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HDRZ-1000變壓器繞組變形測(cè)試儀的原理及注意事項(xiàng)

1)變壓器繞組變形測(cè)試的必要性

變壓器在運(yùn)輸、安裝過程中受到?jīng)_擊或在運(yùn)行中發(fā)生突然短路等可能使繞組發(fā)生變形（如軸向幅向尺寸的變化；器身的位移；繞組的扭曲、鼓包等），這些變形可能使得變壓器繞組的絕緣被破壞或其機(jī)械強(qiáng)度下降。當(dāng)繞組的變形程度嚴(yán)重時(shí)，有可能立即導(dǎo)致匝絕緣破損形成匝間短路（對(duì)小型配電變壓器而言）；或著導(dǎo)致主絕緣強(qiáng)度降低而造成主絕緣擊穿（對(duì)中型以上的變壓器而言）。因此進(jìn)行繞組變形測(cè)量，可有效的判斷繞組變形情況，對(duì)預(yù)防變壓器事故發(fā)生是必要的。

2)變壓器繞組變形測(cè)試的目的

變壓器繞組變形測(cè)量的目的在于尋找一種迅速、方便、準(zhǔn)確的方法檢測(cè)變壓器繞組變形，特別是變壓器在發(fā)生短路故障且常規(guī)試驗(yàn)無異常的情況下，更是如此。檢查變壓器繞組是否變形，常用吊罩檢查、漏電感法、短路阻抗法和網(wǎng)絡(luò)分析法。

吊罩檢查

吊罩檢查是最直觀、有效的方法，也是驗(yàn)證其他方法的手段。其缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)吊罩工作量大，消耗大量的人力、物力、財(cái)力、時(shí)間。變形測(cè)量可以減少吊罩的工作量，但不能依賴變形測(cè)量，因?yàn)樽冃螠y(cè)量并不是絕對(duì)的，而且有些隱患變形測(cè)量不能反映，有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷。

漏電感測(cè)量

變壓器的漏電感與其短路阻抗的電抗分量相對(duì)應(yīng)，與變壓器的幾何位置密切相關(guān)，其值由變壓器幾何尺寸所決定。當(dāng)繞組發(fā)生變形時(shí)，漏電感就會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)漏電感的改變就可判斷變壓器繞組發(fā)生了變形。

短路阻抗測(cè)量

短路阻抗是指變壓器的負(fù)荷阻抗為零時(shí)變壓器輸入端的等效阻抗。短路阻抗分為電阻分量和電抗分量，對(duì)與110kV及以上的大型變壓器，短路阻抗值主要是電抗分量的數(shù)值。變壓器繞組變形，即結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生改變，必然引起變壓器漏電抗的變化，從而引起變壓器短路阻抗數(shù)值的改變。

網(wǎng)絡(luò)分析法

網(wǎng)絡(luò)分析法是在測(cè)量變壓器繞組傳遞函數(shù)的基礎(chǔ)上，通過傳遞函數(shù)的分析對(duì)繞組變形進(jìn)行判斷。變壓器任意一個(gè)繞組可看成R-L-C的網(wǎng)絡(luò)，繞組的幾何特性決定了其傳遞函數(shù)。

1）低壓脈沖法

低壓脈沖法是在變壓器繞組的一端加入標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，并同時(shí)測(cè)量繞組兩端的電壓，經(jīng)過信號(hào)處理，得到變壓器繞組脈沖響應(yīng)特性，據(jù)此對(duì)變壓器繞組變形進(jìn)行判斷。但由于低壓脈沖法在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，易受外界干擾及脈沖信號(hào)源不穩(wěn)定、脈沖過程中的折反射等的影響，在現(xiàn)場(chǎng)很少使用。

HDRZ變壓器繞組變形測(cè)試儀主要技術(shù)參數(shù)

12. 測(cè)量速度：?jiǎn)蜗嗬@組1分鐘-2分鐘

13. 輸出電壓：Vpp-25V，測(cè)試中自動(dòng)調(diào)整

14. 輸出阻抗：50Ω

15. 輸入阻抗：1MΩ （響應(yīng)通道內(nèi)置50Ω匹配電阻）

16. 掃頻范圍：10Hz－10MHz

17. 頻率精度： 0.001%

18. 每通道采樣頻率：100Msps

19. 采集通道量化精度：14位

20. 掃頻方式：線性或?qū)?shù)，掃頻間隔和點(diǎn)數(shù)可任意設(shè)置

21. 曲線顯示：幅頻曲線（相頻曲線，選配）

22. 測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍寬：－120dB～20dB

23. 阻抗法測(cè)量電壓：0～220V

24. 阻抗法測(cè)量電流：0～10A

25. 阻抗法頻率：50Hz/60Hz

2）頻率響應(yīng)法

頻率響應(yīng)法是最近幾年開展起來的測(cè)量變壓器繞組變形方法，其原理與低壓脈沖法原理基本相同。

頻率響應(yīng)法基本原理

將一掃描信號(hào)送入繞組的一個(gè)端口，從另一端口測(cè)量輸出響應(yīng)，并將逐個(gè)頻率點(diǎn)的輸入輸出之比根據(jù)頻率描繪成曲線-頻譜曲線（圖譜）。通過對(duì)繞組的頻譜曲線進(jìn)行對(duì)比分析，可以判斷繞組的結(jié)構(gòu)變化。

當(dāng)頻率超過1kHz時(shí)，變壓器繞組可以被看作是一個(gè)由多個(gè)電容和電感組成的無源二端口網(wǎng)絡(luò)。

頻率較低時(shí)，感抗較小，容抗較大，電感起主要作用，電路呈感性；隨著頻率的增加，感抗變大，容抗變小，二者同時(shí)起作用；當(dāng)頻率繼續(xù)增加時(shí)，電容起主要作用，電路呈容性

圖中L0、K0、C0分別代表繞組單位長(zhǎng)度的分布電感、分布電容及對(duì)地分布電容，U1、U2分別為等效網(wǎng)絡(luò)的激勵(lì)端電壓和響應(yīng)端電壓，Z是匹配阻抗。

測(cè)得的頻譜曲線常用對(duì)數(shù)形式表示，既為：H(f)=20log(U1(f)/U2(f))

繞組中電壓分布不均勻，在某一頻率下會(huì)達(dá)到情況，既產(chǎn)生諧振，電壓會(huì)出現(xiàn)極不均勻分布，在頻譜圖上表現(xiàn)為峰和谷

頻譜圖實(shí)際上是描述了變壓器繞組在不同頻率下電壓分布不均勻的情況。其中峰點(diǎn)和谷點(diǎn)是在不同頻率下繞組中出現(xiàn)諧振的結(jié)果，峰點(diǎn)是發(fā)生串聯(lián)諧振的結(jié)果，谷點(diǎn)是發(fā)生并聯(lián)諧振的結(jié)果。

諧振是繞組電感和餅間電容及對(duì)地分布電容等引起的。

對(duì)于給定的繞組，它的頻譜曲線是確定的，當(dāng)繞組因某種原因發(fā)生變形時(shí)，其分布參數(shù)發(fā)生變化，改變了繞組部分電感或電容，這時(shí)測(cè)得的頻譜曲線，就會(huì)與正常時(shí)測(cè)得的頻譜曲線不同。這種差異反映了繞組結(jié)構(gòu)的改變，從而可以分析出繞組的變形情況。

試驗(yàn)實(shí)際接線

Y型繞組測(cè)試接線Δ型繞組測(cè)試接線

判斷方法

對(duì)頻響數(shù)據(jù)分析一般應(yīng)用兩種方法對(duì)繞組變形進(jìn)行判斷，既縱向比較法和橫向比較法。

l縱向比較法就是比較同一臺(tái)變壓器、同一繞組、同一分接開關(guān)位置、不同時(shí)期的幅頻響應(yīng)特性進(jìn)行比較，如果繞組有變形，繞組的參數(shù)分布必然改變，繞組波形的一致性就差。

橫向比較法就是比較變壓器同一電壓等級(jí)的三相頻響數(shù)據(jù)的一致性，或同一廠家的同類型變壓器的同一繞組頻響數(shù)據(jù)的一致性，該方法主要是基于現(xiàn)在變壓器工藝良好條件下三相繞組內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)稱一致，因此頻響數(shù)據(jù)有可比性，實(shí)踐證明，該方法比較實(shí)用，也是我們實(shí)際工作中常用的方法。

在繞組變形結(jié)果分析中，引入相關(guān)系數(shù)R來進(jìn)行判斷，它以量化的形式（R數(shù)據(jù)大?。┲庇^地給出所比較頻響波形數(shù)據(jù)之間的相似程度，R值越大說明波形一致性越好。其中電科院TDT6分析軟件中還引入波形分段比較，即高、中、低頻三段，使得分析更準(zhǔn)確。

在繞組變形結(jié)果分析中，引入相關(guān)系數(shù)R來進(jìn)行判斷，它以量化的形式（R數(shù)據(jù)大小）直觀地給出所比較頻響波形數(shù)據(jù)之間的相似程度，R值越大說明波形一致性越好。其中電科院TDT6分析軟件中還引入波形分段比較，即高、中、低頻三段，使得分析更準(zhǔn)確

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T911-2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》中給出判斷依據(jù)

分析(1)

典型的變壓器繞組幅頻響應(yīng)特性曲線，通常包含多個(gè)明顯的波峰和波谷。經(jīng)驗(yàn)及理論分析表明，幅頻響應(yīng)曲線中的波峰或波谷分布位置及分布數(shù)量的變化，是分析變壓器繞組變形的重要依據(jù)。

分析(2)

幅頻響應(yīng)特性曲線低頻段（1kHz～100kHz）的波峰或波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組的電感改變，可能存在匝間或餅間短路的情況。

頻率較低時(shí)，繞組的對(duì)地電容及餅間電容形成的容抗較大，而感抗較小，如果繞組的電感發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致其頻響特性曲線低頻部分的波峰或波谷位置發(fā)生明顯移動(dòng)。對(duì)于絕大多數(shù)變壓器，其三相繞組低頻段的響應(yīng)特性曲線應(yīng)非常相似，如果存在差異則應(yīng)及時(shí)查明原因。

分析(3)

幅頻響應(yīng)特性曲線中頻段（100kHz～600kHz）的波峰或波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組發(fā)生扭曲和鼓包等局部變形現(xiàn)象。在該頻率范圍內(nèi)的幅頻響應(yīng)特性曲線具有較多的波峰或波谷，能夠靈敏地反映出繞組分布電感、電容的變化。

分析(4)

幅頻響應(yīng)特性曲線高頻段（＞600kHz）的波峰或波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組的對(duì)地電容改變，可能存在繞組整體移位或引線位移情況。頻率較高時(shí)，繞組的感抗較大，容抗較小，由于繞組的餅間電容遠(yuǎn)大于對(duì)地電容，波峰或波谷分布位置主要以對(duì)地電容的影響為主。

影響繞組傳遞函數(shù)因數(shù)

①外界環(huán)境的影響

由于R-L-C分布參數(shù)易受環(huán)境的影響，如周圍帶電體的距離很近、測(cè)試引線的位置和接線時(shí)接觸不良等，有可能造成R-L-C網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變化，從而引起傳遞函數(shù)的變化。因此測(cè)量時(shí)必須排除環(huán)境影響，特別對(duì)前后圖形比較而言就更為重要，否則前后波形比較可能造成誤判斷。

②變壓器狀態(tài)的影響

一臺(tái)變壓器繞組的傳遞函數(shù)并非是的，因?yàn)樽儔浩鹘^緣介質(zhì)溫度的變化、分接位置的不同以及變壓器運(yùn)行中引線的相對(duì)變化等，都有可能使傳遞函數(shù)發(fā)生變化。

③信號(hào)源不穩(wěn)定

測(cè)量時(shí)信號(hào)源的穩(wěn)定是至關(guān)重要的，沒有穩(wěn)定的信號(hào)源，測(cè)量相同的R-L-C網(wǎng)絡(luò)，所得圖譜中的諧振點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，即測(cè)量出的傳遞函數(shù)就沒有意義；因此要求信號(hào)源不僅本身可靠而且受環(huán)境影響很小，才能保證所測(cè)量出的圖譜是被試設(shè)備本身的。

實(shí)際測(cè)量中影響因數(shù)：

①變壓器本體接地電阻影響

②變壓器分接開關(guān)位置的影響

③信號(hào)源施加位置的影響

④天氣的影響（雨天效果較差）

⑤線夾出線之間的干擾，以及出線本身的分布電容影響（高頻段）。