论文部分内容阅读
【摘要】电力变压器的安全运行对整个电网的意义极其重大。然而由于受到短路电流冲击等各种因素的影响，变压器绕组可能发生变形，不易被发现。通过对目前变压器绕组变形检测的研究现状的介绍，分析了变压器绕组变形监测的几种方法及其优缺点。
【关键词】电力变压器;绕组变形;检测
变压器是电力系统中最关键和最重要的设备之一。变压器运行当中遭受突发短路和运输过程中遭受机械撞击力等因素，将导致变压器绕组发生变形事故。发生变形故障的变压器有的立即损坏，有的运行一段时间后损坏， 此时的变压器属于"带病"运行，存在重大安全隐患。对变压器绕组进行变形诊断，可以及时发现隐藏的事故隐患，然后安排进行检修，可有效防止变压器隐藏性毁坏事故的发生。
一、变压器绕组变形诊断的研究现状
世界上很多国家都对变压器绕组变形检测方法的研究工作上投入了大量的精力。目前，国内外探测变压器绕组变形的主要方法是频率响应分析法和低电压短路阻抗法，其中以频响法应用更为广泛。国内运用的进口绕组检测设备最具代表性的是瑞典PAX公司的产品，该公司的产品频率范围能够从lHz-10MHz，扫频范围比国内同期产品要大，动态检测范围-120dB-20dB，且测量精度控制在±0.5dB以下。
国内进行绕组检测也已积累了多年的使用经验，主要也是基于频响法的应用。
二、变压器绕组变形主要形式及原因
（一）变压器绕组变形的种类
变压器绕组变形是指绕组的尺寸或形状发生变化，如在径向上外绕组导线伸长、内绕组直径变小;在轴向上的压缩和坍塌;对称的弯曲变形;不对称的曲翘变形;变压器身位移、绕组扭曲、鼓包和匝间短路等。主要可以分为以下几种：
1.径向拉伸：一般出现在变压器的高压侧中央位置，幅度不大。
2.径向压缩：一般出现在变压器的低压侧，中央上、下等位置。
3.轴向延伸（常说的崩塌）：通常位于低压侧顶端。
4.轴向压縮：一般位于变压器高压侧绕组中间。
5.轴向套叠：高、低压侧均可能出现。
6.匝间短路故障。
（二）变压器绕组变形的成因
变压器绕组之所以会发生变形，究其原因通常是：
1.设计方面：设计时绕组抗短路能力考虑不足，选择材料强度不够;
2.制作工艺方面：绕组缠绕不紧，干燥不充分，加压不均匀，撑条不紧，同心度偏差大等; 在变压器制造过程中由于工艺的原因，是线圈存在固有缺陷或不合理的结构等;
三、电力变压器绕组变形的检测方法分析
电力系统的大型电力变压器在运行中发生事故，有可能导致区域内大面积停电，修复时间长，花费巨大。正确及时的变形检测与诊断不但能保证变压器故障元件得到及时的处理，避免由于变压器的绕组故障隐患加重而导致的变压器非正常退出运行。在诊断方法方面，国内外使用最多的是频率响应法和短路阻抗法，两者在绕组变形检测方面都具有各自的优势，在绕组变形诊断方面也各自取得了一定的业绩，但是两种方法在实际应用中也暴露了一些问题。
（一）低压脉冲法
低压脉冲法（Low Voltage Impulse）简称LVI法。它是将持续时间很短（如0.1/5μs、0.3/1.5s、0.1/1.0μs），重复频率为1000Hz或更高的脉冲加到被试变压器的一端，记录该端和另一端上的电压波形，比较响应信号在变压器绕组变形前后的变化就可以反映出绕组形变的信息。
低压脉冲法在试验测试过程中，测量方法较为复杂，两次测量时间间隔较长，抗电磁干扰影响能力很差，且对绕组首端部位的变形响应不灵敏， 很难判定绕组变形的位置。而现场运行环境中电磁干扰相当大，屏蔽测试系统很困难。再加上仪器笨重，测试电压很高，因此未受到广泛关注和推广。
（二）频率响应法
频率响应法（Frequency Response Analysis）简称FRA法。频率响应法的原理是将一扫频信号送入绕组一个端口，从另一端口测量其输出响应，并将各频率点的输入、输出之比根据频率描绘成曲线-频谱曲线（图谱）。通过对绕组的频谱曲线进行对比分析，可以判断绕组的结构变化。
频率响应法因其检测灵敏度高、设备轻便、适合于现场测试，在国内外已经得到了较广泛的现场应用。但由于频率特性受干扰因素很多， 其诊断的不确定性还相当明显。方法使用不当会出现严重失真， 有关的测试和判断方法也尚无统一的标准可依。
（三）短路电抗法
变压器短路阻抗是绕组漏磁电抗扩及电阻形成的。对于一台变压器而言，当绕组变形、几何尺寸发生变化时，其短路电抗值也随之变化。所以，有关标准规定，变压器在进行短路试验前后，都要求测量每一相的短路阻抗，并把试验前后所测量的电抗值加以比较，根据其变化的程度，作为判断被试变压器是否合格的重要依据之一。
短路阻抗作为监测变压器绕组状态的重要手段之一，该方法测试程序较简单，有确定的判断标准。由于试验电源容量大、试验设备沉重、试验花费时间较长等因素影响，短路阻抗法在现场使用中受到了一定的限制。且短路法灵敏度不高，细小的形变是无法察觉的。
（四）振动监测法
振动监测法的优点是可以做到在线监测，并且振动法在线监测是通过贴在变压器油箱壁上，没有电气连接，对整个电力系统的运行无任何影响。但是由于变压器的振动信号受变压器的运行方式、变压器制造工艺和环境温度影响很大，因此目前还缺乏通用的判断标准。
四、实际应用注意事项
对新投运的变压器，应对各部分电容量、绕组频率响应曲线和低电压短路阻抗值进行测试。对运行中的主变，应结合检修等停电机会，及时进行补测，并保留测试数据。为了减小人为接线导致的测量误差， 在变压器故障前后或历年测试中对试验测量接线进行约定，并对被试变压器的油温进行记录。
五、结语
变压器在电力系统中承担着电压变换、电能分配和转移的重要任务，其是否安全可靠运行对保障电力系统的稳定运行有着重大意义。针对绕组变形检测技术目前的发展状况，对原有的诊断方法进行改进或者探索研究新的诊断方法，进而研制出新一代的绕组变形检测设备具有很大的参考价值。
【关键词】电力变压器;绕组变形;检测
变压器是电力系统中最关键和最重要的设备之一。变压器运行当中遭受突发短路和运输过程中遭受机械撞击力等因素，将导致变压器绕组发生变形事故。发生变形故障的变压器有的立即损坏，有的运行一段时间后损坏， 此时的变压器属于"带病"运行，存在重大安全隐患。对变压器绕组进行变形诊断，可以及时发现隐藏的事故隐患，然后安排进行检修，可有效防止变压器隐藏性毁坏事故的发生。
一、变压器绕组变形诊断的研究现状
世界上很多国家都对变压器绕组变形检测方法的研究工作上投入了大量的精力。目前，国内外探测变压器绕组变形的主要方法是频率响应分析法和低电压短路阻抗法，其中以频响法应用更为广泛。国内运用的进口绕组检测设备最具代表性的是瑞典PAX公司的产品，该公司的产品频率范围能够从lHz-10MHz，扫频范围比国内同期产品要大，动态检测范围-120dB-20dB，且测量精度控制在±0.5dB以下。
国内进行绕组检测也已积累了多年的使用经验，主要也是基于频响法的应用。
二、变压器绕组变形主要形式及原因
（一）变压器绕组变形的种类
变压器绕组变形是指绕组的尺寸或形状发生变化，如在径向上外绕组导线伸长、内绕组直径变小;在轴向上的压缩和坍塌;对称的弯曲变形;不对称的曲翘变形;变压器身位移、绕组扭曲、鼓包和匝间短路等。主要可以分为以下几种：
1.径向拉伸：一般出现在变压器的高压侧中央位置，幅度不大。
2.径向压缩：一般出现在变压器的低压侧，中央上、下等位置。
3.轴向延伸（常说的崩塌）：通常位于低压侧顶端。
4.轴向压縮：一般位于变压器高压侧绕组中间。
5.轴向套叠：高、低压侧均可能出现。
6.匝间短路故障。
（二）变压器绕组变形的成因
变压器绕组之所以会发生变形，究其原因通常是：
1.设计方面：设计时绕组抗短路能力考虑不足，选择材料强度不够;
2.制作工艺方面：绕组缠绕不紧，干燥不充分，加压不均匀，撑条不紧，同心度偏差大等; 在变压器制造过程中由于工艺的原因，是线圈存在固有缺陷或不合理的结构等;
三、电力变压器绕组变形的检测方法分析
电力系统的大型电力变压器在运行中发生事故，有可能导致区域内大面积停电，修复时间长，花费巨大。正确及时的变形检测与诊断不但能保证变压器故障元件得到及时的处理，避免由于变压器的绕组故障隐患加重而导致的变压器非正常退出运行。在诊断方法方面，国内外使用最多的是频率响应法和短路阻抗法，两者在绕组变形检测方面都具有各自的优势，在绕组变形诊断方面也各自取得了一定的业绩，但是两种方法在实际应用中也暴露了一些问题。
（一）低压脉冲法
低压脉冲法（Low Voltage Impulse）简称LVI法。它是将持续时间很短（如0.1/5μs、0.3/1.5s、0.1/1.0μs），重复频率为1000Hz或更高的脉冲加到被试变压器的一端，记录该端和另一端上的电压波形，比较响应信号在变压器绕组变形前后的变化就可以反映出绕组形变的信息。
低压脉冲法在试验测试过程中，测量方法较为复杂，两次测量时间间隔较长，抗电磁干扰影响能力很差，且对绕组首端部位的变形响应不灵敏， 很难判定绕组变形的位置。而现场运行环境中电磁干扰相当大，屏蔽测试系统很困难。再加上仪器笨重，测试电压很高，因此未受到广泛关注和推广。
（二）频率响应法
频率响应法（Frequency Response Analysis）简称FRA法。频率响应法的原理是将一扫频信号送入绕组一个端口，从另一端口测量其输出响应，并将各频率点的输入、输出之比根据频率描绘成曲线-频谱曲线（图谱）。通过对绕组的频谱曲线进行对比分析，可以判断绕组的结构变化。
频率响应法因其检测灵敏度高、设备轻便、适合于现场测试，在国内外已经得到了较广泛的现场应用。但由于频率特性受干扰因素很多， 其诊断的不确定性还相当明显。方法使用不当会出现严重失真， 有关的测试和判断方法也尚无统一的标准可依。
（三）短路电抗法
变压器短路阻抗是绕组漏磁电抗扩及电阻形成的。对于一台变压器而言，当绕组变形、几何尺寸发生变化时，其短路电抗值也随之变化。所以，有关标准规定，变压器在进行短路试验前后，都要求测量每一相的短路阻抗，并把试验前后所测量的电抗值加以比较，根据其变化的程度，作为判断被试变压器是否合格的重要依据之一。
短路阻抗作为监测变压器绕组状态的重要手段之一，该方法测试程序较简单，有确定的判断标准。由于试验电源容量大、试验设备沉重、试验花费时间较长等因素影响，短路阻抗法在现场使用中受到了一定的限制。且短路法灵敏度不高，细小的形变是无法察觉的。
（四）振动监测法
振动监测法的优点是可以做到在线监测，并且振动法在线监测是通过贴在变压器油箱壁上，没有电气连接，对整个电力系统的运行无任何影响。但是由于变压器的振动信号受变压器的运行方式、变压器制造工艺和环境温度影响很大，因此目前还缺乏通用的判断标准。
四、实际应用注意事项
对新投运的变压器，应对各部分电容量、绕组频率响应曲线和低电压短路阻抗值进行测试。对运行中的主变，应结合检修等停电机会，及时进行补测，并保留测试数据。为了减小人为接线导致的测量误差， 在变压器故障前后或历年测试中对试验测量接线进行约定，并对被试变压器的油温进行记录。
五、结语
变压器在电力系统中承担着电压变换、电能分配和转移的重要任务，其是否安全可靠运行对保障电力系统的稳定运行有着重大意义。针对绕组变形检测技术目前的发展状况，对原有的诊断方法进行改进或者探索研究新的诊断方法，进而研制出新一代的绕组变形检测设备具有很大的参考价值。