CN1042173C

CN1042173C - 变压器绕组伤变测试系统及带电诊断

Info

Publication number: CN1042173C
Application number: CN 93109796
Authority: CN
Inventors: 刘连睿; 邵长顺; 董凤宇
Original assignee: BEIJING INST OF ELECTRIC POWER SCIENCE
Current assignee: BEIJING INST OF ELECTRIC POWER SCIENCE
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: CN1099138A

Abstract

本发明提出了一种由计算机、频响分析仪、绘图仪和频响信号传感器为主要设备的变压器绕组伤变测试系统和用该系统带电诊断变压器伤变程度的方法。测试系统具有极高的灵敏度和分辨力，具有极强的抗干扰能力和极好的重复性，且体积小、重量轻、运输携带方便；测试、诊断方法具有在线测试、智能化程度高、判断准确、自动显示、可以纸或软盘存储等优点。

Description

变压器绕组伤变测试系统及带电诊断

本发明属电气测量领域。它涉及对电缆变压器绕组变形或匝间电击穿进行带电测试的一种高智能化的频响分析测试系统和用该系统带电诊断变压器绕组伤变的方法。

电力变压器在运行中难免会遭受到各种短路故障的冲击，极大的短路电流在绕组中引起巨大的冲击电动力，是正常运行时绕组所受电动力的几十倍至几百倍，常常导致变压器绕组发生轴向、幅向尺寸改变；绕组扭曲、位移等变形现象；在运输过程中偶尔发生碰撞也会造成变压器绕组位移或变形；变压器还会遭受雷击过电压的侵害，导致绕组匝间电击穿。而变压器在发生了上述伤害或变形后，往往不会立即发生停电事故，将会继续运行一段时间后产生突发性绕组损坏停电事故，给电力企业及社会造成巨大经济损失。各国的运行经验表明绕组伤变是变压器损坏的主要原因。

目前，许多国家都致力于变压器绕组变形诊断技术的研究。与本发明相关的背景技术有：在IEEE会刊1978年N0.6期由加拿大安大略水文研究部发表的《用频响法进行变压器诊断试验》；1982年该文又在加拿大EPRI进行登记，登记号为1358800；1987年第15届高压工程国际专题讨论会记录二卷发表的《三相高压变压器故障检测和定位不同方法》一文，所介绍的频响分析法测变压器绕组变形时，都需要将电力变压器退出运行，即将电力变压器“隔离”“将所有绝缘套管上的母线拆开......”。所以它们的缺点是：1，不能进行变压器的现场带电测试。2，智能化程度低，没有辨别变形的定量判据，不能当场判定绕组是否伤变和伤变的程度。

本发明的目的是提供一种由计算机、频响分析仪和绘图仪为主要设备的变压器绕组伤变测试系统和带电测试方法，并提出辨别变压器绕组伤变程度的判据。

本发明所提出的变压器绕组伤变测试系统的具体方案是由电源变压器(I)、频率响应分析仪(II)、微型计算机(III)、绘图仪(IV)、测量电缆(VI)、接线盒(VII)、和频响信号传感器(VIII)组成变压器绕组伤变测试系统，该测试系统的连接关系是：频率响应分析仪(II)通过IEEE488接口与绘图仪(IV)连接；电源变压器(I)有三根输出电源线，分别接至频率响应分析仪(II)，微型计算机(III)和绘图仪(IV)的交流电源接线端子上；频率响应分析仪(II)的输出端经一条测量电缆(VI-1)接至一个接线盒1(VII-1)的一端，接线盒1(VII-1)的另一端接至被测变压器中性点处的频响信号传感器1(VIII-1)上；频率响应分析仪(II)的两个输入端子U1和U2，其中输入端子U1经第二条测量电缆(VI-2)并接在上述接线盒1(VII-1)的一端；输入端子U2经第三条测量电缆(VI-3)接至另一接线盒2(VII-2)的一端，接线盒2(VII-2)的另一端接至被测变压器某相高压套管屏蔽末端处的频响信号传感器2(VIII-2)上；频响信号传感器1、2的屏蔽与第三条测量电缆(VI-3)和第二条测量电缆(VI-2)的屏蔽相接。其中，电源变压器(I)是具有三重屏蔽的超隔离专用电源变压器；它的频率响应分析仪(II)是带有IEEE488接口的频率响应分析仪，其扫描输出的主要性能指标不低于：输出电压幅值0～3伏，输出正弦波失真度＜2％，输出频率范围10兆赫芝～20兆赫芝，扫描幅频分率0.001分贝，相位分辨率0.01，检测灵敏度1微伏，共模抑制能力＞50分贝；它的微型计算机(III)是便携式的，至少有20兆字节硬盘，带软驱，1个扩充槽、2个串口、1个并口；它的绘图仪(IV)是6笔X-Y型带IEEE488接口的绘图仪；其测量电缆(VI)是3根长20米、波阻抗50欧姆的同轴电缆；其接线盒(VII)是带有与电缆特性阻抗匹配元件的接线盒；其频响信号传感器(VIII)是一个具有闭环铁心、高频感应线圈接常规交流放大器、具有10千赫芝～2兆赫芝的高通泸波器。

用上述测量系统实现变压器伤变的带电诊断方法是用图1所示出的变压器绕组伤变测试系统，测得被测变压器初投运时各绕组在线的频响特性曲线，作为该变压器绕组在线的历史频响特性曲线；

当电力系统发生事故后，需要判断该变压器是否还能安全运行时，至少由以下步骤来完成：

(1)打开计算机，将上述被测变压器初投运时各绕组在线的历史频响特性曲线输入到计算机中。

(2)将下列变压器绕组伤变的判据公式输入到计算机中：

绕组之间比较的判据公式：

E 1 = \sqrt{\frac{[B_{1} (1) - B_{2} (1)] + [B_{1} (2) - B_{2} (2)] + \dots \dots}{N}} > 3

式中E1为两条频响特性曲线差的均方根值，N为离散点数，B₁为一相绕组的时实测量频响特性曲线，B₂为另一相绕组的时实测量频响特性曲线；

与历史频响特性曲线相比较的判据公式：

E 2 = \sqrt{\frac{[B_{3} (1) - B_{4} (1)] + [B_{3} (2) - B_{4} (2)] + \dots \dots}{N}} > 0.1

式中E2为两条频响特性曲线差的均方根值，N为离散点数，B3为历史频响特性曲线，B4为时实测量频响特性曲线；

(3)，启动已经存在计算机中的测试管理程序：a，启动频率响应分析仪；b，时实测量出被测变压器各相绕组事故后的频响特性曲线；c，与初投运时测得的历史频响特性曲线相比较，屏幕定时显示每相的两条频响特性曲线；d，启动绘图仪，连续绘出每相绕组的两条频响特性曲线；e，计算出每两条频响特性曲线差的均方根值，并与判据E2相比较，写出结果；f，将以上曲线和计算比较的结果以纸或软盘形式存档。

若被测变压器没有初投运时的历史频响特性曲线，则c，款是用绕组之间的频响特性曲线相比较，屏幕定时显示相与相的两条频响特性曲线；d，款连续绘出每两相绕组的两条频响特性曲线；e，款则计算出每两条频响特性曲线差的均方根值，并与判据E1相比较，写出结果；f，将以上曲线和计算比较的结果以纸或软盘形式存档。

若被测变压器被迫退出运行，用频率响应分析仪不经频响信号传感器测得被测变压器事故后的各绕组的频响特性曲线，与出厂时各绕组的频响特性曲线(作为该变压器绕组离线的历史频响特性曲线)作比较，可用判据E2来判断该被测变压器是否有严重变形。

实验证明：

1，一台变压器的三相绕组的三条频响特性曲线完全相同。

2，同一厂家出产的同一型号的变压器绕组的频响特性曲线完全相同。

3，带电变压器的频响特性曲线与不带电变压器的频响特性曲线的形状完全相同。

对不带电(离线)变压器绕组作频响特性曲线测试时，不需接频响信号传感器。

本发明优点即有益效果是：

1，测试系统具有很高的灵敏度和分辨率，所提出的判据准确，对于变压器绕组发生一匝短路或饼间距离减小了3毫米的伤变都能用本发明的判据辨别出来。

2，抗干扰能力强。在220千伏、110千伏、35千伏母线下进行带电测试，未见干扰信号叠加在测得的频响特性曲线上。

3，测试结果具有极好的重复性，对同一个绕组在带电情况下，相隔2～3个月，甚至1～2年所测得的频响特性曲线仍保持很好的一致性。

4，智能化程度高，对测试曲线、计算、比较、得出结论都自动显示，并能以纸或软盘形式储存。

附图说明：

图1，变压器绕组伤变测试系统及带电诊断接线图

图中：I............电源变压器

II............频率响应分析仪

III............微型计算机

IV............绘图仪

V............IEEE488接口

VI…………测量电缆

VI-1………第一条测量电缆

VI-2………第二条测量电缆

VI-3………第三条测量电缆

VII………接线盒

VII-1………接线盒1

VII-2………接线盒2

VIII………频响信号传感器

VIII-1………频响信号传感器1

VIII-2………频响信号传感器2

图2带电诊断变压器绕组伤变方法的流程图。

图3，频响信号传感器原理图

图中：301…………环形铁心

302…………高频感应线圈

303…………交流放大器

图4，发生变形的被测变压器高压绕组频响特性曲线图

图5，带电诊断某110千伏变压器三相高压绕组频响特性曲线图

图6，有一匝短路的变压器绕组频响特性曲线图

下面用实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：事故后，在线诊断变压器绕组变形的实例。图4是发生了变形的被测变压器高压绕组的频响特性曲线与初次投运时带电测得的三相高压绕组频响特性曲线图。图中：

为初次投运时带电测得的三相高压绕组频响特性曲线1

-------- 为事故后带电测得的A相高压绕组频响特性曲线2

………… 为事故后带电测得的B相高压绕组频响特性曲线3

＿＿＿＿＿为事故后带电测得的C相高压绕组频响特性曲线4(几乎与曲线1重合)

记录指出：曲线2与曲线1差的均方根值EA＝8.8＞0.1

曲线3与曲线1差的均方根值EB＝6.7＞0.1

曲线4与曲线1差的均方根值EB＝0.01＜0.1

结论：该变压器的A相B相高压绕组发生了严重变形。(E比E2大得越多变形越严重)

实施例2：对运行多年的变压器进行诊断性测试。

对某变电站运行的、型号为SFS-31500/110的、出厂号为：10539-1、某某厂家出品的、初投运日期为1975年7月5日的变压器进行在线测试，图5为1993年5月10日带电测出的该110千伏变压器三相高压绕组的频响特性曲线。图中：

为A相绕组的频响特性曲线。

-------- 为C相绕组的频响特性曲线。

………… 为B相绕组的频响特性曲线。

此变压器没有历史的频响特性曲线，用各相绕组频响特性曲线之间差的均方根值进行判断。

其结果是：E_AB＝1.1＜3

E_BC＝0.8＜3

E_AC＝0.8＜3

结论：该变压器的绕组未发生变形。

实施例3：对受雷击后的变压器进行在线诊断。

图6是受雷击后在线测得的变压器某相绕组的频响特性曲线和该变压器初次投运时的历史频响特性曲线图。

图中：............为初次投运时的历史频响特性曲线

为受雷击后在线测得的变压器某相绕组的频响特性曲线计算结果：两条曲线差的均方根值E＝0.11＞0.1结论：该变压器绕组有伤变，但不太严重。在对该变压器进行计划检修时，检查到某相绕组端部有一匝短路。

Claims

1，变压器绕组伤变测试系统，它具有电源变压器，频率响应分析仪，绘图仪，测量电缆及接线盒，其特征在于：它还有微型计算机和频响信号传感器，其连接关系是：频率响应分析仪通过IEEE488接口与绘图仪连接；电源变压器有三根输出电源线，分另接至频率响应分析仪，微型计算机和绘图仪的交流电源接线端子上；频率响应分析仪的输出端U0经一条测量电缆接至一个接线盒1的一端，接线盒1的另一端接至被测变压器中性点处的频响信号传感器1上；频率响应分析仪的两个输入端子U1和U2，其中输入端子U1经第二条测量电缆并接在上述接线盒1的一端；输入端子II经第三条测量电缆接至另一接线盒2的一端，接线盒2的另一端接至被测变压器高压套管屏蔽末端处的频响信号传感器2上。

2，如权利要求1所述的变压器绕组伤变测试系统，其特征在于：其电源变压器是具有三重屏蔽的超隔离专用电源变压器；它的频率响应分析仪是带有IEEE488接口的频率响应分析仪，其扫描输出的主要性能指标不低于：输出电压幅值0～3伏，输出正弦波失真度＜2％，输出频率范围10兆赫芝～20兆赫芝，扫描幅频分率0.001分贝，相位分辨率0.01，检测灵敏度1微伏，共模抑制能力＞50分贝；它的微型计算机是便携式的，至少有20兆字节硬盘，带软驱，1个扩充槽、2个串口、1个并口；它的绘图仪是6笔X-Y型带IEEE488接口的绘图仪；其测量电缆是3根长20米、波阻抗50欧姆的同轴电缆；其接线盒是带有与电缆特性阻抗匹配元件的接线盒；其频响信号传感器是一个具有闭环铁心、高频感应线圈接常规交流放大器、具有10千赫芝～2兆赫芝的高通泸波器。

3，一种变压器绕组伤变的带电诊断方法，是用频率响应分析仪测得被测变压器出厂时各绕组的频响特性曲线，作为该变压器绕组离线的历史频响特性曲线；其特征在于：用权利要求1或2所述的变压器绕组伤变测试系统，测得被测变压器初投运时各绕组在线的频响特性曲线，作为该变压器绕组在线的历史频响特性曲线；

(2)将下列变压器绕组伤变的判据公式输入到计算机中：

绕组之间比较的判据公式：

E 1 = \sqrt{\frac{[B_{1} (1) - B_{2} (1)] + [B_{1} (2) - B_{2} (2)] + \dots \dots}{N}} > 3

与历史频响特性曲线相比较的判据公式：

E 2 = \sqrt{\frac{[B_{3} (1) - B_{4} (1)] + [B_{3} (2) - B_{4} (2)] + \dots \dots}{N}} > 0.1

(3)，启动已经存在计算机中的测试管理程序：a，启动频率响应分析仪；b，时实测量出被测变压器各相绕组事故后的频响特性曲线；c，与初投运时测得的历史频响特性曲线相比较，屏幕定时显示每相的两条频响特性曲线；d，启动绘图仪，连续绘出每相绕组的两条频响特性曲线；e，计算出每两条频响特性曲线差的均方根值，并与判据E2相比较，写出结果；