低压扰动线性调频信号，分析其频响特性来实现绕组变形在线监测。频响法在线监测原理在较高频率的电压作用下，变压器绕组可视为一个由线性电阻、电感（互感）、电容等分布参数构成的无源线性双口网络，绕组结构的任何物理变化都会引起绕组的电感和电容特性发生变化，那么这将必然改变网络内部的分布电感、电容等参数，导致传递函数的零点和极点发生变化，从而使得网络

4、的频率响应特性（【发生变化。实际上离线频率哺应法的灵敏度、可靠性和准确率远高于离线短路电抗法。现有的在线监渊是离线短路电抗法的直接移植。因此，在理论上就不能继承或吸收额响法的这一突出优点。研究甑映变压器绕组工程特性、继承离线算法的主要成果、充分利用在线资源的变压器绕组变形在线监测原理和算法十分必要，既是解决工程实际难题也是此类问题理论难题。变压嚣在运行过程中可以获得很多有用的信号。电力系统内每天的各种正常操作、负荷的变化甚至保护设备的动作、故障后的重合闸等，只要这些操作或动作距监测变压器的电气距离较近，都会在引起变压器监铡电压、电耕【的哲态过程。这些暂态电压、电流，相当于各种加信信号，是在线监

5、测的宝贵资源。将这些暂态信号的喃应曲线进行傅里叶变换，分析变压器绕组谐波分解后的频率响应特性，就可以了解变压嚣绕组的状态，从而实现变压器绕组变形在线监测。建立非均匀分布参数模型合适的变压器绕组横登应符合变压器绕组的物理梅造，能将变压器绕组的故障通过模型参数的改变反映出来。绕组可以看作一个由电阻、电感、电容等组成的无碌分布参数网崭，其等教电路如图所示。按照每匝或者每饼线圈为单位建立级分布参教网络其中每级电路都是由一个电感、一个纵向电容、一个对地电容魍戚。向电容是指匝问电容或饼间电容。自醭型中，考虑边缘效应的影响，认为上下边缘绕组的参数和其他匝是有区月的，是非均匀的分布参数模型。目变器绕目分布参数

6、女图中为绕组每匝或每饼电阻；厶为绕组每匝电感或每饼电感；茜为纵向电容；为绕组对地电容。模型的参数以投运前或检修后的变压器绕组参散为参考，按照上面的模型假设，设绕组轴线长度为，如图所示。三三壬目绕平面简化图其中轴为变压器绕鲺轴线，零点对应绕组轴线中心。认为离轴线中心位置小于札（设为词节系数）的绕组单元可以用。、丘、来表示，而离轴线中心位置大于的绕组单元可以表示为绕组位置与轴线中心距离的函散：丘（。，）墨：（丘，）“（，）其中为绕组单元的序号上述函散均为关于的多项式。模受参数总体大小应等于实际变压器绕组总的电感、电容值。通过修正。和上述函数，使得模型对应于绕组可测量墙的电压和电流。试验研究变压器高

7、压侧输谐放电压，鲥糖出蜡的电压和电流信号中含有丰富的谐波成份。将采集到的电流和电压均作计谐波分解，分析其幅频、相频特性，从而判断变压器绕组是否变形。通过比较变压器绕组完好和相绕组并接电容时的幅频、相须特性曲线来验证在频响法在线监测理论。囤、图分别为变压器绕组完好时和模拟故障时照片。蕊目女完绕月目并接自目变压器相绕组匝间并接电容，贼相绕组匝问电容、电感会变化，可以模拟变压器绕组轴向压缩变形。图中所并电容数量级与变压器绕组匝同电容相等。惭特性分析变压器输出电压数据经谐波分解之后的电压幅值随顿率变化的响应曲线如图。从图可知，、三相的幅频曲线相关性非常好相似度很高。三条曲线基本一致，根据变压器结构的等

8、效原则，三桂的自身参数处于相对独立且相等的状态可以判断变压器侧绕组基本没有变形。图看出变压器、相的幅频曲线相关性较强曲电气开关（）测孽图完好绕组幅频曲线频率（）图绕组相并电容幅频瞳线好，相曲线在频率范围内与、相幅频特性有明显差异。这是由于相绕组并接的电容导致相绕组电容和电感发生改变，导致相幅频特性发生改变。同时也说明一次谐波对此类模拟故障比较灵敏。相频特性分析图为变压器完好时低压侧三相电压相频特性曲线。可以看到三条曲线极点都出现在、频率（）图完好绕组相频曲线图、附近，相似度较好。图中，相在处极点发生漂移。这也是因为并接电容，相当于绕组轴向压缩变形，改变了相绕组传输特性，最终引起其相频特性发生改

9、变。相极点在处也发生漂移，这是因为相和相之间存在耦合，引起相相频特性发生变化。结论与展望（）在线频响法可继承或吸收离线频响法灵敏、可靠、准确的优点，因此，其灵敏度、可靠性、准确率要明显优于在线短路阻抗法。（）基于非均匀分布参数模型的变压器绕组变形监测原理和算法的研究，将大大提高在线监测绕组变形诊断的灵敏度、准确性、有效性和可靠性，为变压器特别是电力变压器绕组变形监测技术实用化奠定重要的理论基础，具有重要的理论和工程实用价值。（）变压器在运行过程中可以获得很多有用的暂态信号。这些暂态电压、电流，相当于各种加信信号，可以作为变压器绕组变形监测的输入信号，从而实现频响法在线监测变压器绕组变形。（）将

10、暂态信号的响应曲线进行傅里叶变换，分析变压器绕组谐波分解后的幅频、相频特性，可以判断变压器绕组状态。（）可以进一步研究不同的变压器绕组故障对各次谐波的影响，进而根据频响曲线判断绕组发生何种变形。参考文献王梦云年度及变压器事故统计分析电力设备。，（）：王梦云年度（）厦以上变压器事故与缺陷统计分析电力设备，（）】王世阁从变压器事故实例看短路试验的必要性变压器，（）：】袁国刚大型电力变压器绕组故障机理的理论与试验研究】上海交通大学，姚森敬横向比较法在变压器绕组变形测试中的应用】广东电力，（）：一姚森敬，欧阳旭东，林春耀电力变压器绕组变形诊断分析电力系统自动化，（）：包玉树变压器绕组变形检测技术在江苏

11、电网的应用江苏电机工程，（）：】孙强变压器绕组变形测试的现场研究西北电力技术，（）：何文林陈金法，应高亮，等频响分析法测试变压器绕组变形的研究】中国电力，（）：（下转第页）电气开关（）下：内部有黑色粘稠物体和融化物质；绝缘拉杆上接头拉脱，致使在机构在分闸位置时，主断口已分开，而电阻断口处于合状态。分析认为：绝缘拉杆拉脱导致断路器分闸位置不到位，主断口分开后，而电阻断口处于合位置，在月日：送电过程中，当隔离开关合闸时，断路器电阻投入时间约，而电阻正常投入时间应为，致使并联电阻体严重烧损，产生上述异物。结论通过以上分析，认为该电厂升压变断路器分闸时绝缘拉杆脱落导致断路器分闸位置不到位是造成此次线路

12、跳闸事故的主要原因。绝缘拉杆脱落导致断路器分闸位置不到位时断路器本体的分合指示、综自系统及保护装置所示的断路器分合状态将不能正确反映断路器的实际状态。因为综自系统及保护装置所取的断路器状态均来自于断路器的辅助接点，虽然绝缘拉杆脱落导致断路器实际的分闸位置不到位，但辅助接点却已接通至分闸位置，给综自、保护系统以断路器分闸的假象。这种情况下，只能依靠后备保护动作去切除故障，若此时保护拒动，将出现非全相运行的状态，且不易被发现，严重危及人身、设备乃至电网的安全。为预防同类事故发生，确保人身、电网、设备的安全，针对上述情况应做好以下几点：（）提高该类型断路器的产品质量，及时消除该类型产品的家族性缺陷，

13、避免同类事故发生。（）在对该类型断路器进行操作时，应先检查综自系统断路器三相电流为零后再去现场核对断路器的分合指示，避免出现人身伤亡事故。（）提高继电保护设备的可靠性，确保保护正确动作，避免扩大事故范围。参考文献】徐国政，张节容，钱家骊。等高压断路器原理争应用】北京：清华大学出版社。】林莘现代高压电器技术】北京：机械工业出版社，国家电网公司发布高压开关设备管理规范北京：中国电力出版社张群英，马振。齐玮，等断路器二次控制回路分析山西电力，：】郭飞，石桂霞，田自军型断路器储能电机控制回路的改进探讨】高压电器，：收稿日期：作者简介：陈阿娣（女工程师。从事超高压电朗的生产管理、安全监督工作。（上接第页）。：】，。，。，】，：，：】，（）（）：一谢宇风，刘溟变压器绕组变形频响法分频点研究】华中电力，（）：孙强利用频域分段技术提高变压器绕组变形测试的准确性】变压器，（）：。：】，。，（）：】，】，：【，（）：】，触盯铲：收稿日期：一作者简介：孙国繁一）男年毕业于太原理工大学电机制造与控制专业现从事电力生产管理单位；陈建杰（一男。年毕业于华北电力大