[发明专利]利用振动波形检测变压器绕组状态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用振动波形检测变压器绕组状态的方法，尤其涉及一种利用变压器短路冲击电流激发的振动波形检测变压器绕组状态的方法。

背景技术

变压器是电力系统中最重要的设备之一，其运行的稳定性对电力系统安全影响重大。随着我国电网容量的日益增大，短路容量亦随之不断增大，变压器出口短路形成的冲击电流产生的巨大电磁作用力对变压器绕组的机械强度和动稳定性构成了严重的威胁。目前变电站设备及线路的运行环境始终不容乐观，因外部短路造成变压器绕组受冲击而引发的变形，是变压器运行过程中较为常见的故障，其对系统的安全运行造成了很大的威胁。

变压器发生突然短路故障时，在变压器绕组内流过很大的短路电流，该短路电流在漏磁场的作用下，在绕组上产生很大的电动力。尽管这种暂态持续时间很短，但是变压器还是有可能遭到损坏。

变压器遭受突发短路后，其绕组可能首先发生松动或轻微变形，通过大量的实验研究分析变压器绕组变形具有累积效应，如果对于松动或变形不能及时发现和修复，那么在变压器的松动或变形累积到一定程度后会使变压器的抗短路能力大幅下降而在遭受较小的冲击电流下也会引发大的事故发生。

变压器在受到冲击短路电流时除了会发生松动和变形外，在铁芯的磁致伸缩与运行电流的长期作用下变压器本身在运行时也会出现复杂的机械振动，这些因素结合起来也会使绕组发生渐进性的变形、松散失稳现象，从而导致变压器的抗短路能力下降而使得变压器存在潜在的事故隐患。

绕组的变形一方面会导致机械抗短路电流冲击能力的下降，另一方面也会导致线圈内部局部绝缘距离发生变化，使局部出现绝缘薄弱点，当遇到过电压作用时，绕组有可能发生饼间或匝间短路导致变压器绝缘击穿事故，或者由于局部场强增大而引起局部放电，绝缘损伤部位会逐渐扩大，最终导致变压器发生绝缘击穿事故而引发进一步的事态扩大。

因此，在运行过程中当变压器经历了外部短路事故后或运行一段时间后的常规检修中，如何有效地检测出变压器绕组是否存在松动和变形，从而判断变压器是否需要检修处理显得十分重要，是保障变压器安全运行的一个重要手段，因此变压器绕组变形的检测是目前变压器常规试验项目之一。

目前实际应用的对变压器绕组状态的检测方法主要有以下2种：

1、短路阻抗法：

变压器短路阻抗是当负载阻抗为零时变压器内部的等效阻抗，短路阻抗是变压器绕组的漏抗和电阻的矢量和，由于变压器直流电阻相对于漏抗数值很小，因此变压器的短路阻抗反映的主要是变压器绕组的漏抗。由变压器的理论分析可知，变压器漏抗值是由绕组的几何尺寸所决定的，或者说是由绕组的结构决定的，一旦变压器绕组发生变形，从理论上来说变压器的漏抗相应也会发生变化，因此通过对变压器短路阻抗的检测可以间接地反映变压器绕组内部是否发生了变形。

一般情况下，运行中的变压器受到了短路电流的冲击后，或在定期常规检查时要将测得的短路阻抗值与原有的记录进行比较来判断绕组是否发生了变形，如果短路阻抗值变化较大，例如国标中设定为变化超过3％，则可确认绕组有显著变形。

图1为短路阻抗法的测量示意图，将变压器低压侧短路，高压侧通过调压器施加试验电压，测量对应的短路电压U和短路电流I，变压器的短路阻抗由Z＝U/I计算得到。

按照有关标准规定，变压器在短路阻抗测试试验中，要求测量每一相的短路阻抗，并把试验后所测量的短路阻抗值与以往试验的数据加以比较，根据其变化的程度，作为判断被试变压器绕组是否合格的重要依据之一。

从实际应用情况来看，短路阻抗法在长期的生产实践中已建立了标准，判据较为明确，在IEC60076-5和GB1095-85中均明确给出了线圈变形程度的判据。但很多情况下这种方法的灵敏度很低，故障的检出率较低，只有在线圈整体变形情况较为严重时才能够得到较明确的反映。

2、频响法(FRA法，Frequency Response Analysis)：

频响法的基本原理是将变压器绕组视为一个分布参数网络，它由对地电容C、纵向电容K、电感L等分布参数构成一无源线性双端口网络，该网络的特性在频域上可以用传递函数H(jω)来描述。

绕组发生局部机械变形后，其内部的分布电感L、纵向电容K和对地电容C等分布参数会发生相应的变化，从而在网络的传递函数H(jω)上得到反映。因此分析变压器绕组的网络传递函数曲线的变化情况就可以分析内部的网络电参数是否发生变化，从而推断相应的机械结构是否发生了变形，这是频响法测试变压器绕组变形的依据和基础，如图2所示，为变压器绕组的等效双口网络。