阻抗法和频响法诊断电力变压器绕组变形
0 前言
目前,检测变压器绕组变形一是阻抗法,二是频响法和低压脉冲法。从目前的技术成熟度看,频响法用于现场要比低压脉冲法易于实施,测得的图谱较稳定,重复性好,不易受试验接线、外界干扰的影响。因此,频响法的应用比较普遍。相对阻抗法,频响图谱包含的绕组特征信息丰富得多,对绕组变形的反映较灵敏。阻抗法则实施更简单,有标准可循,仍不失为一种普测和互补的手段,尤其是对量大面广的中低电压等级的变压器而言。
图1 阻抗法测量接线示意图 信息来源:365zhanlan.com
当所加电源的频率逐步增高时,变压器绕组分布参数的特性逐渐体现出来。实质上,变压器绕组在高频下是一个由分布电感和电容构成的线性无源两端网络,如图2所示。图中,Ls为线匝自感;M为匝间互感;Cs为匝间电容;Cg为线匝对地电容(忽略了损耗因素)。
显然,绕组的结构、大小、位置和引线不同,频峰和频谷的位置和高低也不同,频谱也就不同,因此,不同绕组的频谱图谱肯定不同。但是,对于同类型的变压器绕组,由于绕组结构的类似性,其测到的频谱曲线必然有可比性。可用来帮助判断和确定绕组的变形故障。
选取1台变压器进行变形故障的模拟试验研究,一种是局部的匝间压缩,即轴向压缩变形;一种是局部凹坑,属幅向变形。并分别采用阻抗法和频响法对两种变形进行测量,目的是比较两种方法对不同变形故障的灵敏性和有效性。变压器为三相两绕组,所测绕组为连续式。测试均在变压器吊罩后进行,测试结果见表1。
2) 测试工况2
图6 轴向变形后高压三相绕组频谱(1~500kHz)
3) 测试工况3 图7 幅向变形实物照片 图8 幅向变形后高压三相绕组频谱(1~500 kHz)
针对上述3种测试工况分析为:
a) 轴向变形后C相的频谱曲线在第4个频峰发生了较明显的改变(箭头指处),频峰向高频方向偏移约40 kHz,幅值变化约4 dB,A和B相的频谱基本不变。偏移频峰位于300~400 kHz的中高频域。根据频率谐振峰与变形面积的关系,第1个频峰发生改变,说明有整体变形;第4个频峰发生改变,说明线圈可能存在1/4面积以下的局部变形;频峰向高频方向偏移,说明部分分布电感减小或分布电容减小。 b) 幅向变形对频谱曲线的影响颇为显著。第1个频峰向高频方向偏移约6 kHz,表明整体电感有较明显的变化;中频域的频峰向中部发生大面积的挤压,说明局部的变形相当显著(箭头指处),导致了整体特性的变化。 c) 阻抗法对影响整体电感的变形较为灵敏,如幅向变形、轴向扭曲、匝间开路、短路等,但对匝、饼间的局部拉伸压缩,线圈整体位移,分接开关触头烧蚀等不灵敏。频响法对影响线圈电容和电感的变形都很灵敏,因此后者具有显著的优越性。当然,阻抗法在长期的生产实践中已建立严格的规范和标准,便于实施,易于判断。建议在实际运用中,灵活结合两种方法,作出准确的分析和判断。 3 阻抗法和频响法分析实例解析 以变压器型号SFPSZ3—180 000/220,231/38.5/15.75为例,变压器低压出口侧发生对地闪络。常规试验项目检测发现:C2H2偏高,示内部有高能量放电;直流电阻测试表明低压绕组b相偏大2倍,有断股发生;低压短路阻抗测试发现高压加压,低压短路,测量短路阻抗发现b相相对其它相变化12.38%;低压加压,中压短路,测量短路阻抗发现b相相对其它相变化-18.68%;高压加压,中压短路,测量短路阻抗发现b相相对其它相变化-2.22%,说明漏感有较大变化。为了确认哪相绕组发生变形及可能变形的部位和程度,对低压绕组进行了频响实测,如图9所示。 图9 变压器故障低压绕组三相绕组频谱
图谱分析表明,a相和c相频谱曲线严格吻合,b相频谱第一个频峰左移约4 kHz(箭头指处),说明整体电感增大,与阻抗法的判断相符。中高频段频响幅值略有升高,频峰向高频方向略有偏移(箭头指处),说明分布电感略有减小,对地电容可能改变,判断可能性较大的是幅向变形。因此诊断建议仅更换b相线圈。
后更换线圈解体发现,线圈由两根铜线并绕,共3段,每段22匝,线圈受力向内收缩,导致幅向扭曲,有一凸缘挤出约20 cm,61~62匝处开路有数股。更换b相线圈后复测低压绕组三相频谱如图10所示,基本吻合。
图10 变压器更换线圈后低压绕组三相绕组频谱 4 结论 365zhanlan.com
a.频谱测试技术的应用为电力变压器绕组变形的不解体检测和诊断提供了新的思路和方法。 1 Dick E P et al. Transformer diagnostic testing by frequency response analysis. IEEE Trans PAS, 1978,97(6):2144 |
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