1. 短路阻抗法
变压器的短路阻抗是指变压器的负荷阻抗为零时变压器输入端的等效阻抗,它反映了绕组之间或绕组和油箱之间漏磁通形成的感应磁势。短路阻抗包含电阻分量和电抗分量,对于110kV及以上的大型变压器,电阻分量在短路阻抗中所占的比例非常小,短路阻抗值主要是电抗分量的数值。变压器的短路电抗分量,就是变压器绕组的漏电抗。变压器的漏电抗由横向漏电抗和纵向漏电抗组成,通常横向所占比例很小。在频率一定的情况下,变压器的漏电抗值由绕组的几何尺寸所决定,变压器绕组结构状态的改变势必引起变压器漏电抗的变化,从而引起变压器短路阻抗数值的改变。
短路阻抗法的基本思想即通过测试变压器绕组中漏电抗的变化来检测绕组的变形程度。实际测量中,一般在低电压下实施阻抗测量,测量接线如图所示。其中A为电流表,V为电压表,绕组高压侧接到工频交流电源上,低压侧短接。利用电流和电压值即可算出绕组的漏抗值。变压器短路阻抗及其电感分量与绕组几何尺寸及相对位置有关,通过比较不同时期变压器绕组的短路阻抗值即可分析绕组状况。变压器短路阻抗由绕组结构决定,绕组变形是否及变形大小可由短路阻抗值变化大小来判断。
短路阻抗法测量接线图
2. 低压脉冲法
当频率超过1kHz时,变压器绕组在较高频率的电压作用下,其铁芯的磁导率几乎和空气一样,绕组本身可以看作一个由线性电阻、电感、电容等组成的无源线性分布参数网络,其等效电路如图所示。
变压器绕组等效电路
低压脉冲法(Low Voltage Impulse)简称为LVI法。1966年由波兰的Lech和Tyminski提出。低压脉冲法的基本原理即将一比较稳定的低压脉冲电压信号施加于被试变压器的一端,同时记录该端子和其它端子的电压波形,通过将时域中的激励与响应作比较,可对绕组的状态作出比较正确的判断。当变压器的绕组发生变形时,等值电路中各个小单元内分布参数(L,K,C)的微小变化都将造成响应信号波形上的变化,响应信号在变压器绕组变形前后的变化将反映出绕组变形的信息。
低压脉冲法现已被列入IEC及IEEE电力变压器短路试验导则和测试标准。但该方法应用于现场试验中,会受到测试过程中各种电磁干扰的影响,因此测试结果重复性较差,且对绕组首端位置的故障响应不够灵敏,比较难判断绕组变形位置。
3. 频响分析法
频率响应分析法(Frequency Response Analysis Method)简称为FRA法,最早由加拿大的E.P.Dick和C.C.Erven提出,它克服了低压脉冲法的一些缺陷,在世界各国获得了较为广泛的应用。
频响分析法的工作原理即:变压器绕组在电压频率大于1kHz时可视为一个由电阻、电容和电感等分布参数构成的无源双端口网络,如图所示。该网络的内部特性可通过传递函数H (j动进行描述,将输入激励与输出响应建立函数关系,并逐点描绘,就得到了反映变压器绕组特性的传递函数特性曲线。变压器制成以后,其内部结构就随之确定,同时其频谱特性也将随之确定。当绕组发生形变时,必然改变网络内部的电阻、电容和电感等分布参数,从而使得网络的频率响应特性发生变化。因此,通过比较绕组不同时期的频谱曲线,仔细观察曲线中谐振点数目的变化,谐振频率及幅值的增减即可检测绕组变形程度。
变压器绕组的频率响应特性通常采用如下方式获得:将一稳定的正弦扫频信号施加于被试变压器绕组的一端,连续改变此正弦波激励源的频率,并记录该端子和其他端子上的电压幅值及相位,从而得到被试绕组的一组频响特性。实践证明,频率响应法能够为变压器绕组变形的检测提供一个较为准确的依据。
频响分析法对比于低压脉冲法而言,避免了低压脉冲法使用仪器笨重和测试结果重复性差等缺点。它降低了电磁干扰的影响、可重复性较好、可直观地分析频率响应曲线、测试灵敏度较高。因此,目前该方法已在国内外变压器运行和生产部门得到推广应用,并取得了成效。但由于测试结果受很多不确定性因素的影响,且缺乏深层次诊断手段,存在较大的改进空间。
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