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檢測電力變壓器繞組變形的掃頻阻抗法研究
1研究背景
電力變壓器是一種電能轉(zhuǎn)換設備，其在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著極為重要的作用，一旦出現(xiàn)故障，將會導為嚴重的大面積停電事故。引起電力變壓器故障及事故的原因多種多樣，如人員操作失誤、負載量突變和絕緣受潮等都有可能造成變壓器的停運。
據(jù)統(tǒng)計，2002年到2005年間，全國110 kV及以上電力變壓器發(fā)生事故臺次為131臺，事故總?cè)萘繛?0 293.2 MVA，如按故障位置來劃分事故臺次，則由繞組變形故障引起的事故比例高，可達事故總量的60%。這是由于在短路電流的影響下，變壓器繞組受強大電動力作用，會發(fā)生塌陷、整體扭曲和位移等機械性永jiu變形，長期運行會產(chǎn)生累積效應，并終造成變壓器事故。
因此，及時發(fā)現(xiàn)和修復變壓器繞組變形故障，能夠延長變壓器運行壽命，從而減少電力系統(tǒng)不必要的開支。
2論文解決問題及意義
目前檢測變壓器繞組變形的方法主要包括電容量變化法、振動信號分析法、短路阻抗法及頻率響應分析法。其中，后兩種方法由于測試設備簡單易攜、抗干擾能力強等優(yōu)點，得到了廣泛的應用和研究。
但在實際應用中，兩者也具有一些缺點：頻率響應分析法的測試結(jié)果不直觀、無定量判斷標準可用，需經(jīng)驗豐富的測試人員對歷史數(shù)據(jù)進行橫向與縱向比較；短路阻抗法雖判據(jù)明確，但無法定位繞組故障，且靈敏度較低。因此，為了有效減小對變壓器繞組變形的誤判，目前急需一種能夠定量判斷繞組變形故障的高靈敏度檢測方法。
本文提出一種新型變壓器繞組變形檢測方法——掃頻阻抗法，并基于其基本原理建立一套試驗室測試系統(tǒng)，在深入研究該系統(tǒng)的測試重復性、穩(wěn)定性、抗干擾能力和激勵電壓影響后，探討該法與頻響法及短路阻抗法的異同，分析變壓器繞組短路與凹陷故障時的測試情況，從而驗證該法對變壓器繞組變形故障檢測的可行性，后通過現(xiàn)場實測證明了該方法的有效性。
3論文重點內(nèi)容
本文提出了一種新型變壓器繞組變形檢測方法——掃頻阻抗法，如圖1所示。
首先通過對該法測試結(jié)果表現(xiàn)形式的轉(zhuǎn)變，優(yōu)化了其判定輕微變壓器繞組故障的效果。隨后研究了該法測試系統(tǒng)的重復性及準確性，確定了利用其判斷變壓器繞組變形故障的可行性。接著探討了該法抗干擾能力及其激勵電壓的影響，進一步確立了該法的測試優(yōu)勢。同時，通過與頻率響應分析法的比較，建立了兩種測試方法間的聯(lián)系。
而且，對正常和發(fā)生短路故障及局部凹陷故障的變壓器進行了測量及分析，進一步證明了掃頻阻抗法用于變壓器繞組變形檢測的可行性。后通過現(xiàn)場測試，驗證了掃頻阻抗法的有效性，現(xiàn)場被測變壓器如圖2所示。
圖 1 掃頻阻抗法測試系統(tǒng)
圖2 某變電站220 kV電力變壓器
4結(jié)論
1）掃頻阻抗法具有較高的測試重復性與穩(wěn)定性，其在相同檢測環(huán)境下的25次測試結(jié)果的標準偏差小于0.17 dBΩ，且50 Hz處阻抗值吻合*，同時間隔24 h的2次測試結(jié)果也基本相同。
2）通過50 Hz處掃頻阻抗值與變壓器短路阻抗值的比較，驗證了掃頻阻抗法的低頻電路等效于短路阻抗法。
3）較高的激勵電壓能夠有效抑制空間噪聲干擾，提高響應電壓的信噪比，減少因噪聲引起的變壓器繞組變形誤判。
4）通過與頻響法的比較，證明了掃頻阻抗法在低頻段時具有更優(yōu)的測試穩(wěn)定性與抗干擾能力，在中高頻段時具有和頻率響應分析法相同的測試靈敏度，且頻率越高，掃頻阻抗曲線與頻響曲線關于直線10×lg50互為軸對稱圖形的趨勢越明顯，因此中高頻段的掃頻阻抗曲線具有和頻響曲線相同的測試特點。
5）在本文設置的變壓器短路故障條件下，掃頻阻抗曲線50 Hz處的偏差為 -19.28%，大于 ±2%的標準范圍，可判斷為繞組故障，且利用相關系數(shù)判據(jù)也能得到變壓器繞組嚴重變形的結(jié)論；對于繞組局部凹陷故障而言，由于故障與正常時50 Hz阻抗值基本相同，因此無法利用阻抗偏差對繞組故障進行判定，但故障后的阻抗曲線卻有明顯變化，引入相關系數(shù)判據(jù)，則低頻段數(shù)據(jù)已接近輕微繞組變形的判定范圍，故對于引起繞組輕微變形的凹陷故障，利用掃頻阻抗曲線的變化依然能夠有效檢出。
6）通過對變電站內(nèi)一臺220 kV變壓器的測試，驗證了掃頻阻抗法應用于大型變壓器的可行性，且確定了較高電壓的掃頻阻抗測試系統(tǒng)，能夠更為有效地抑制空間電磁噪聲。