基于参数辨识的变压器绕组变形在线监测方法

威海技师学院 高宏伟

基于参数辨识的变压器绕组变形在线监测方法

威海技师学院 高宏伟

【摘要】为了达到使电网更加坚强的目标，变压器绕组变形在线监测的方法变得越来越重要。通过观察可以发现，变压器绕组变形的程度会对它的安全运行造成威胁，甚至产生一些不利因素。本文对一些比较常见的绕组变形在线监测方法进行了研究，其中包括低压脉冲法、频率响应分析法、内窥镜法等，并对这些方法的发展前景做出了展望。

【关键词】变压器；绕组变形；在线监测

变压器可是称得上是电力行业中比较重要的设备之一，由此可见它的作用十分的大，随着我国电力系统的不断发展，已经朝着超高压，大电网方向进军，但是，在发展的过程中，我们也面临着一些问题，譬如，短路故障，以及由此造成的变压器损坏也在不断地上升，对整个系统的安全运行造成了很不好的影响。

1.变压器绕组变形的概念

绝缘垫块和夹件这两种设备通常是在电动力的作用下进行工作，因此对于它们的设计应该符合实际的运行状况，并且满足要求。当有较大的短路电流对变压器造成冲击时，线圈自身一定会产生很强大的电动力，通常情况下，变压器线圈上的电动力是可以分为两个向力的，一个是轴向力，一个是径向力。如果径向电动力在某一时刻高于其屈服点，那么就可能会使线圈变形，而且这种变形通常都会是永久性的，伴随着这种情况通常会出现我们经常见到的梅花状或者是鼓包状绕组变形的现象。如果轴向电动力比以往大时，很有可能会使线段以及线匝在竖直的方向发生弯曲，而且线段间的垫块会被压缩，并且传送到铁轭，一旦出现这种情况，我们就会看到绕组弯曲，压板损坏，以及垫块松动脱落等现象，如果情况比较严重，甚至会使铁轭变形。一些变压器在运行的过程中也会遇到一些突发事件，其中突然性的短路是比较常见的一种。变压器绕组刚开始时的故障通常会表现为内绕组发生了各种各样的变形，之后是绝缘被破坏，匝间短路等。对于一般的绕组发生变形时，只不过单纯的在绝缘的距离上发生一些改变，固体绝缘受伤，或者是绕组的机械性能下降等现象，并不一定就会发生损坏事件。

2.绕组变形常见的几种监测方法

变压器绕组发生变形的原因各式各样，其中最常见的是短路故障电流冲击，或者是在运输的过程中受到了碰撞等。在这里我们需要注意的是，变压器即使存在绕组变形的现象，如果我们没有对其进行彻底的检查，就会很难发现它的变形程度，因为大多数发生这样情况的变压器都是可以正常运行的。由此看来，对变压器绕组变形进行监测是十分有必要的，否则即使存在一些安全隐患我们也发现不了。下面我们主要介绍几种比较常见的变压器绕组变形监测方法：

2.1 低压脉冲法

低压脉冲法的工作原理如下：如果频率高于1kHz， 变压器的铁芯就起不到任何的作用，其实绕组本身就可以看成是一个无源线性双端口网络，由电阻、电容以及电感等分布参数组成的，所以，绕组一旦发生了变形，那么就一定会引起网络分布的参数发生一些变化，在这个过程中，绕组对低压脉冲的响应也会发生一些变化。这样，我们就可以根据绕组对低压脉冲的响应波形来进行判断，从而探讨出绕组是否发生了形变。

低压脉冲法的主要功能是确定变压器有没有通过短路测试，但是在现场的测试中，会受到一些外来物质的影响，尤其是各种电磁的干扰，以至于对绕组首端位置的一些故障不能够做出比较灵敏的响应，当然，也就很难判断绕组具体的变形位置。

2.2 频率响应分析法

频率响应分析法最初是由加拿大人提出的，之后便在世界各个国家都得到了广泛应用。频率响应分析法规定，如果频率超出1kHz，那么变压器绕组就可以看成是一个线形、无源以及单端输入-单端输出的网络。这种网络通常是可以用频率特性进行描述的，而且每一个网络都对应着唯一的一条频响特性曲线。如果绕组发生了变形，那么网络参数就会随之发生改变，该网络的频响特性曲线也会随着参数的改变而改变。变压器绕组频响试验，实际上就是一个通过对变压器事故前后绕组频响特性曲线进行对比，从中得出绕组是否发生变化的结论。频响分析法可以有效的降低电磁的干扰能力，具有着很多的优点，不仅可以精确的测量出曲线的变化程度，同时在仪器的使用方面更是十分的简洁方便，而且它还可以在变压器没有放油的时候或者是没有吊罩的情况下判断变压器绕组有没有发生形变，指导着变压器进行抢修工作，尽量把抢修的时间缩短。从上面的论述我们可以看出，频响分析方法确实有很多的优势，所以不难推测这种方法在目前应用的比较广泛。频响分析方法的具体工作过程是，首先将一个正弦扫频信号输入到想要测试的变压器之中，并且对输入端和输出端的一些相关数值进行记录，通过处理之后，得到相应的频响特性曲线，然后通过对当前曲线和历史曲线、同型号变压器曲线等进行一系列的对比，最终总结出绕组是否真的发生变形。

2.3 短路阻抗法

短路阻抗法的工作原理如下，首先它需要测量工频电压，然后根据变压器绕组的短路阻抗来判断绕组是否发生变形。短路阻抗通常由漏抗和绕组的电阻分量这两部分组成，如果是高于110kV的大型变压器，电阻分量相对而言占的比例就比较小，短路阻抗重点是漏抗的一些数值，因此阻抗可以很好地发映出漏抗的各种变化，并且这种方法比较容易实现。变压器的漏抗值的尺寸通常需要靠绕组的几何尺寸来决定，因为变压器绕组结构一旦发生了改变，肯定会引起变压器漏电抗发生一些变化，进而使变压器短路阻抗也发生相应的改变。综上所述，完全可以依据短路阻抗的变化来确定变压器绕组的变形情况。

2.4 内窥镜法

内窥镜法，是一种将配有强度非常高的光源以及数字很清晰的摄像机的探头，深入到变压器的绕组中，然后对实物进行拍照，这样做可以对绕组的情况一目了然，很直观的就可以看出变压器是否发生了变形，以及内部放电的位置是否整齐等，这是一个比较高端的方法，通过这种方法，我们只需要现场吊罩，减少了以前比较繁琐的返厂工作。但是，这种方法也存在一定的弊端，我们如果想对变压器绕组进行全面的检查，是很难实施的，所以对这种方法的应用还是有待研究的。

3.结语

虽然目前变压器绕组变形在线监测的方法已经比较成熟，我国电力行业也有了相应的导则，但是，如何划分变压器绕组变形的程度依然是一个比较棘手的问题，至今没有比较严格的标准，现在主要以测试人员的经验作为判断的标准，同时，绕组变形在达到一定严重的程度时，并没有引起一些相关单位的注意，如果一些设备运维单位并没有对此足够的重视，那么在运行的过程中很可能会产生一些比较严重的事故。因此，对于高等科研院校以及各级的电力部门来说，对变压器绕组变形的严重程度做出正确的判断，是一项比较重要的任务。

参考文献

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