频率响应分析法检测电力变压器绕组变形的理论研究.pdf
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1、频率响应分析法检测电力变压器绕组变形的理论研究 舒乃秋 1!武剑利1!王晓琪2 !1.武汉大学电气工程学院 湖北 武汉!#$%;% 频率响应分析法; 绕组; 变形 !引言 作为电力系统中重要的设备之一,电力变压器 的安全运行将直接影响供电的安全。 变压器在运 输、安装过程中受到冲撞或在运行中发生突然短路 等可能使绕组发生变形。 这些变形都有可能使得绕 组的绝缘被破坏或使其机械强度下降。 在其遭受过 电压或再次遭受冲击时将破坏、影响电力系统的安 全运行,因此变压器绕组的变形检测很有必要。 目 前,国内外先后提出的用于检测变压器绕组变形的 方法主要有短路阻抗法、低压脉冲法和频率响应法 等等。 短路
2、阻抗法虽然可以检测出较严重的绕组变 形,但是灵敏度较低,且需动用沉重的试验设备和 大容量的试验电源,试验时间较长,因此,难以推广 应用。 低压脉冲法克服了短路阻抗法的缺点,灵敏 度提高,但其不足是抗干扰能力太差,接地线、测量 引线和周围的电气设备都能明显地影响测量结果。 频率响应法较短路阻抗法的灵敏度要高出许多,抗 干扰能力较低压脉冲法强。 该响应法在实际使用中 工作量不大,且测量重复性较好,是目前在现场工 作中较好的选择1。 频率响应法的基本原理 用频率响应法检测电力变压器绕组的变形情 况是目前不断发展的一项新技术。 一些国家已将其 列入变压器的检测项目,国内也开展了这方面的工 作,许多电力
3、局使用该方法对变压器进行了普测。 频率响应法的原理是将一扫频信号送入绕组 的一个端口,从另一端口测量其输出响应,并将各 频率点的输入输出之比根据频率描绘成曲线-频谱 曲线 (图谱)。 通过对绕组的频谱曲线进行对比分 析,可以判断绕组的结构变化。 另外,可以从绕组的 频率响应图谱,对绕组的防雷特性及防雷水平做出 估计。 由电工理论可知,当频率超过1kHz时,变压器 绕组可以被看作是一个由多个电容和电感组成的 无源二端口网络。 频率较低时,感抗较小,容抗较 大,电感起主要作用,电路呈感性;随着频率的增 加,感抗变大,容抗变小,二者同时起作用;当频率 继续增加时,电容起主要作用,电路呈容性。 绕组的
4、 等值网络可用图1表示。 绕组中电压分布不均匀,在某一频率下会达到 极端情况,即产生谐振时,电压会出现极不均匀分 布,在频谱图上表现为峰和谷。 当然不同的峰谷及 峰谷的高低,分布曲线的描述也不一样。 频谱图实 际上是描述了变压器绕组在不同频率下电压分布 不均匀的情况。 图2给出了一种典型的变压器绕组 频谱曲线。 由图2可见,绕组的频谱曲线中出现若干峰值 点和谷点。 这些峰点和谷点是在不同频率下绕组中 出现谐振的结果, 其中峰点是发生串联谐振的结 果,谷点是发生并联谐振的结果。 谐振是由绕组电感和饼间电容及对地分布电 L绕组电感均数纵向电容#绕组对地电容$)输 出匹配电阻$*输出测量电阻+)扫频
5、信号源 Fig.1Equivalent ir uit of transformer winding 第!卷第#$期 $%年#$月 9:;?:E: l、b增加,绕组电感量减小。 3.2变压器绕组的等值电容 变压器绕组中,在径向,有绕组与铁心之间的 电容,绕组与绕组之间的电容,绕组与油箱之间的 电容;在轴向,有线匝之间的匝间电容,线饼之间的 饼间电容。 计算径向电容,应用同轴圆柱电容公式; 计算轴向电容,应用平板电容公式。 绕组对铁心和 对油箱的电容又称为绕组的对地电容。 .2.1轴向电容的计算 轴向电容(图1中K)有匝间电容和饼间电容两 种,分别用Ct和C0表示。 由平板电容计算公式得: Ct1
6、 !0!2Dh a2 1 3435!2Dh a2 610-2,27(2) C01 3435!8Db a8 610-2,27(9) 式中!2匝绝缘的介电常数 a2匝绝缘的两边厚度,cm !8饼间绝缘的介电常数 a8饼间绝缘厚度,cm h导线的净金属高度,cm KCt和C0的线性叠加 .2.2对地电容的计算 对地电容(图1中:)指绕组对铁心的电容(用 C;绕组与铁心之间的介电常数 R绕组的内半径,cm R绕组与油箱间组合介质的等效介电 常数 l绕组高度,cm 当D、b增大,a2、a8减小时, 即绕组的平均直径 和辐向尺寸增大,匝间和饼间距离减小,绕组的轴向 电容增大;R减小,R;,l增大, 即内绕
7、组的直径减 小,外绕组的直径和绕组高度增大时,绕组的对地电 容会增大,反之亦然。 根据绕组以电感为主的结构, 提出以低频段为 主,中、高频段为辅的测量和分析的方法。 从变压器绕组的等值电路可知,在频率较低时, 绕组的对地电容及饼间电容的容抗较大,感抗较小, 等值电路呈感性。 当频率增加时,感抗逐渐增大,至 某一频率时,发生谐振,出现第一个谐振峰。 当绕组 结构发生改变时,会造成电感发生变化,频谱中低频 部分的谐振峰也将会有所变化。对于一个绕组来说, 因为其绕组的匝数不会改变,如果其电抗发生改变, 则必定是其结构尺寸发生改变。比如绕组的高度、等 效直径、绕组厚度等。 所以,如果频谱中20EHF以
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