唐民富 方 笑 田 維 羅思瑤

（1．國網(wǎng)湘西供電公司，湖南 吉首416000；2．國網(wǎng)益陽供電公司，湖南 益陽413000）

0 引言

繞組變形是指電力變壓器繞組在機(jī)械力或電動力作用下發(fā)生的軸向或徑向尺寸變化，通常表現(xiàn)出繞組局部扭曲、鼓包或移位等特征［1］。短路電流沖擊、外部沖撞等均有可能導(dǎo)致變壓器繞組發(fā)生變形，致使變壓器絕緣損壞，從而影響變壓器的安全運(yùn)行。因此，當(dāng)變壓器遭受近區(qū)短路故障、雷電和合閘沖擊，或經(jīng)過長途運(yùn)輸后，應(yīng)開展繞組變形試驗。

當(dāng)前變壓器繞組變形檢測工作中，頻率響應(yīng)分析法（Frequency Response Analysis，F(xiàn)RA）簡稱頻響法，具有靈敏度高、綜合分析全面、應(yīng)用廣泛的特點，但應(yīng)用過程中對現(xiàn)場條件的要求也比較嚴(yán)格。

文獻(xiàn)［2］對繞組變形測試的頻響法理論進(jìn)行了深入分析。文獻(xiàn)［3－5］從現(xiàn)場工作經(jīng)驗出發(fā)詳細(xì)論述了應(yīng)用頻響法測量變壓器繞組變形時的影響因素，但未對各類影響因素產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行理論分析。本文將從頻率響應(yīng)分析法的基本理論出發(fā)，從理論角度對變壓器繞組殘余電荷的影響機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 頻響法基本原理

在較高頻率的電壓作用下，變壓器的每個繞組均可視為一個由線性電阻、電感（互感）、電容等分布參數(shù)構(gòu)成的無源線性二端口網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)部特性可通過傳遞函數(shù)H（jω）描述，如圖1所示。

圖1 頻響法原理圖

如果變壓器的繞組發(fā)生了變形，那么繞組內(nèi)部的分布電感L、電容C等參數(shù)必然改變，導(dǎo)致等效網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)H（jω）的零點、極點發(fā)生變化，從而改變網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性。用頻響法檢測變壓器繞組變形，正是通過檢側(cè)變壓器各個繞組的幅頻響應(yīng)特性，并對檢測結(jié)果進(jìn)行縱向或橫向比較，根據(jù)幅頻響應(yīng)特性的差異來判斷變壓器可能發(fā)生的繞組變形［1］。

變壓器繞組的幅頻響應(yīng)特性曲線采用頻率掃描方式獲得。連續(xù)改變外施正弦波激勵源Us的頻率（角頻率ω＝2πf），測量在不同頻率下的響應(yīng)端電壓U2和激勵源U1的信號幅值之比，即可獲得指定激勵端和響應(yīng)端情況下繞組的幅頻響應(yīng)曲線。

圖1中，L、C1及C2分別為繞組單位長度的分布電感、分布電容及對地分布電容，U1、U2分別為等效網(wǎng)絡(luò)的激勵端電壓和響應(yīng)端電壓，Us為正弦波激勵信號源電壓，Rs為信號源輸出阻抗，R為匹配電阻。測得的幅頻響應(yīng)曲線常用對數(shù)形式表示，即對電壓幅值進(jìn)行如下處理：

式中，H（f）表示頻率為f時的傳遞函數(shù)的模｜H（jω）｜；U2（f）、U1（f）表示頻率為f時的響應(yīng)端和激勵端電壓的峰值或有效值｜U2（jω）｜、｜U1（jω）｜。

2 殘余電荷對頻率響應(yīng)的影響機(jī)理

用頻響法測量變壓器繞組變形的一個重要前提是變壓器繞組可以等效成一個無源的二端口網(wǎng)絡(luò)。此時，根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的性質(zhì)可知一定滿足U2（f）＜U1（f），由于H（f）＝20log［U2（f）／U1（f）］，所以：

現(xiàn)場實際工作中，當(dāng)變壓器剛停電或剛做完直流試驗項目后未進(jìn)行充分放電時，在變壓器繞組中電容元件可能會帶有電荷，此時相當(dāng)于變壓器繞組內(nèi)部含有源元件，如圖2所示。

圖2 殘余電荷對頻響法的影響原理圖

在內(nèi)部電容元件充有電荷的情況下應(yīng)用繞組變形頻率響應(yīng)分析法時，這些電容儲存的電荷會釋放出來，影響輸出函數(shù)U2（f），造成輸出結(jié)果的不確定性，會出現(xiàn)U2（f）≥U1（f）的情況，當(dāng)U2（f）＞U1（f）時有 H（f）＞0，此時的繞組頻響曲線與不含電荷時相比將明顯抬高。

3 實例分析

某變電站發(fā)生主變跳閘事故后，檢修人員對變壓器進(jìn)行繞組變形診斷試驗，在對低壓繞組進(jìn)行測量后，試驗儀器給出的診斷結(jié)果是低壓繞組可能存在變形，頻率響應(yīng)曲線如圖3所示。

對圖3進(jìn)行仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，ab繞組的頻響曲線在中高頻后明顯上翹，其響應(yīng)值明顯大于0。根據(jù)式（1）可知，在沒有干擾因素的情況下，由于U2（f）的幅值小于U1（f），H（f）應(yīng)小于0，即整條頻率響應(yīng)曲線應(yīng)處于0刻度以下，圖中頻響曲線上翹超出0值極有可能是繞組內(nèi)部具有殘余電荷所致。

圖3 未排除干擾前低壓繞組頻響曲線

放置一段時間并進(jìn)行充分放電后，重新對該變壓器進(jìn)行繞組變形測試，試驗儀器給出的測試結(jié)論為：低壓繞組未發(fā)生明顯變形，頻率響應(yīng)曲線如圖4所示。

圖4 排除干擾后低壓繞組頻響曲線

從圖中可以看出，經(jīng)過放置和充分放電后，低壓繞組頻率響應(yīng)曲線全部處于0刻度以下，并具有較好的重合度，按照橫向比較方法可得出低壓繞組無明顯變形的結(jié)論。這證明了前面對于繞組殘余電荷對頻率響應(yīng)結(jié)果影響推斷的正確性。

4 結(jié)語

（1）變壓器繞組殘存電荷時，殘余電荷對頻響曲線具有明顯影響，表現(xiàn)為抬高頻響曲線，使頻響曲線出現(xiàn)大于0的情況。

（2）在現(xiàn)場工作中，影響頻響曲線的因素很多，應(yīng)多積累經(jīng)驗，仔細(xì)甄別，去偽存真。

（3）用頻響法測量繞組變形，具有不能定量分析的缺陷，應(yīng)結(jié)合其他如短路阻抗法、油色譜分析、電容量測試等相關(guān)手段進(jìn)行綜合分析，避免以偏概全和誤判斷。

［1］DL／T911—2004 電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法［S］

［2］舒乃秋，武劍利，王曉琪．頻率響應(yīng)分析法檢測電力變壓器繞組變形的理論研究［J］．變壓器，2005（10）：23～26

［3］曹小龍，胡春梅，曹小虎，等．變壓器頻率響應(yīng)法測試結(jié)果的影響因素分析及改善［J］．高壓電器，2012（7）：81～87

［4］何平，文習(xí)山．變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法綜述［J］．高電壓技術(shù)，2006（5）：37～41

［5］李晨，李強(qiáng)，孫昭昌，等．變壓器繞組變形的影響因素及出口短路后分析［J］．變壓器，2013（8）：66～70