[发明专利]一种用于对变压器绕组变形带电进行监测的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，并且更具体地，涉及一种用于对变压器绕组变形带电进行监测的装置及方法。

背景技术

变压器绕组变形是指在电动力和机械力的作用下，绕组的尺寸或形状发生不可逆的变化。它包括轴向和径向尺寸的变化，器身位移，绕组扭曲、鼓包和匝间短路等。此外，绕组变形还具有累积效应，即：在经受一次短路电流冲击后，变压器绕组没有立即损坏，仅有较小的永久变形，但导致其绝缘性能和机械性能下降。在下一次短路电流冲击时，会使得绕组变形加剧，出现恶性循环。因而已有绕组变形的变压器是一种事故隐患，运行时若再遇到较大的过电流作用，则可能发生变压器损坏等重大事故。目前变压器期绕组变形故障，已经成为变压器的主要故障之一，因此，必须对变压器绕组进行变形检测并诊断其变形程度，依此开展变压器的预防性维修。

为此，需要研究制定科学可行的检测方法来实现变压器绕组变形的检测，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，根据变压器是否停运，分在线监测和离线检测。其中，最常用的绕组变形监测方法是频响法。变压器绕组发生变形之后，绕组的电感、对地电容、匝间电容等参数会发生变化。频响法的工作原理就是通过绕组的频响曲线，反映绕组的分布电感和分布电容的变化，进而判断绕组是否发生变形。在较高频率的电压作用下，变压器的每个绕组均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，其内部特性可通过传递函数H(jω)描述。若绕组发生变形，绕组内部的分布电感、电容等参数必然改变，导致其等效网络传递函数H(jω)的零点和极点发生变化，使网络的频率响应特性发生变化。频响法所涉及的频带范围，我国行标DL/T911中规定为1kHz～1000kHz。也有学者认为频响法的下限频率可以扩展到10Hz，上限频率可以扩展到10MHz。变压器绕组等效模型及相应的基本测量回路可用如图1所示表示：其中，L表示线圈饼间电感，K表示线圈间的纵向(饼间或匝间)电容，C表示线圈对地电容。应用频响法测变压器绕组可得到一组频率和响应的对应数值，即输出端及电源端电压的比值，通常以对数形式表示：

H(ω)＝20log[|V₀(jω)|/|V_i(jω)|](1)

其中，|Vo(jω)|和|Vi(jω)|代表频率为ω时，输出电压与输入的电源电压的峰值或有效值。将这些对应值描在以ω为横轴，以H(ω)为纵轴的坐标轴上，便会得到一条曲线，我们称这条曲线为频响曲线。

行业标准DLT911-2004明确提出了频响法检测变压器绕组变形的诊断方法。用频率响应分析法判断变压器绕组变形，主要是对绕组的幅频响应特性进行纵向或横向比较，并综合考虑变压器遭受短路冲击的情况、变压器结构、电气试验及油中溶解气体分析等因素。根据相关系数的大小，可较直观地反映出变压器绕组幅频响应特性的变化，通常可作为判断变压器绕组变形的辅助手段。

现有的基于频响法的变压器绕组变形监测装置仅适用于离线停运的变压器，需要将变压器与电网断开，从变压器绕组的一端注入扫频激励信号(频率逐步增加或减小的正弦电压信号)，从绕组的另一端测量响应信号；然后通过计算响应信号与激励信号的幅值之比(即，传递函数中的一种)，获得频响曲线；最后，通过横向比较、纵向比较或者峰谷频率诊断等方法判断变压器绕组是否存在变形。

现有的基于频响法的变压器绕组变形监测装置基本上如图2所示，主控器是一台体积较大的仪器，而不是一片集成电路芯片。监测装置的典型接线方式如图3所示，绕组变形测试仪产生正弦扫频激励电压，施加在变压器绕组的中性点上；仪器同时通过输入测量阻抗监测所施加的激励电压幅值；绕组变形测试仪通过输出测量阻抗检测激励电压在变压器绕组高压出线端的响应电压信号；绕组变形测试仪只有一个响应信号测量通道，每次只能检测一个绕组，如图3所示。图3为现有变压器绕组变形那个监测装置的连接方式。对于变压器三相绕组，需要改换接线依次测量，费时费力。

近年来有学者提出在线应用频响法。在线应用频响法的主要问题在于信号的加注和外接装备的消除。国外学者提出从套管末屏引出线注入扫频信号，给出了电压型激励源接入套管末屏的电路及其相应的保护阻抗构成。但是在线运行的变压器套管末屏必须接地。对于在线运行的变压器，从套管末屏注入扫频信号几乎是不可能的。此外，还未见到关于如何消除外部设备的影响的研究成果。

因此，需要一种变压器绕组变形监测装置，以实现对变压器绕组变形进行在线监测。

发明内容