變壓器繞組變形測試方法要點

1、變壓器繞組變形測試方法III目錄目錄V第一章 緒論11.1. 變壓器繞組變形檢測的實際意義11.2. 變壓器繞組變形的檢測方法 21.2.1. 短路阻抗法21.2.2. 低壓脈沖法31.2.3. 頻響分析法（Frequency Response Analysis 簡稱 FRA 法）41.2.4. 電容量變化法 41.2.5. 超聲波檢測法 51.2.6. 振動法51.3. 國內(nèi)外頻響分析法檢測變壓器繞組變形的研究現(xiàn)狀 61.4. 本課題所做的主要工作 81.5. 本章小結(jié)9第二章變壓器結(jié)構(gòu)及繞組變形分析 112.1. 電力變壓器結(jié)構(gòu) 112.1.1. 鐵芯112.1.2. 繞組122.2. 變

2、壓器繞組的變形形式 132.3. 變壓器繞組變形分析 142.3.1. 繞組的制造工藝和應(yīng)力設(shè)計 142.3.2. 繞組所受沖擊力的類型 152.4. 本章小結(jié)16第三章頻響曲線不同頻段靈敏度分析 173.1. 靈敏度計算分析 173.1.1. 靈敏度定義 173.1.2. 頻響曲線對不同參數(shù)靈敏度的計算 173.1.3. 靈敏度分析 183.2. 頻率響應(yīng)仿真 193.2.1. PSPICE仿真軟件簡介 193.2.2. 仿真電路 193.2.3. 仿真結(jié)果及分析 203.3. 本章小結(jié)21第四章繞組變形與電感、電容參數(shù)變化的關(guān)系 234.1. 繞組電感的計算 234.2. 繞組縱向電容的計

3、算 234.3. 繞組變形與電感、電容參數(shù)變化的關(guān)系 244.4. 本章小結(jié)24第五章繞組變形統(tǒng)計分析 255.1. 出現(xiàn)整體變形的例子 255.2. 出現(xiàn)局部變形的例子 265.3. 繞組變形統(tǒng)計275.4. 本章小結(jié)28第六章 結(jié)論29-VI-緒論第一章緒論1.1. 變壓器繞組變形檢測的實際意義變壓器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一， 其安全運行對于保證電網(wǎng)安全意義重 大。如果一臺大型電力變壓器在系統(tǒng)運行時發(fā)生事故，則可能導(dǎo)致大面積停電。變壓器的檢修期一般要達(dá)到半年以上 ，不但花費大，而且影響面廣。因此有必要對變壓 器進(jìn)行故障分析、增強故障檢測手段、降低故障率，以保證電網(wǎng)的安全運行。近些年來

4、，我國的電力事業(yè)發(fā)展很快。據(jù)最新資料統(tǒng)計，截至2006年底，中國發(fā)電裝機容量達(dá)到62200萬千瓦，居世界第二位 。隨著電網(wǎng)容量的不斷增大，超高 壓與特高壓電力系統(tǒng)的逐步建立，大容量、大區(qū)域互聯(lián)和西電東送等復(fù)雜系統(tǒng)的即將 形成，對電力系統(tǒng)的安全運行和供電可靠性都提出了更高的要求。特別是隨著超高壓輸電系統(tǒng)全國聯(lián)網(wǎng)、緊湊型輸電線路的建成、帶有串補或靜補的交流柔性超高壓輸電 系統(tǒng)的采用，輸電系統(tǒng)的短路電流將達(dá)到較高水平，如63kA3。這就要求各變壓器產(chǎn)品都能承受較高短路電流所產(chǎn)生的較大電動力和機械力。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料介紹，變壓器繞組是變壓器事故損壞的主要部位。變壓器繞組抗短路能力差是造成變壓器運行損壞的

5、主要原因。廣州電網(wǎng)在2000年以來，由廣州電力局管轄的變電站已有兩臺220千伏主變壓器因遭受外部短路故障沖擊，直接引起變 壓器內(nèi)部突發(fā)性短路故障損壞（伍仙門站 2號變和瑞寶站1號變）。另有三臺110千 伏主變壓器在運行中因遭受過電壓引起絕緣損壞，其中松仔嶺站1號主變因系統(tǒng)過電壓引起變壓器主絕緣擊穿后造成線圈匝間和層間短路故障；大涌站1號主變因雷擊引起過電壓，造成B相高壓線圈端部電容屏擊穿引發(fā)的線圈匝間和層間短路故障；荔 城電廠降壓站1號主變因在空載充電過程出現(xiàn)過電壓，引發(fā) C相套管末端均壓罩對 變壓器內(nèi)箱壁放電，由于放電能量大，造成變壓器箱體破裂以及高壓側(cè)套管錯位噴油。 另一臺不屬于廣州電力局

6、管轄的番禺礪江電廠（地方電廠）110千伏3號升壓變，因B相高壓套管端部密封不良造成高壓引線及線圈端部進(jìn)水受潮，在運行中突發(fā)絕緣損壞事故。隨著電網(wǎng)容量的日益增大，短路容量亦隨之增大，短路故障造成的變壓器損壞事 故呈上升趨勢。而因外部短路造成變壓器繞組變形，又是變壓器運行過程中的常見故 障，嚴(yán)重威脅著系統(tǒng)的安全運行。當(dāng)變壓器在運行過程中遭受短路故障電流沖擊時， 在變壓器繞組內(nèi)將流過很大的短路電流， 短路電流在與漏磁場的互相作用下， 產(chǎn)生很 大的電動力，這時每個繞組都將承受巨大的、 不均勻的徑向電動力和軸向電動力， 另 外，變壓器在運輸、安裝等過程中也可能受到意外的碰撞沖擊、顛簸和振動等。在這些力（

7、電動力或機械力）的作用下，繞組可能產(chǎn)生機械位移和變形，并可能引發(fā)絕緣損 傷、繞組短路和燒毀等嚴(yán)重的變壓器事故。 此外，保護系統(tǒng)存在死區(qū)或動作失靈都會 導(dǎo)致變壓器承受短路電流作用的時間長，這也是繞組發(fā)生變形的原因之一5。因此，研究變壓器繞組發(fā)生變形的原因、 診斷方法和防治措施，對減少變壓器事 故的發(fā)生具有重要意義。目前進(jìn)行變壓器繞組變形檢測深受國內(nèi)外關(guān)注，已經(jīng)成為變壓器安全運行的重大研究課題，有些國家甚至把該項工作放在變壓器預(yù)防性試驗項目 的首要位置，我國國家電力公司在國電發(fā)【2000】589號文防止電力生產(chǎn)重大事故 的二十五項重點要求中，也明確把繞組變形試驗列入變壓器出廠、交接和發(fā)生短路 事故

8、后的必試項目。1.2. 變壓器繞組變形的檢測方法對于新安裝和故障后的變壓器，一般需要進(jìn)行繞組變形檢測。目前，我國通常采 取出廠前檢驗、現(xiàn)場安裝后檢驗、運行期間進(jìn)行常規(guī)檢測和故障后的全面檢測等方式。 通過對相關(guān)特征量進(jìn)行測量分析，從而判斷繞組是否有變形、位移等異?，F(xiàn)象發(fā)生。變壓器繞組變形后，通常會表現(xiàn)出各種異?，F(xiàn)象，許多特征量如電氣參數(shù)、物理 尺寸、幾何形狀以及溫度等與正常狀態(tài)相比有較大差異，以此為基礎(chǔ)形成了多種繞組變形檢測方法。目前，各種繞組變形檢測方法均沒有通用的狀態(tài)量對繞組的狀態(tài)進(jìn)行 描述和判斷，也沒有通用指標(biāo)去量化繞組變形程度，都是依據(jù)自己的測量理論基礎(chǔ)， 采用相應(yīng)經(jīng)驗和判斷標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行最

9、后的繞組變形程度和變形位置判斷。變壓器承受短路沖擊以后，運行單位一般都用常規(guī)電氣試驗項目和絕緣油分析來 檢查變壓器的絕緣狀況。檢查結(jié)果表明，有的變壓器電氣試驗和絕緣油分析均在預(yù)防 性試驗規(guī)程所規(guī)定的范圍內(nèi)，但吊罩檢查卻發(fā)現(xiàn)繞組己明顯變形或絕緣墊塊嚴(yán)重松 動，說明常規(guī)電氣、油化試驗項目不能有效地發(fā)現(xiàn)變壓器繞組變形性缺陷。而吊罩檢查雖很直觀，但需花費大量的人力、物力、財力，而且對判斷內(nèi)側(cè)繞組有無變形仍 有困難。為了滿足電力系統(tǒng)要求，彌補常規(guī)電氣方法和吊罩檢查方法所存在的不足， 國內(nèi)外對變壓器繞組變形的檢測均進(jìn)行了大量研究，并逐步形成了以下幾種較為成熟的檢測方法。121短路阻抗法變壓器的短路阻抗是指

10、變壓器的負(fù)荷阻抗為零時變壓器輸入端的等效阻抗，反映了繞組之間或繞組和油箱之間漏磁通形成的感應(yīng)磁勢。短路阻抗可分為電阻分量和電 抗分量，對于1l0kV及以上的大型變壓器，電阻分量在短路阻抗中所占的比例非常小， 短路阻抗值主要是電抗分量的數(shù)值。 變壓器的短路電抗分量，就是變壓器繞組的漏電抗o在頻率一定的情況下，變壓器的漏電抗值是由繞組的幾何尺寸所決定的，變壓器繞組結(jié)構(gòu)狀態(tài)的改變勢必引起變壓器漏電抗的變化，從而引起變壓器短路阻抗數(shù)值的 改變9。短路阻抗法最早由蘇聯(lián)提出，該方法的基本思想就是基于測試變壓器繞組中漏感 的變化，其原理接線如圖1- 1所示10。其中A為電流表，V為電壓表，繞組的高壓 側(cè)接到

11、工頻交流電源上，低壓側(cè)短接。利用測得的電流和電壓值即可計算出繞組的短 路阻抗（漏抗）值。通過比較變壓器繞組變形前后的短路阻抗值，即可判斷繞組是否發(fā) 生變形或位移。變壓器試品調(diào)壓器-11-圖1- 1短路阻抗法測試?yán)@組變形接線圖利用短路阻抗法測量變壓器繞組變形大多是在低電壓、小電流的條件下進(jìn)行，測量比較方便。但到目前為止仍沒有確切的判別標(biāo)準(zhǔn)， 在IEC標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)GB 1094.5-85 中都規(guī)定了額定電流下的阻抗變化限值，IEC建議相對變化量超過3%為異常，國標(biāo) 規(guī)定根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)的不同，相對變化量取2%4%比較合適11o另外，該方法靈敏度 太低，且需動用沉重的試驗設(shè)備和大容量的試驗電源，試驗時間較

12、長，難以推廣使用，誤判率較高12 o122低壓脈沖法變壓器繞組在較高頻率的電壓作用下， 其鐵芯的磁導(dǎo)率幾乎與空氣的一樣， 繞組 本身可以看作一個由線性電阻、電感、電容等組成的無源線性分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)13，其等 效電路如圖1-2所示。圖中，L為餅間電感，K為縱向電容，C為對地電容。圖1 - 2變壓器繞組的等效電路低壓脈沖法是1996年由波蘭的Lech和Tyminski提出。其基本原理是在變壓器 繞組的一端施加穩(wěn)定的低壓脈沖信號，并且同時記錄該端子和其它端子的電壓波形， 通過將時域中的激勵與響應(yīng)做比較，可對繞組的狀態(tài)做出比較正確的判斷。當(dāng)變壓器 的繞組發(fā)生變形時，相應(yīng)部分的電感、電容等參數(shù)都會發(fā)生變化

13、，當(dāng)在輸入端施加脈 沖電壓激勵時，將引起輸出端響應(yīng)的變化。西安交通大學(xué)的李彥明教授1415、重慶大學(xué)的孫才新教授16在利用小波分析法 剔除干擾，利用模極大值等作為故障特征量，進(jìn)而提高變壓器繞組變形判斷的靈敏度 方面作了很多研究工作，并取得了良好的效果。低壓脈沖法現(xiàn)己被列入IEC及IEEE電力變壓器短路試驗導(dǎo)則和測試標(biāo)準(zhǔn)17。但 該方法應(yīng)用于現(xiàn)場試驗中，尚受測試過程中各種電磁干擾的影響，可重復(fù)性較差18，且對繞組首端位置的故障響應(yīng)不靈敏，較難判斷繞組變形位置 19。123 頻響分析法（Frequency Response Analysis簡稱FRA法）頻響分析法最早是由加拿大的 E.P.Dick

14、和C.C.Erven提出并應(yīng)用的17。其工作原 理為，在頻率較高的情況下，變壓器繞組可以等值為一個由電容、電感等分布參數(shù)所組成的兩端口網(wǎng)絡(luò)（電阻很小，可忽略不計），其等效電路如圖1-2所示。將輸入激 勵與輸出響應(yīng)建立函數(shù)關(guān)系，并逐點描繪，就得到了反映變壓器繞組特性的傳遞函數(shù) 特性曲線。變壓器結(jié)構(gòu)一定時，變壓器繞組的參數(shù)和函數(shù)曲線也就隨之確定，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生變化時，其繞組的分布參數(shù)就會發(fā)生改變，相應(yīng)的函數(shù)曲線也會隨之改變。頻響分析法的具體實施過程為：將一穩(wěn)定的正弦掃頻信號施加于被試變壓器繞組 的一端，同時記錄該端子和其他端子上的電壓幅值及相位，從而得到被試?yán)@組的一組頻響特性。實踐證明，頻率響應(yīng)

15、法確實能夠為變壓器繞組變形的診斷提供一個較為準(zhǔn) 確的依據(jù)20。頻響分析法對比于低壓脈沖法，避免了儀器笨重和測試結(jié)果重復(fù)性差等缺點20，降低了電磁干擾的影響，可重復(fù)性較好18，且可以較為直觀地分析頻率響應(yīng)曲線，測試靈敏度較高20。目前該方法己在國內(nèi)外變壓器運行和生產(chǎn)部門得到推廣應(yīng)用，并取得了成效。但由于測試結(jié)果受很多不確定性因素的影響，其診斷結(jié)果尚具有某種不穩(wěn)定性。124電容量變化法電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程規(guī)定：變壓器繞組的tan S每一至三年測試一次。在變壓器投運前和預(yù)防性試驗時，我們只須用常規(guī)的QS1電橋（或抗干擾電橋）測量各 級繞組的tan同時計算出對應(yīng)繞組的電容量，不需要增加新儀器20。如

16、果發(fā)現(xiàn)變壓器某繞組的電容量與以前的數(shù)據(jù)相比有明顯的變化，說明變壓器繞組有可能存在異常。因為變壓器每個繞組可以看成是一個由電阻、電容、電感等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，所以繞 組的等值電容量直接反映出各繞組間、 繞組對鐵心、繞組對箱體及地的相對位置和繞 組的自身結(jié)構(gòu)等。變壓器產(chǎn)品出廠后，其各繞組的電容量基本上是一定的。 只要變壓 器沒有受過短路沖擊，即使在有溫度、濕度影響的情況下，其電容量變化也很小。當(dāng) 變壓器遭受短路沖擊后，若繞組無變形或變形輕微，其電容變化量也較??；若某側(cè)繞 組變形嚴(yán)重，則其電容量變化較大。所以根據(jù)變壓器繞組的電容變化量， 能夠判斷出 該變壓器繞組是否發(fā)生變形。這種測試方法簡單、方便、工作量

17、小，在實際工作中已被福建省全面推廣使用， 但由于繞組電容量本身具有一定的分散性， 因此對鼓包、扭曲等故障的測試靈敏度很 差，只能作為補充測試方法21 0125超聲波檢測法超聲脈沖反射法測距的基本原理是，利用放置在被測對象表面的超聲探頭發(fā)射某 種頻率的超聲波，超聲波在被測對象內(nèi)部以縱波模式進(jìn)行傳播，當(dāng)遇到兩種介質(zhì)交界面時，即發(fā)生反射，再沿一定路徑返回并為超聲探頭接收。 通過測量發(fā)射和接收超聲 波的時間，就可以得到超聲往返于被測介質(zhì)的傳播時間段t22 0超聲波檢測變壓器繞組變形的方法是將超聲探頭接觸變壓器外殼鋼壁上某一位置，通過耦合劑（黃油）使探頭與變壓器外殼緊密接觸，并使探頭中心對準(zhǔn)需要測量 的

18、繞組。在同步信號作用下，發(fā)射電路激勵超聲探頭發(fā)射超聲波，超聲波在穿過鋼壁、 變壓器油后到達(dá)變壓器繞組，并在其表面發(fā)生反射，反射回波沿著一定路徑返回，同 樣的穿過變壓器油、變壓器鋼壁外殼，到達(dá)超聲接收探頭并產(chǎn)生接收電脈沖信號，通過相關(guān)電路處理，可以得知超聲波在變壓器鋼板和油中傳播、往返一次所用的時間to對于變壓器繞組和外殼鋼壁而言，繞組表面上每一點到油箱表面之間的距離都是一個 恒定值。如果繞組發(fā)生凹進(jìn)、凸出或者移位等異常故障，距離會發(fā)生相應(yīng)改變，通過 比較，就可以得知繞組變形狀態(tài)23 0該方法原理簡單，操作容易，直接性好，重復(fù)性也較好22 0但這一方法在有油和 無油狀態(tài)下的結(jié)果差異較大，另外，試

19、驗結(jié)果還會受溫度的影響，因此該方法還有待 于進(jìn)一步完善和發(fā)展*引。126振動法振動法是通過貼在變壓器器身上（油箱）的振動傳感器，在線監(jiān)測繞組及鐵芯的 狀況，良好狀態(tài)變壓器的振動特征向量（包括繞組和鐵芯振動信號的頻譜、功率譜、 能量譜等）作為指紋留用，一旦變壓器繞組發(fā)生故障，當(dāng)前振動特征向量的變化就會 快速地反映出來25 0這種方法最早是在電抗器上采用，對于在電力變壓器上使用振動 測試，加拿大、俄羅斯及美國等國已進(jìn)行了多方面的研究。這種方法的優(yōu)點是，測試系統(tǒng)與整個電力系統(tǒng)沒有電氣連接， 可安全、可靠地達(dá) 到在線監(jiān)測的目的25。其缺點在于，電力變壓器在運行過程中隨時可能發(fā)生短路故障， 如果在突然短

20、路的變壓器內(nèi)部繞組發(fā)生故障，將導(dǎo)致帶電繞組與油箱接觸，油箱可能帶有很高電壓，另外，暫態(tài)感應(yīng)也會在變壓器器身上產(chǎn)生高電位，對測試儀器和人身安全都有影響26 0綜上所述，短路阻抗法需動用龐大的實驗設(shè)備， 且費時、費力，而且靈敏度不高， 難以保證測量精度，在現(xiàn)場使用有困難。低壓脈沖法在間隔較長時間時，重復(fù)性差， 且對變壓器繞組的首端故障不靈敏。頻響分析法的測試重復(fù)性比較好，可用于系統(tǒng)中 運行變壓器變形的檢測。電容量變化法受繞組本身電容的影響， 對鼓包、扭曲等故障 的測試靈敏度很差。超聲波檢測法受油溫以及有油無油狀態(tài)影響嚴(yán)重。而振動法對測試儀器以及人身安全都有影響。總之，頻響分析法與以上各種方法相比，

21、 具有試驗設(shè) 備簡單輕巧，測試靈敏度高，實驗圖譜分析直觀，數(shù)據(jù)量值分析具有可比性等優(yōu)越性 2401.3. 國內(nèi)外頻響分析法檢測變壓器繞組變形的研究現(xiàn)狀頻響分析法從問世以來，就得到了國內(nèi)外大量工作者的廣泛關(guān)注。丹麥的B.B.Jensen博士2729和澳大利亞的lalam博士 30等都走到了該領(lǐng)域的前列。另外還 有荷蘭的Vssen.P.T等31、法國的Moreau.O等32、英國的McDowell.G W等33在這 方面也都做了大量工作。目前頻響分析法在歐洲各國得到了廣泛的應(yīng)用，成為檢測變 壓器繞組變形的主要方法刑0我國在變壓器繞組變形診斷技術(shù)方面的研究起步較晚，自1990年以來，由北京電力科學(xué)研

22、究院、武漢高壓研究所、西安交通大學(xué)對頻率響應(yīng)法進(jìn)行了嘗試，取得了 一定的成效35。后來電力系統(tǒng)各單位和變壓器生產(chǎn)廠家也都用頻響分析法進(jìn)行了普 測，積累了大量數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，并及時檢測出繞組變形故障，避免了重大事故的發(fā)生 83637O就頻響分析法所采用的測試設(shè)備而言，國外，主要采用的是網(wǎng)絡(luò)分析儀(NetworkAnalyzer)18和掃頻響應(yīng)分析儀(Sweep Frequency Response Analyzer )38，但由于其價 格昂貴，很難在國內(nèi)推廣使用°目前，武高所、電力科學(xué)研究院和華北電科院都自行 研制了變壓器繞組變形測試設(shè)備，并在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，取得了很好的效果。在診斷

23、技術(shù)方面，頻響分析法一直都是建立在比較頻域幅度的基礎(chǔ)之上，即同一臺變壓器的目前記錄和歷史記錄的幅頻比較、相同型號的變壓器與同廠同期生產(chǎn)的變壓器之間幅頻的比較、同一臺變壓器不同相之間的頻響比較。如果繞組的頻率響應(yīng)不 同，就可初步斷定繞組發(fā)生了變形故障。就提取特征量方面而言，在國外，1995年J.Bak-Jensen等人引入了頻譜隨機方差100-JN n 2MM-g1Imm n - Im m,n1 mm n(1 1)其中，M是測試次數(shù)，N是數(shù)據(jù)點數(shù)，Imm(n)是第n點的平均值，lm(m, n)是第m次測 試第n個點的值。并以(3作為輔助判斷參數(shù)，主要研究了絕緣油或礦物質(zhì)、鐵心上 溝槽及繞組的短路

24、故障和絕緣老化的影響29。華北電力集團的劉連睿等把變壓器繞組的變形分為輕微變形、中度變形和嚴(yán)重變 形3種。利用差值計算公式來描述頻響曲線的變化，其計算公式為E12= .V11-V21亠 1 乂2- V22* | I ( 'V1n_V2n ( 2)式中E12為兩條頻響曲線之間的差值，n為采樣點數(shù)，V1n為第一條頻響曲線第n點的 頻響幅值，V2n為第二條頻響曲線第n點的頻響幅值39。繞組變形判斷的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為1.6MVA以上變壓器三相繞組間的E12及各繞組與原 始數(shù)據(jù)相比差值均不應(yīng)大于3.5dB。具體繞組變形程度判定的推薦值見表1-1。表1 1繞組變形程度判定推薦值繞組狀態(tài)正常中度變形嚴(yán)重變

25、形差值/dB<3.53.5 7.07.0西安交通大學(xué)的王鈺博士等人提出：將測量頻段分為高、中、低三段，將三頻段 和全頻域上幅度譜的相關(guān)系數(shù)和均方差作為繞組變形判斷基礎(chǔ)。相關(guān)系數(shù)主要用來描述兩條曲線間的相似程度，而均方差則描述兩者之間的絕對差值1540。若兩組測試數(shù)據(jù)分別為Xn,ynn=1,2,N其中N為測量總點數(shù)，則有J (xr)2i =1ExyN -11 4)相關(guān)系數(shù)py越接近于1,則兩曲線的相似程度越高；均方差值 Exy越小，說明 兩條曲線越接近。具體的分段方法是將全頻域上的頻響曲線， 根據(jù)極點數(shù)的多少，分 為三段，每段上的極點數(shù)相同。這樣各段上的變化主要是由該段上的極點位置或強度

26、的變化引起，最后分別計算各段上的相關(guān)系數(shù)，并以這三個參數(shù)為主要依據(jù)來判斷變 壓器繞組的狀態(tài)。電力科學(xué)研究院則提出歸一相對系數(shù)的概念， 定義兩組測試數(shù)據(jù)各自的序列方差 為1NN求取兩組測試數(shù)據(jù)的協(xié)方差最后得到歸一化結(jié)果T15)JRxy-(6)并認(rèn)為若Rxy>1.0,則繞組正常；0.5<Rxy<1.0,則繞組輕微變形；Rxy<0.5 ,則繞組;明顯變形。1.4. 本課題所做的主要工作變壓器繞組變形檢測及診斷是個很復(fù)雜的過程， 本文對目前使用比較廣泛的頻響 分析法，做了一定的研究工作，主要研究內(nèi)容如下：1、對目前我國電力發(fā)展形勢、變壓器使用現(xiàn)狀及故障情況、現(xiàn)階段國內(nèi)外所使用的

27、電力變壓器繞組變形檢測方法以及繞組變形檢測的發(fā)展趨勢作了大量調(diào)研，并就這些測量方法的優(yōu)點和存在的不足進(jìn)行了深入的探討；2、對電力變壓器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，從而深入了解了繞組變形的機理；3、根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗，在使用頻率響應(yīng)法（FRA ）檢測變壓器繞組變形時，繞 組的頻率響應(yīng)曲線的中頻段部分能較好地反應(yīng)出繞組的變形情況。本文在此基礎(chǔ)上， 對變壓器繞組的頻響曲線在不同頻段對不同繞組參數(shù)的改變的靈敏度進(jìn)行了一定的仿真計算。首先利用靈敏度的概念，對繞組的幅頻特性曲線進(jìn)行了靈敏度分析， 大致 地了解了不同參數(shù)變化時，頻響曲線在不同頻段的變化情況。然后利用 PSPICE軟件 對變壓器繞組的等效模型（即由電

28、容、電感等分布參數(shù)組成的無源網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行了仿真， 選取繞組模型的級數(shù)為5級，分別通過改變電感、電容等分布參數(shù)，來模擬變壓器繞 組變形，以分析電感、電容參數(shù)大小的變化對其頻響的影響，尋找規(guī)律性；4、通過繞組分布參數(shù)的計算公式，深入分析了繞組的變形形式與分布參數(shù)改變 之間的關(guān)系；5、對電力變壓器繞組變形現(xiàn)象作了大量調(diào)查和分析，搜集了大量繞組變形數(shù) 據(jù)，并對繞組的變形形式進(jìn)行了統(tǒng)計分析；& 根據(jù)以上的計算、分析，找到了生產(chǎn)實踐中利用中頻段頻響曲線來診斷變壓器繞組變形的理論依據(jù)，并通過生產(chǎn)中遇到的實例對該結(jié)論進(jìn)行了驗證。1.5.本章小結(jié)本章簡要介紹了開展本課題的背景、目的和意義。首先分析了目前我

29、國的電力發(fā) 展形勢以及變壓器事故現(xiàn)狀，由此得出變壓器繞組變形檢測的必要性和緊迫性。 然后 對目前國內(nèi)外所使用的幾種變壓器繞組變形檢測方法進(jìn)行了簡單描述，并就這些檢測方法的優(yōu)點和存在的不足進(jìn)行了探討，最后重點介紹了頻響分析法的國內(nèi)外研究現(xiàn) 狀。本章結(jié)尾處，對本課題所做的主要工作進(jìn)行了概括。-10-變壓器結(jié)構(gòu)及繞組變形分析第二章變壓器結(jié)構(gòu)及繞組變形分析2.1. 電力變壓器結(jié)構(gòu)變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，因此它的結(jié)構(gòu)原則是：兩個或兩個以上互相絕緣的繞組套在一個共同的鐵芯上， 它們之間有磁的耦合，但沒有電的直接聯(lián)系。41按照繞組數(shù)目的多少，變壓器分為雙繞組變壓器、三繞組和多繞組變壓器以及自 耦變壓

30、器；根據(jù)變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)，分為心式變壓器和殼式變壓器；按相數(shù)的多少， 分為單相變壓器和三相變壓器；按變壓器的冷卻方式和冷卻介質(zhì)的不同，分為空氣冷 卻的干式變壓器和用油冷卻的油浸式變壓器等。電力變壓器主要由五個部分組成：鐵芯、帶有絕緣的繞組、變壓器油、油箱、絕 緣套管。42鐵芯和繞組是變壓器進(jìn)行電磁感應(yīng)的基本部分，稱為器身。油起冷卻和絕緣作用；油箱起機械支撐、冷卻散熱和保護作用；套管主要起絕緣作用。下面簡要介 紹一下鐵芯和繞組。2.1.1鐵芯鐵芯是變壓器的磁路部分。為了提高磁路的磁導(dǎo)率和降低鐵芯內(nèi)的渦流損耗，鐵 芯通常用厚度為0.35mm、表面涂絕緣漆的含硅量較高的硅鋼片制成。鐵芯分為鐵芯 柱和

31、鐵軛兩部分，鐵芯柱上套繞組，鐵軛將鐵芯柱連接起來，使之形成閉合磁路。根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，鐵芯又分為芯式和殼式兩種。它們的主要區(qū)別是磁路形式不同， 即鐵芯與繞組相對位置不同，繞組被鐵芯包圍的，稱為殼式；鐵芯被繞組包圍的，稱 為芯式。圖2- 1和圖2-2分別是單相芯式和殼式變壓器的鐵芯示意圖。41圖2-1中，1為鐵芯柱，2為鐵軛，3為低壓繞組，4為高壓繞組。鐵芯的裝配方 法一般采用交錯式裝配，它是把剪成一定尺寸的長方形硅鋼片交錯疊裝而成。在疊裝時，相鄰層的接縫要錯開。為了減少裝配工時，通常用23張硅鋼片作一層。鐵芯柱一般做成階梯形的多邊形。階梯的級數(shù)越多，截面越接近于圓形，空間利用率就越 高，但制造工藝

32、就越復(fù)雜。圖2- 1單相芯式鐵芯圖2 2單相殼式鐵芯2.1.2.繞組繞組是變壓器的電路部分，一般用包有絕緣紙的鋁線或銅線繞成。變壓器中，接到高壓電網(wǎng)的繞組稱為高壓繞組， 接到低壓電網(wǎng)的繞組稱為低壓繞組。高、低壓繞組之間的相對位置有同芯式和交迭式兩種不同的排列方式。根據(jù)繞組繞制方法的不同，變壓器繞組可分為圓筒式、餅式、連續(xù)式、糾結(jié)式和螺旋式等幾種 主要形式。圖2 3與圖2 4給出了同芯式和交迭式繞組的示意圖。42to- E單相變壓器三相變壓器1）咼壓繞組 2）低壓繞組圖2- 3同芯式繞組圖2- 4交迭式繞組圓筒式繞組是最簡單的一種繞組形式，它是由一根或幾根并聯(lián)的絕緣導(dǎo)線沿鐵芯 柱高度方向連續(xù)繞制

33、而成，一般用作1063kVA三相變壓器的高壓繞組或低壓繞組。 餅式繞組是由一根或幾根并聯(lián)的絕緣扁線沿鐵芯柱的徑向一匝接著一匝地串聯(lián)繞制 而成，數(shù)匝成一餅。連續(xù)式繞組是由很多個線餅沿軸向串聯(lián)繞成，一般用于三相容量為630kVA及以上、電壓為3110kV的變壓器。糾結(jié)式繞組的外形與連續(xù)式繞組類 似，但焊接頭較多，這種繞組的線匝不是依次排列的，而是前后糾結(jié)在一起，一般用 于三相容量為6300kVA及以上、電壓為110330kV的變壓器。螺旋式繞組是由多根 扁線沿徑向并聯(lián)排列，然后沿鐵芯柱軸向高度像螺紋一樣，一匝跟著一匝地繞制而成， 這種繞組一般用于三相容量為 800kVA及以上、電壓為35kV及以下

34、的大電流變壓器。22變壓器繞組的變形形式變壓器繞組在過電流作用下受到的電動（特別是在出口短路情況下）如果超過其 可以耐受的機械強度，將會使得其發(fā)生永久性變形，一般可能并不導(dǎo)致立即損壞。變 壓器遭受短路電流沖擊的次數(shù)越多， 承受最大短路峰值電流的概率也就越高， 越可能 導(dǎo)致繞組變形。變壓器繞組變形的主要形式有以下幾種，詳見圖2-5。43永久彎曲變形局部曲翹變形軸向力引起的永久變形繞組位移繞組中部撐開導(dǎo)線變斜繞組倒塌圖2- 5繞組變形的主要形式1. 正常運行時電動力引起的損壞正常運行時電動力雖小，若繞組制造過程中存在線段松動、導(dǎo)線不平或有毛刺、 換位的彎折處進(jìn)入墊塊、換位處絕緣破損或卡破、墊塊不正

35、等缺陷，電動力引起的振 動會使這些缺陷擴大，導(dǎo)線間或?qū)Ь€與墊塊之間長期互相摩擦，終至絕緣損壞而放電， 這就出現(xiàn)正常運行中繞組突然損壞。2. 橫向電動力引起的永久彎曲變形與局部曲翹變形對外繞組，橫向電動力使導(dǎo)線受拉應(yīng)力。拉應(yīng)力過大，導(dǎo)線被拉長，繞組直徑擴 大，發(fā)生永久變形，導(dǎo)線間的匝絕緣也同時被拉長以至匝間絕緣破裂， 形成匝間短路, 引起弧光將繞組燒毀。對內(nèi)繞組，橫向電動力使導(dǎo)線受壓應(yīng)力。內(nèi)繞組內(nèi)壁是由撐條支撐的，壓應(yīng)力過 大，兩撐條間導(dǎo)線作為受壓力的梁因彎矩過大而發(fā)生永久彎曲變形。這種損壞繞組在整個圓周上的永久變形是基本對稱的（圖 2-5a）整個繞組并未失去穩(wěn)定性，這種損 壞比較少見。內(nèi)繞組由

36、于壓縮力而損壞的常見一種形式，是結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定的局部曲翹變形（圖2-5b），這是由于內(nèi)繞組在壓縮力的作用下，局部首先變形并擴大而形成 的。3 突然短路時主要由縱向電動力引起的損壞餅式繞組沿圓周由鶚尾墊塊支撐，縱向電動力過大時，兩墊塊間導(dǎo)線作為受壓力 的梁因彎矩過大而發(fā)生永久變形（圖 2- 5c），這種變形通常是圓周對稱的?？v向電動力還可以使繞組縱向發(fā)生位移， 如一個繞組整個向上提升，或一個繞組 中部某處撐開（圖2-5d，e）。這種損壞，往往是繞組制造或裝配不良，高低壓繞組 間原始狀態(tài)由位移而引起安匝不平衡所致。4突然短路時由縱向及橫向電動力同時作用引起的損壞在繞組端部主要是由縱向漏磁的縱向和橫向

37、分量產(chǎn)生的橫向和縱向電動力綜合 作用所引起。在繞組中部主要是由縱向磁場的縱向分量所產(chǎn)生的橫向電動力和橫向磁 場所產(chǎn)生的縱向電動力所引起。主要損壞現(xiàn)象為繞組發(fā)生扭轉(zhuǎn)，端部出頭沿圓周位移， 繞組導(dǎo)線歪斜甚至倒塌（圖2-5f，g）。2.3.變壓器繞組變形分析當(dāng)變壓器受到機械力或者電動力的沖擊后，繞組是否發(fā)生變形以及變形程度如 何，主要受以下兩個因素的影響：（1）變壓器繞組承受沖擊力的能力，這主要取決于 繞組的材料、結(jié)構(gòu)、制造工藝和應(yīng)力均勻性等。繞組所受沖擊力的特性，即沖擊力的大小、作用時間、作用頻率以及作用方式和范圍。2.3.1繞組的制造工藝和應(yīng)力設(shè)計變壓器繞組的引線、抽頭、段間過線、換位處、分接線

38、段、內(nèi)部焊接點及因繞制 或壓縮不緊而存在間隙處，都是結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)，容易引起變形。變壓器繞組一般使用銅線或鋁線繞制而成，而銅和鋁都是典型的塑性材料。當(dāng)應(yīng)力很小時，應(yīng)變與應(yīng)力之間服從虎克定律，呈線性關(guān)系，當(dāng)應(yīng)力超過一定量時，會出 現(xiàn)永久變形。當(dāng)永久變形超過 0.2%時，應(yīng)力-應(yīng)變曲線飽和，此時應(yīng)力稍有增加就 會導(dǎo)致永久變形的急劇增大15。就力的計算而言，橫向電磁力是很容易計算的。對軸向力而言，它是由橫向漏磁 場產(chǎn)生的。理論上講，只要高、低壓繞組安匝完全平衡，即不考慮端部軸向漏磁通的 彎曲，就不存在軸向電磁力。但是在一臺實際變壓器中，分接頭是存在的，必然會產(chǎn) 生剩余安匝，因此存在軸向電磁力44。

39、為了解決剩余安匝產(chǎn)生的軸向機械力， 繞組端部漏磁彎曲產(chǎn)生的軸向力，以及繞 組制造中高、低壓不平衡產(chǎn)生的內(nèi)部壓力，就必須在繞組兩端加壓力，壓緊繞組。綜上所述，這不僅是計算問題，也是實際結(jié)構(gòu)和工藝問題，更重要的是要將兩個 問題互相配合一致，才能達(dá)到所要求的機械強度。實際上，兩者很難達(dá)到完全一致， 這不僅因工廠不同而異，即使是同一廠、同一規(guī)格的產(chǎn)品，也往往難以一致（制造偏 差、安全系數(shù)偏差、其他隨機概率等）。232繞組所受沖擊力的類型1. 正常運行時電動力正常運行時電動力通常較小，但如果繞組在制造過程中存在缺陷，如繞組松動， 導(dǎo)線不平或有毛刺，換位的彎折處進(jìn)入墊塊，換位處絕緣損壞和墊塊不平等，電動力

40、 所引起的振動會使這些缺陷進(jìn)一步擴大，從而使繞組在正常運行時出現(xiàn)變形的可能， 而且導(dǎo)線和墊塊之間將可能長期互相摩擦， 甚至引發(fā)絕緣損壞與放電。另外，如果繞 組的熱穩(wěn)定性不夠，也可能在正常運行時發(fā)生繞組變形故障。2. 突然短路電動力突然短路的短路電流為正常額定電流的數(shù)倍至數(shù)十倍， 繞組所受的電動力與電流 的平方成正比，因此在短路情況下，電動力為正常運行時的數(shù)十至數(shù)百倍43。雖然短 路時間很短，但強大的沖擊電流將使變壓器繞組承受巨大而不均勻的電動力，尤其在變壓器出口及附近處短路時，巨大的短路電流和較小的短路阻抗使電動力更大，這種 強大的電動力將引發(fā)繞組產(chǎn)生各種類型的變形，這是變壓器繞組變形的主要原

41、因。3. 直接的機械沖擊力變壓器在制造、運輸、安裝、維修等過程中，往往會遭受到外部偶然的急速機械 沖擊力作用，根據(jù)牛頓力學(xué)定理F二ma，變壓器外殼將產(chǎn)生和所受外力同向的加速 或減速運動，改變其先前運動狀態(tài)，其運動狀態(tài)將會發(fā)生從靜止變?yōu)檫\動、 速度增加 或減小以及從運動變?yōu)殪o止等變化。 繞組位于內(nèi)部，由于慣性，它將繼續(xù)保持原來的 狀態(tài)，此時外殼和繞組發(fā)生了相對運動， 這將成為繞組變形的起因。視變壓器繞組與 外殼連接狀態(tài)的不同，繞組就將產(chǎn)生不同類型的變形或位移。綜上所述，變壓器受到巨大的機械沖擊力和電動力后， 如果其機械強度不足以承 受如此強大的沖擊時，繞組將會產(chǎn)生各種類型的變形和位移等故障。24

42、本章小結(jié)本章首先簡單地介紹了電力變壓器的結(jié)構(gòu)， 包括變壓器的分類，鐵芯和繞組所使 用的材料、裝配工藝，以及每種鐵芯或繞組的使用場合等。 緊接著對變壓器的繞組變 形形式進(jìn)行了總結(jié)。最后對影響繞組變形的因素進(jìn)行了分析，包括變壓器的制造工藝、 應(yīng)力設(shè)計以及繞組所受的沖擊力的類型等。 如果變壓器的機械強度不夠，則當(dāng)其受到 偶然的機械沖擊力和電動力后，將會產(chǎn)生各種類型的變形和位移。-15-頻響曲線不同頻段靈敏度分析第三章頻響曲線不同頻段靈敏度分析變壓器結(jié)構(gòu)一定時，繞組的參數(shù)和頻響曲線也就隨之確定，當(dāng)繞組發(fā)生變形時， 其電感、電容等分布參數(shù)就會發(fā)生相應(yīng)的改變，對應(yīng)的頻響曲線也會隨之改變。不同 參數(shù)的改變對

43、頻響曲線的影響是不同的，這一點始終被大家認(rèn)同。有研究認(rèn)為，繞組的電感發(fā)生變化，導(dǎo)致其幅頻特性曲線低頻部分的諧振頻率明顯變化 45；而高頻部分 則主要受電容參數(shù)的影響。為了尋求不同電感、電容參數(shù)變化與頻響曲線變化之間關(guān) 系的規(guī)律，本章進(jìn)行了一系列的計算和仿真。本章的計算分析基于圖12的變壓器繞組等效電路。3.1.靈敏度計算分析為了了解電感、電容等參數(shù)的變化分別對頻響曲線有什么樣的影響，我們引入了 靈敏度的概念。在不同的頻率段找出對頻響曲線影響最大的參數(shù)，從而對不同電感、 電容參數(shù)變化與頻響曲線變化之間關(guān)系的規(guī)律有一定認(rèn)識。3.1.1靈敏度定義靈敏度定義為：函數(shù)F的相對變化與參數(shù)x的相對變化之比，

44、即：(3 1)由上式求F對x的靈敏度時，可求出F對x的偏導(dǎo)數(shù)，再乘以x/F即可46 x不大時，由靈敏度的定義式可得出：(3 2)由此式可看出靈敏度越大，則由Ax引起的函數(shù)相對變化 F/F也越大，即F對x 的變化較敏感。根據(jù)靈敏度的定義，如果在某個頻段計算出頻響曲線對某個參數(shù)的林名度遠(yuǎn)較其 他參數(shù)大，則可認(rèn)為在該頻段，該參數(shù)的變化對頻響曲線變化的影響最大。3.1.2頻響曲線對不同參數(shù)靈敏度的計算對與圖1 2等效電路，當(dāng)只有一級時等效電路模型圖如下圖3 1:El圖3 - 1變壓器繞組等效電路一級模型 其電壓傳遞函數(shù)U2/U1為：s2LK1 12H (S) = s2LK1 s2LC2 1因為我們要考

45、察的是網(wǎng)絡(luò)幅頻特性對各個參數(shù)的靈敏度，將上式中的s以j代替，得：H(j)=2比 LK； 1七 LQ -國 LC； +1(3 4)分別由靈敏度定義3- 1求系統(tǒng)對Ki, C2, L的靈敏度，得:ST 4l2k1c2（1_ 九心）（1一 氣心 _ .2lc2）(3 5)o2LC21- 2lk 2lc2(3 6)心訐DhCiap(3 7)3.1.3靈敏度分析根據(jù)公式3-5, 3-6, 3-7,很容易知道:-21-當(dāng)當(dāng)C ><® < 時，傳遞函數(shù)對縱向電容的靈敏度變大， 此時幅頻特性曲線 LC1的變化主要反映匝間、餅間電容的變化；L：時，對地電容的影響逐漸變大，此時的幅頻特

46、性曲線變化主要受對地電容和縱向電容的影響。般電力變壓器，對應(yīng)于圖1-2所示等效電路的分布參數(shù)，電感L 一般在10-2H 數(shù)量級，縱向電容K 一般在10-11F數(shù)量級，對地電容一般在10-9F數(shù)量級。旳48由此 我們可以看出，在100kHz以下的低頻段，分布電感參數(shù)的改變對頻響曲線的影響最 大，在一百到幾百千赫茲的中頻段，縱向電容的改變會最大地影響頻響曲線地變化。以上計算分析均基于一級等效模型，為了驗證結(jié)論地可推廣性，需要對多級模型進(jìn)行分析研究。3.2.頻率響應(yīng)仿真為了方便對多級模型中，對不同電感、電容參數(shù)變化與頻響曲線變化之間關(guān)系的 研究，本課題利用了 PSPICE仿真軟件對分布參數(shù)改變前后的

47、頻響曲線進(jìn)行了仿真。321PSPICE仿真軟件簡介用于模擬電路仿真的 SPICE (Simulation Program with In tegrated Circuit Emphasis) 軟件于1972年由美國加州大學(xué)伯克利分校的計算機輔助設(shè)計小組利用FORTRAN語言開發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計算機輔助設(shè)計。PSPICE則是由美國Microsim公司在SPICE 2G版本的基礎(chǔ)上升級并用于 PC機上的PICE版本，并且引 入了圖形化界面?；赪indows平臺的PSPICE可以對電路進(jìn)行以下一些工作49,50,51,52：1 制作實際電路之前，仿真該電路的電性能，如計算直流工作點

48、(Bias Point),進(jìn)行直流掃描(DC Sweep)與交流掃描(AC Sweep )，顯示檢測點的電壓、電流波形等。2. 估計元器件變化(Parametric對電路造成的影響。3. 分析一些較難測量的電路特性，如進(jìn)行噪聲 (Noise )、頻譜(Fourier )、器件靈 敏度(Sensitivity )、溫度(Temperature分析等。4. 優(yōu)化設(shè)計?？傊?，PSPICE是一個模擬的 實驗臺”利用該軟件，可以做各種電路實驗和測 試，以便修改與優(yōu)化設(shè)計。它為我們分析與設(shè)計電路提供了強大的計算機仿真工具， 利用它對電路、信號與系統(tǒng)進(jìn)行輔助分析和設(shè)計，對電子工程、信息工程和自動控制 等領(lǐng)域

49、工作的人員具有很高的實用價值。3.2.2仿真電路變壓器在較高頻率(通常指1kHz以上)電壓的作用下，其鐵芯的磁導(dǎo)率幾乎與 空氣的一樣，繞組可以看作一個由線性電阻(很小，一般不考慮)、電感、電容等組成的無源線性分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，其等效電路如圖1-2所示。仿真中，用到的模型就是5級該分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，其中每級電路都是由一個電感、一個縱向電容和一個對地電容組成?？v向電容是指匝間電容及餅間電容。仿真電路如圖3-2圖3 2變壓器繞組頻率響應(yīng)仿真電路3.2.3仿真結(jié)果及分析仿真中，各參數(shù)取值如下:仿真結(jié)果如下圖3 3, 3 4,其中綠色曲線為參數(shù)未發(fā)生變化時的頻率響應(yīng)，紅色曲線為最后一級電感變?yōu)?3.69 X0-

50、2H （減小10%）時的頻率響應(yīng)，藍(lán)色曲線為最圖3 330 50kHz幅頻特性曲線表3 1計算機仿真參數(shù)參數(shù)LKC數(shù)值4.1 >10'2 H-112.0 >0F-91.2 >0 F圖3- 4100- 300kHz幅頻特性曲線由圖3-3可以看出，當(dāng)變壓器繞組各參數(shù)改變時，相應(yīng)的其頻響曲線的峰值及 諧振頻率也發(fā)生了變化。其中在 30-50kHz段可以看出相等量的變化（減小 10%） 時，縱向電容變化引起的頻響曲線變化很不明顯，兒電感參數(shù)的變化引起的頻響曲線 的諧振峰頻率及峰值改變明顯大于縱向電容參數(shù)的影響。由圖3-4可以看出，當(dāng)電感和縱向電容發(fā)生變化時，頻響曲線在100-

51、 300kHz頻段上都出現(xiàn)了新的諧振峰，其中由于縱向電容變化出現(xiàn)的諧振峰從峰值和諧振頻率 上都較電感參數(shù)引起的變化大。由計算機仿真結(jié)果得出結(jié)論，在 30- 100kHz頻段，電感參數(shù)對幅頻特性的影響 最大；在100- 300kHz頻段，縱向電容參數(shù)對幅頻特性曲線的影響最大?？紤]到仿真中使用的數(shù)據(jù)不具備一般性，但其數(shù)量級能夠在一定程度上反映出頻 譜的敏感頻段，因此我們可以認(rèn)為在 10- 100kHz之間的低頻段，幅頻特性曲線對電 感參數(shù)的改變最敏感；在100kHz到幾百kHz的中頻段，幅頻特性曲線對縱向電容參 數(shù)的改變最敏感。這一結(jié)果同樣證明了本文3.1節(jié)中的推論，證明了低頻段曲線的變化反映了電

52、感 參數(shù)的改變，而中頻段曲線的變化則反映了縱向電容參數(shù)的改變這一結(jié)論。33本章小結(jié)本章首先利用靈敏度的定義，對變壓器繞組等效電路一級模型進(jìn)行計算分析， 從 而對不同電感、電容參數(shù)變化與頻響曲線變化之間關(guān)系的規(guī)律有了一定認(rèn)識。認(rèn)為在100kHz以下的低頻段，分布電感參數(shù)的改變對頻響曲線的影響最大，在一百到幾百 千赫茲的中頻段，縱向電容的改變會最大地影響頻響曲線地變化。 接著利用計算機仿 真軟件PSPICE對變壓器等效電路進(jìn)行仿真分析，所得結(jié)論證明了之前認(rèn)識的正確性。-22-繞組變形統(tǒng)計分析第四章繞組變形與電感、電容參數(shù)變化的關(guān)系為了進(jìn)一步推導(dǎo)出各頻段曲線的變化與變壓器繞組各種類型變形的相對應(yīng)關(guān)系

53、， 本章由電感、電容參數(shù)的計算公式入手，得出了變壓器繞組各種類型的變形相對應(yīng)的 分布參數(shù)變化。4.1.繞組電感的計算因為在頻率較高時，鐵芯的影響可以忽略不計，此時繞組可以看成是空心繞組 其電感的計算可以根據(jù)空心繞組的電感公式進(jìn)行計算，即為2L =KW D (4 - 1)-29-式中:W繞組匝數(shù)；D -繞組平均直徑；K 電感系數(shù)，K = f(b,l,D),且與I、b成反比；I繞組的高度；b 繞組的厚度。從(4- 1)式中可以看出，W、D增加，即繞組的匝數(shù)增加、平均直徑增大時，繞 組電感量將增加；在 W、D 一定時，隨著I、b的增加，繞組電感量將減小。4.2. 繞組縱向電容的計算變壓器繞組的縱向電

54、容是指線匝之間的匝間電容和線餅之間的餅間電容，它們都是分布參數(shù)，分別用Ci和Cg表示。由平板電容計算公式得：° p 二 DhCi=ap(4 - 2)Cg母兀Db ad(4 - 3)式中；0為空氣的介電常數(shù)，；p、ap為匝絕緣的介電常數(shù)和兩邊厚度，；d、ad為 餅間絕緣的介電常數(shù)和絕緣厚度，h為導(dǎo)線的凈金屬高度，D、b的定義同(4-1)式。 從式(4-2)、(4-3)看出，當(dāng)D，h或b增大，ap或ad減小時，即繞組的平均直徑或厚度 增大、匝間或餅間距離減小，繞組的縱向電容增大；反之 D，h，b增大或ap，ad減小時，繞組得縱向電容減小。變壓器繞組等效電路中的縱向電容K為G、Cg的線性疊

55、加。4.3. 繞組變形與電感、電容參數(shù)變化的關(guān)系根據(jù)以上對繞組電感、電容計算公式的分析可知，繞組的形變與其分布參數(shù)的變 化具有一定的聯(lián)系。對于一個繞組來說，由于其匝數(shù)不會改變，如果其電抗發(fā)生改變，則必定是其結(jié) 構(gòu)尺寸發(fā)生改變，比如繞組的高度、等效直徑、繞組厚度等。所以如果繞組發(fā)生整體 變形，則相對應(yīng)的繞組高度I和等效直徑D就會發(fā)生變化，繞組的分布電感參數(shù)必定 會發(fā)生變化。對于局部變形，一般來講很難使I和D發(fā)生大的改變，因此引起的電感 量變化很小，而b、ap、ad等參數(shù)一般會有較大改變，相應(yīng)的繞組的縱向電容會有較 大的變化。44本章小結(jié)本章從電感、電容的計算公式入手，論證了繞組的分布參數(shù)與繞組的結(jié)構(gòu)尺寸之 間的關(guān)系，找到了繞組尺寸的變化與分布參數(shù)變化之間的關(guān)系。從而將繞組的形變與 繞組分布參數(shù)的變化聯(lián)系起來，為尋找繞組變形形式與頻響曲線變化之間的聯(lián)系奠定 了基礎(chǔ)。第五章繞組變形統(tǒng)計分析廣州電力局電力試驗研究所自1996年9月開始，采用武漢高壓研究所研制的“BRTC變壓器繞組特征測試儀”，應(yīng)用頻率響應(yīng)分析技術(shù)一“頻響法”，在廣州電網(wǎng) 開展電力變壓器繞組變形測試與診斷的研究應(yīng)用工作。到文章完成時止，已進(jìn)行了