變壓器繞組變形的頻率響應分析法研究及實測中影響因素分析

1、第25卷 第3期2010年6月電力學報JOU R NA L OF ELECT RIC P OW ERV ol.25N o.3 Jun.2010文章編號: 1005 6548(201003 0225 03變壓器繞組變形的頻率響應分析法研究及實測中影響因素分析林 劍,馬 明,龔列謙,夏曉波(溫州電力局,浙江溫州325000摘 要:介紹了頻率響應分析法檢測變壓器繞組變形的原理,利用M atlab 建立變壓器繞組模型,仿真出變壓器繞組的頻響曲線,分析頻率和諧振點的關系,給出了測試實例,同時分析了各種因素對變壓器繞組變形試驗的影響。對變壓器繞組變形研究提供借鑒。 關鍵詞:變壓器;繞組變形;頻率響應法中圖

2、分類號:T M41 文獻標識碼:A 作為電力系統(tǒng)中重要的設備之一,變壓器的安全運行將直接影響供電的安全。變壓器在運輸、安裝過程中受到?jīng)_撞或在運行中發(fā)生突然短路等可能使繞組發(fā)生變形。這些變形都有可能使得繞組的絕緣被破壞或使其機械強度下降。在其遭受過電壓或再次遭受沖擊時將破壞、影響電力系統(tǒng)的安全運行,因此及時、有效地檢測變壓器繞組變形很有必要1。繞組變形測試方法,主要有阻抗法、低壓脈沖法及頻率響應法三種。阻抗法實施簡單,但現(xiàn)場很難達額定電流(尤其對大型變壓器,且對測試儀表的檢精度要求很高,往往難以獲得必要的檢測靈敏度。低壓脈沖法克服了短路阻抗法的缺點,靈敏度提高,但抗干擾能力太差。頻率響應分析法,

3、較短路阻抗法的靈敏度要高出許多,抗干擾能力較低壓脈沖法強。在現(xiàn)場實測中,更多的采用頻率響應法。本文將分析頻率響應法原理,并利用Matlab 仿真變壓器繞組頻響曲線,分析頻率和諧振點的關系,并根據(jù)測試實例分析各種因素對變壓器繞組變形試驗的影響。1 頻率響應分析法原理當頻率較高時,變壓器可以不考慮鐵芯的影響,此時能夠將其繞組看成是由電阻、電容、電感等分布參數(shù)構成的分布參數(shù)電路,如圖1所示(由于變壓器線圈的直流電阻遠小于高頻下的線圈電抗,所以忽略了線圈的直阻,其中L 、K 和C 分別代表繞組的餅間分布電感、分布電容及對地分布電容。此分布參數(shù)電路又可以等值為一無源線性二端口網(wǎng)絡,其內(nèi)部特性可通過傳遞函

4、數(shù)H (j 進行描述。傳遞函數(shù)的極點和零點分布與網(wǎng)絡內(nèi)部的元件參數(shù)密切相關。繞組發(fā)生局部機械變形后其內(nèi)部的電感、電容分布參數(shù)必然發(fā)生相對變化,繞組的傳遞函數(shù)也會相應變化。即網(wǎng)絡的頻率響應特性發(fā)生變化。頻率響應分析法是將一掃頻信號送入繞組一個端口,從另一端口測量其輸出響應,根據(jù)公式H (j =20lg|V o (j /V i (j |計算各頻率點的輸入輸出比,并繪制頻譜曲線,其中,V s 為外施掃頻信號源;V i 、V o 分別為等效網(wǎng)絡的激勵電壓和響應端電壓;R i 、R o 分別為輸入輸出匹配電阻。通過對繞組頻譜曲線進行對比分析,可以判斷繞組的結構變化。圖1 變壓器繞組的等效電路2 M at

5、lab 仿真2.1 仿真模型的建立為了進一步分析變壓器頻率響應特性,本文利用M atlab 建立變壓器繞組變形模型進行仿真,變壓器仿真參數(shù)見表1。仿真時,仿真級數(shù)為n =7,輸入掃頻信號源的幅值取為l,設置掃頻起始頻率為1*收稿日期:2010 04 10kH z,終止頻率為10MH z 。表1 變壓器仿真參數(shù)參數(shù) L i /mH (i =1n K i /pF (i =1n C i /pF (i =1n R i / R o / 數(shù)值41.42619.81214.2865050圖2 M atlab 仿真結果2.2 仿真結果及分析仿真結果如圖2所示。從圖中可看出當頻率等于10kH z 時,變壓器繞組

6、內(nèi)部發(fā)生第一次諧振,而后依次約在17.18kH z 、26.92kH z 、38.48kH z 、39.81kH z 、46.67kH z 、158.49kH z 發(fā)生諧振,但在頻率小于<10kH z 或大于1M H z 時,頻率響應曲線隨頻率減小或增大變化很小。這是因為當頻率較小時,特別是<10kH z 時,其頻率響應特性受繞組電感(實際中還有鐵心及鐵心中剩磁的影響,諧振點通常較少,對分布電容的變化不夠敏感;當頻率較大,特別是>1M H z 時,繞組的電感又被分布電容所旁路,諧振點相應減少,對電感的變化不夠敏感;在1kH z1M H z 范圍內(nèi),繞組的分布電容和電感均發(fā)揮作

7、用,其頻率響應特性具有較多的諧振點。當繞組內(nèi)部發(fā)生串聯(lián)諧振,則在頻響圖上出現(xiàn)正尖峰,當繞組的內(nèi)部發(fā)生了并聯(lián)諧振,則在頻響圖上會出現(xiàn)負尖峰;同時繞組模型有n 級,頻響曲線就有n -1個正尖峰,n -1個負尖峰。本仿真中n =7,故出現(xiàn)6個正尖峰,但由于本次仿真中每級參數(shù)相同,所以各級電感與縱向電容間的并聯(lián)諧振同時發(fā)生,6個負尖峰重疊在一起,表現(xiàn)在頻響圖上即為1個負尖峰。3 測試實例與分析某220 kV 變電站1臺主變壓器為西門子變壓器有限公司2005年1月生產(chǎn),型號為SFSZ 180000/220,電壓為220 8 1.25%/117/10.5kV,結線組別YN yn0d11,其繞組頻率響應如圖

8、3所示。紅線為變壓器交接時A 相的測試結果,藍線為變壓器例行試驗時A 相測量結果,二者間隔1年左右。從圖3中可看出,測試結果重復性較好 ,只有 在高頻段出現(xiàn)偏移。圖3 測試實例4 變壓器繞組變形實測中的影響因素分析雖然在變壓器繞組變形檢測方法中,頻響分析法檢測靈敏度高、測量重復性好、現(xiàn)場使用方便等優(yōu)點,得到廣泛的應用,但若未充分考慮在現(xiàn)場測試中會受到很多因素的影響,使用方法不當,將造成測試結果失真。4.1 測試現(xiàn)場有氣焊干擾對測試結果的影響在測試現(xiàn)場內(nèi),距離變壓器約2m 處剛好有檢修人員做氣焊切割,測試結果如圖4所示,其中紅線為檢修未開始作業(yè)時的測試曲線,綠線為檢修人員做氣焊切割時的測試曲線。

9、由圖可見,氣焊切割干擾對測量結果影響很大,大約在550kH z 時,頻率響應曲線出現(xiàn)偏移。因此以后試驗時要確?，F(xiàn)場無此類干擾,保證測量結果真實性。圖4 測試現(xiàn)場有干擾對測試結果的影響4.2 套管末屏解開對測試結果的影響從圖5中可看出,高壓套管末屏被解開后,主要影響600kH z 以后的頻段,諧振峰向高頻偏移,幅值有所下降。這是因為套管末屏被解開,只是相當于在原來套管電容的前提下,又多串聯(lián)了一個末屏對地電容,二者電容差值很小,因此影響也較小。因此,測試時高壓套管末屏不必解開。圖5 套管末屏解開對測試結果的影響226電力學報 第25卷4.3 接地點不同對測試結果的影響為確定接地點不同的影響,在測量

10、該變壓器高壓繞組時,在不同接地點測試A 相的頻率響應曲線,其中紅線為基準曲線,接地點選擇在變壓器鐵芯接地引下線,綠線的接地點距原接地點不遠,約20cm,藍線的接地點選擇變壓器A 相升高座螺絲上,距原接地點約2m 。從圖6中可看出,紅綠曲線由于接地點相距不遠,其響應曲線相差不大,在400kH z 頻率以后稍微偏移;而選擇變壓器A 相升高座螺絲為接地點的藍色曲線,其接地線與其他兩個接地線相比過長,其頻率響應曲線與另外兩相相比相似性太差。從波形上也可以看到180kH z 以后A 相波形與B 、C 相波形相差太遠。接地點主要影響400kH z 以上頻段的諧振峰值位置和響應幅值,距離基準曲線接地點越遠,

11、頻率響應曲線偏移程度越大。故在以后對比性試驗時,要確保接地點位 置相同。圖6 接地點不同對測試結果的影響4.4 人體是否靠近測試點對測試結果的影響試驗時,接線人員在一定的距離內(nèi),其身體與變壓器套管的遠近,有無接觸套管等因素對測量結果是有影響,如圖7所示,其中紅線為人遠離測試點的測試結果,綠線為人靠近測試點,接觸變壓器套管的測試結果。從圖中看出,人接觸高壓套管后導致頻率響應曲線在700kH z 以后高頻段發(fā)生偏移,主要 是高頻段雜散電容的變化引起的。圖7 人體是否靠近測試點對測試結果的影響5 結論(1頻率響應法測試變壓器繞組變形時,最好在1kH z1M H z 范圍內(nèi),此時繞組的分布電容和電感均

12、發(fā)揮作用,其頻率響應特性具有較多的諧振點,能夠靈敏的反映繞組變形情況;(2繞組頻響曲線的正負尖峰與繞組模型級數(shù)有關,若繞組模型為n 級,則頻響曲線就有n -1個正尖峰,n -1個負尖峰;(3用頻響分析法測試變壓器繞組變形時,測試現(xiàn)場有氣焊干擾、套管末屏是否解開、測試接地點不同和人體是否靠近測試點等因素對測試結果均有影響,其中套管末屏是否解開和人體是否靠近測試點對測試結果影響不大,僅在高頻段稍微發(fā)生偏移,而氣焊干擾和測試接地點不同對測試結果影響較大,在中頻段就發(fā)生大幅偏移,實際測試時應當特別予以重視。參考文獻:1 舒乃秋,武劍利,等.頻率響應分析法檢測電力變壓器繞組變形的理論研究J.變壓器,20

13、05(10:23 25.2 王鈺,李彥明,等.變壓器繞組變形檢測的LVI 法和FRA 法的比較研究J .高電壓技術,1997(1:13 16.3 DICK E P.Transformer Diagnostic Testing by Fr equen cy Response An aly sis J.IEEEE T rans PAS,1978,97(6:2144.4 RYDE R S A.Diagnos ing T rans form er Faults U sing Frequency Respons e Analysis J.IEEEE Electrical Insu lation M ag

14、azine,2003,19(2:16 22.5 謝宇風.變壓器繞組變形實測中影響因素研究J.華中電力,2004(2:38 41.6 陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術M .北京:中國科學技術出版社,2001.7 DL/T596-1996.電力設備預防性試驗規(guī)程S.北京:中國電力出版社,1996.(下轉第238頁227第3期 林 劍等:變壓器繞組變形的頻率響應分析法研究及實測中影響因素分析238電力學報 第25卷Invalidation Analysis and Life Evaluationof Power Plant Boiler!s Steam SuperheaterYANG Shu

15、 hong1,GUO Fu xiang2(1.Shanx i Vocational and Technical Colleg e of Electric Pow er,T aiyuan030021,China;2.Dato ng Electric Senior T echnical Schools,Datong037039,ChinaAbstract:Steam superheater is the major com ponent of modern bo iler,and it!s operation w ill have a direct bear ing on the econom y

16、 and secur ity of the entire pow er plant running.With a poo r w orking co nditions and frequent tube rupture accidents,steam superheater w ill affect unit safe and econom ic o peration,so it is necessar y to evaluate their life.In this paper,w e have made an em prehensiv e analysis of invalidation

17、causes of steam superheater in pow er plant,and ev aluated the life of typical steam super heater system.H er e w e w ill prov ide the basis for pow er plant m ain tenance plans.Key words:steam super heater;invalidation causes;life evaluation責任編輯:張勇強(上接第227頁Research of Frequency Response Analysis on

18、 Transformer Winding Deformation and Analysis of Influence Factors in TestingLIN Jian,MA Ming,GONG Lie qian,XIA Xiao bo(Wenzhou Electric Pow er Bureau,Wenzhou325000,ChinaAbstract:The principle of frequency response analysis for measur ing tr ansform er w inding de form ation is introduced.The equivalent mo del of the w inding is simulated using M atlab,and the spectrum of transform er w inding is obtained thro ug h using the m odel.The r elation betw een fre quency