基于频率响应分析法的变压器绕组匝间短路故障分析文献综述.doc

文献综述 基于频率响应分析法的变压器绕组匝间短路故障分析1 前言部分（阐明课题的研究背景和意义） 在电力系统的各种设备中，变压器是比较昂贵且很重要的设备之一，其安全运行将直接影响供电的安全有关变压器的历年统计资料均表明，其绕组是发生故障较多的部件之一，变压器内部短路故障占现代电力系统故障的70～80从解体检查情况看，绝大部分是由绕组变形引起的1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 国外研究表明短路故障发生的原因主要是变压器内部的绝缘失效2短路故障发生后故障绕组会产生很大的短路电流发热量等各种损耗加大反过来破坏绝缘引起变压器损坏变压器在运行过程中难免会受到各种故障短路电流的冲击一旦短路故障发生在变压器出口附近，变压器绕组将承受巨大的、不均匀的轴向和径向电动力的作用，可能导致绕组发生扭曲、鼓包等变形现象或移位，严重时甚至会导致突发性损坏事故国内许多大型变压器事故都是由于?溲蛊鞯脱共喽搪吩斐傻?变压器的抗短路能力已成为衡量变压器的重要指标是保障电网中、低压系统安全运行的必要条件为了及时发现变压器的事故隐患、避免突发事故、提高变压器运行的安全可靠性，开展变压器绕组诊断方法的研究具有十分重要的意义4。

频率响应法在电力系统中应用多年 积累了不少经验 技术上日趋成熟但实际运用中仍存在不确定因素如设备的抗干扰问题 提高现场绕组频响波形测试准确性问题 根据频响波形对绕组变形做出正确判断问题等解决上述问题需要设备研究人员不断提高技术水平 现场技术人员不断总结经验 才能提高应用频响法对变压器绕组变形分析判断力52 主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述） 绕组故障主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等产生这些故障的原因有以下几点6 : ①在制造或检修时 局部绝缘受到损害 遗留下缺陷 ②在运行中因散热不良或长期过载 绕组内有杂物落入 使温度过高绝缘老化 ③制造工艺不良 压制不紧 机械强度不能经受短路冲击 使绕组变形绝缘损坏 ④绕组受潮 绝缘膨胀堵塞油道 引起局部过热 ⑤绝缘油内混入水分而劣化或与空气接触面积过大 使油的酸价过高 绝缘水平下降或油面太低 部分绕组露在空气中未能及时处理由于上述种种原因 在运行中一经发生绝缘击穿 就会造成绕组的短路或接地故障匝间短路时的故障现象是变压器过热油温增高 电源侧电流略有增大 各相直流电阻不平衡轻微的匝间短路可以引起瓦斯保护动作 严重时差动保护或电源侧的过流保护也会动作。

发现匝间短路应及时处理 因为绕组匝间短路常常会引起更为严重的单相接地或相间短路等故障7 频率响应分析法是在较宽的频带上测量变压器绕组的传递函数并分析绕组的频率响应特性判断绕组状态的方法8因注入绕组的信号不同有两种不同的方法测量绕组的频率响应:①将一稳定的正弦波扫频信号施加到被试变压器绕组的一端此方法称为扫频法由加拿大的Dick于1978年首次提出②将一脉冲信号注入被试绕组的一端同时记录该脉冲信号和另一端的响应信号并将此两信号转换为频域信号得绕组的频率响应特性此方法称为脉冲响应法或传递函数法由加拿大的Malewski于1988年首次提出，脉冲电压的幅值为100V～2kV9 荷兰Vaessen用数字化仪记录时域信号提高了频谱在幅值和相位上的分辨 10率 德国的Feser 和Christian等人对此法作了大量研究脉冲响应法的测量时间比扫频法要短但德国的Wenzel认为时域信号很小的误差会对高频段传递函数造成很大的影响，另外扫频法相对于脉冲响应法有以下优点:信噪比好在整个测量的频段上有相等或近似相等的精度获得的频率范围更宽测量需要的设备少因此变压器绕组变形的频率响应分析法大都采用扫频法测量11。

德国的Gharehpetian等人通过建模及测量发现在1～10MHz范围内出现因绕组谐振引起的高频过电压现象12加拿大M. Wang等人在研究绕组的微小变形时频率响应曲线在10 MHz 范围内变化影响频率响应测量结果的因素有:并联电阻、高压套管、变压器中性点接地方式、测量引线结果表明测量引线和并联电阻对高频下的测量结果影响最大在减小测量系统影响条件下1MHz频段的测量结果更能反映绕组微小的变化 M.Wang等人提出了HIFRA法将最高频率扩展到10MHz 提高了频率响应分析法的灵敏度能及时发现变压器绕组的变形13该方法的主要指导思想是尽量减小测量系统对频率响应的影响将传感器放置在变压器内部目前该法在实验室中做到了10MHz但在现场只做到3MHz 高朝霞马涛王永儿汲胜昌对电力变压器进行短路阻抗测试时，采用三相等效测试法或单相测试法2种方法1通常对于三相变压器，采用三相等效测试法直接计算出三相短路阻抗的平均值，与铭牌值进行比较如果发现需要进一步检查每相的短路阻抗，则可采用单相测试法进行相间比较 林剑马明龚列谦夏晓波分析频率响应法原理并利用Matlab仿真变压器绕组频响曲线分析频率和谐振点的关系并根据测试实例分析各种因素对变压器绕组变形试验的影响3。

仿真时仿真级数为n 7输入扫频信号源的幅值取为l设置扫频起始频率为1kHz 终止频率为10MHz当绕组内部发生串联谐振则在频响图上出现正尖峰当绕组的内部发生了并联谐振则在频响图上会出现负尖峰同时绕组模型有n 级频响曲线就有n - 1个正尖峰n - 1个负尖峰 褚炳龙采用武汉高压研究所研制生产的BRTC2Ⅱ电力变压器绕组特征测量仪通过对大量110 kV及以上变压器绕组频响特性曲线分析发现8:变压器三相频响特性曲线相关性较好绝大部分可以通过三相频响特性曲线比较分析来初步判断变压器绕组的变形情况但由于无原始频响特性曲线仅通过相间比较来判断变压器绕组的变形程度国内也有发生误判断的事例 胡冠中 姚缨英 倪光正提出一种简单有效的建模方法用于变压器绕组内部短路故障的仿真计算4首先根据变压器绕组的绕制方式以及故障类型建立相应的有限元分析模型用场路耦合有限元分析方法分析短路试验条件下的变压器电磁场的分布通过电磁分析得到等效参数用于建立变压器系统状态方程进一步利用Matlab /Simu2link求得端部电量的变化规律 马超从现场应用出发，分析了变形频响法和低压短路阻抗法的优缺，提出频响法结合低压短路阻抗法、电容量测试及其他试验辅助的综合诊断，对频率响应分析法的诊断结果进行了技术分析和现场实际应用要点的总结16。

1频响法和低电压短路阻抗法对于反映绕组变形各有优缺点现场用于独立判断均有其缺陷2现场诊断频响法和低电压短路阻抗法应结合电容量变化及其他一些试验结果辅助进行综合判断，特别是对于绕组变形累积效应的判断，需要对各种方法的长短熟悉了解，同时也需要丰富现场经验，不断总结规律3频响法灵敏度高，易受各种因素影响，引线长短、感应电压、杂散电容等因素影响程度较大，在现场试验时从多方面考虑，避免误判 何平，文习山对绕组频率响应的分析方法主要是基于幅频响应曲线的分析因此从频段划分、幅频曲线特征的分析及曲线相似指数3方面综述了幅频响应曲线的研究现状介绍了频率响应分析法的原理从扫频范围的选择和影响测量的因素2方面讨论了绕组频率响应的测量认为应建立原始的绕组频率响应数据库在反映绕组变形程度的曲线相似指数研究方面有待于提出切实有效的量化标准17 用频率响应法检测电力变压器线圈的变形情况是目前不断发展的一项新技术国外一些国家已将其列入变压器的检测项?课夜鶪B 50150- 2006已把绕组变形列入大型变压器的交接试验项目 国内多采用现代网络分析技术，通过测量传递函数来诊断变压器绕组是否发生变形目前国内一些厂家已开发出可在低电压下测量出变压器短路阻抗以判断绕组是否变形的测量仪器，现场操作大为简化，正在推广和积累经验。

3 总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测） 本文介绍了频率响应频响分析法检测变压器绕组匝间短路故障的原理及测试方法对频率响应试验结果的分析方法有多种，各有优点和前提，要结合实际情况合理采用，也要顾及其它常规试验结果，做出综合分析为保证试验结果的正确性，要排除一切内外部干扰，处理好试验过程中的各个环节为保证试验的长期规范性、准确性，在试验管理方面，要做好相关约定；在试验人员方面，要做好培训，使试验人员能掌握正确的试验方法，并有一定的分析判断能力，避免人为失误导致错误的试验结果，进而造成误判 频响法是测试绕组变形的一项比较有效的方法，对影响绕组电容和电感的变形都比较灵敏14；以频率响应法为基础的变压器绕组变形测试，能行之有效地反映出接触不良、幅相拉伸与压缩、轴向拉伸与压缩等变形情况，是不可缺少的试验项目对于匝间短路的情况，仅通过标准给出的判据来判断容易发生误判，可将这种情况单独考虑，也可适当的调整频域分段或根据经验从图形得到正确的结论 在实际的运用中，应灵活地结合这种诊断方法，从而更有效、准确地对变压器的绕组变形进行分析和判断频率响应法测试变压器绕组变形时最好1kHz～1MHz 范围内此时绕组的分布电容和电感均发挥作用其频率响应特性具有较多的谐振点能够灵敏的反映绕组变形情况15。

用频响分析法测试变压器绕组变形时测试现场有气焊干扰、套管末屏是否解开、测试接地点不同和人体是否靠近测试点等因素对测试结果均有影响其中套管末屏是否解开和人体是否靠近测试点对测试结果影响不大仅在高频段稍微发生偏移而气焊干扰和测试接地点不同对测试结果影响较大在中频段就发生大幅偏移实际测试时应当特别予以重视 可以用一种分析变压器绕组内部短路故障的数值建模和仿真方法为故障变压器的电磁分析建立一个简单有效的模型该模型精细模拟绕组结构并通过有限元分析过程中的特殊处理使变压器绕组中的短路故障较为真实地在数值仿真中得以实现使用有限元分析提取等效参数并结合系统状态方程方法研究变压器匝对地短路和匝间短路现象利用该方法计算一台单相双绕组变压器在不同类型故障情况下端部电量和磁场分布与故障位置之间的关系仿真结果证明:该模型简单有效以较小的计算代价实现了对变压器内部短路时端口电量进行研究的目的所得结论有益于变压器的故障检测和诊断 近年来，我国的电力事业迅速发展，给电力变压器的短路故障分析提出了更高的要求，通过对国内外水平了解和认识，找出存在不足和缺陷，提出以后变压器绕组间短路故障分析的发展方向，可提高电网的管理水平、减小事故经济损失。

4 参考文献〔1〕高朝霞马涛 王永儿 汲胜昌.短路阻抗法结合频响法诊断变压器绕组变形的分析与应用J. 电力设备200612：32-34.〔2〕刘文松余昌洪. 变压器绕组变形测试技术探讨J.广东技 2006710：120-121.〔3〕林剑 马明 龚列谦夏晓波. 变压器绕组变形的频率响应分析法研究及实测中影响因素分析J. 电力学报201025（03）：225-227.〔4〕胡冠中姚缨英倪光正. 变压器绕组内部短路故障的数值仿真方法J. 浙江理工大学学报200623（03）：336-341.〔5〕梁广恒李莉. 频率响应法测试变压器绕组变形J.电力安全技术，2006，8（03）：51-53.〔6〕龙坤，陈亚军唐俊.频率响应法在诊断绕组变形中的应用J. 电气传动自动化200603：53-56.〔7〕杭洋. 黄伟用频率响应试验法判断绕组变形及试验注意事项J. 农村电气化2010274（03）：48-50.〔8〕褚炳龙. 频率响应法分析变压器绕组变形J. 武钢技术 201048（01）：36-39；〔9〕严玉婷江健武王亚舟王伟坚杨益公. 变压器绕组变形测试的理论分析与试验研究J.高压电器20104605：55-59.〔10〕高喜玲.电力变压器常见故障分析及处理电力变压器常见故障分析及处理J. 煤矿机械 20082909：200-202.〔11〕郭秉义齐平生赵长青 李俊平.频率响应法结合短路阻抗法诊断变压器绕组变形状况的实践J. 内蒙古电力技术 200927（05）：29-32.〔12〕吴。