CN1099138A - 变压器绕组伤变测试系统及带电诊断 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种计算机、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的具体实施 方案，并提出了用该系统进行带电诊断变压器绕组伤 变的位置和伤变程度的方法。

测试系统具有极高的灵敏度和分辨力、具有极强 的抗干扰能力和重复性，还具有体积小、重量轻、运输 携带方便，测试方法具有智能化高、测试准确、快捷， 对测试结果具有定性和定量的分析、自动显示和以软 盘和图纸形式储存等优点。

Description

本发明属电气测量领域。它涉及对电力变压器绕组变形或匝间电击穿进行测试的一种高智能化的频响分析测试系统和利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以避免地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、绕组扭曲或位移等变形现象;在运输中偶尔发生碰撞也会造成变压器绕组位移或变形;另外，变压器还会遭受雷击过电压的侵害，导致绕组发生一匝或多匝电击穿。而变压器的绕组在变压器发生了变形或匝间短路后，往往不会立即产生损坏性事故将会在继续运行一段时间后发生突发性绕组事故，给电力部门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事故的主要原因。因此，研制一套操作简便、性能稳定的现场测试系统，解决迅速、准确地检测出变压器伤变的部位与程度的课题，对电网的安全、可靠运行具有重大意义。

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No.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No.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的不同方法”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……”且其主要测试设备智能化程度低，所以，它们的缺点是：

1，智能化程度低，对测试数据不能储存，对测试结果只能做定性分析，不能对绕组伤变进行定位和变形严重程度的定量分析。

2，不能进行变压器的现场带电测试。

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的具体实施方案，并提出用该系统进行带电诊断变压器绕组伤变的位置和伤变程度的方法。

本发明所提出的变压器绕组伤变的测试系统的具体实施方案是由专用电源变压器、频率响应分析仪、微型计算机、绘图仪、IEEE488接口、测量电缆以及接线盒所组成，其中专用电源变压器是具有强共模噪声和横模噪声抑制能力的三重屏蔽技术制造的超隔离电源变压器;频率响应分析仪是一台具有高精度和高稳定性扫描发生单元和具有高分辨率、高灵敏度和高抗干扰能力的双通道分析单元的频响分析仪，其扫描输出的主要性能指标为：输出电压幅值：0～3V;输出波形：正弦;波形失真度＜2%，输出频率范围：10μHz～20MHz;频率误差±100ppm，频率稳定性（24hrs±1℃）为10ppm，其扫描分析单元的主要指标为：幅频分辨率为0.001dB，相位分辨率为0.01°，检测灵敏度1μV，共模抑制能力＞50dB的，本身带有IEEE488接口卡的频响分析仪;微型计算机是一台具有液晶屏幕显示、20Mb硬盘，带3.5英寸软驱动区，一个扩充槽、二个串口、一个并口的便携式计算机;绘图仪为6笔X-Y型自带IEEE488接口卡的绘图仪;测量电缆是2根长度为20米、波阻抗为50Ω的同轴电缆;接线盒是带有电缆特性阻抗匹配元件的接线盒;频响信号传感器是一个具有10kHz～2MkHz的高通滤波器，其主要结构是一个具有闭环铁芯高频感应线圈接常规交流放大器的高通滤波器。本诊断测试系统的连接关系是：

（1）把微型计算机、频响分析仪和绘图仪通过IEEE488接口连接起来;

（2）用三根电源线将专用电源变压器的输出端分别接至频响分析仪、微机和绘图仪的交流电源端子上;

（3）将频响分析仪的输出端经一条测量电缆接至接线盒的一端;接线盒另一端将接至被测变压器，将频响分析仪的输入Ⅰ端子经第二条测量电缆接至同一接线盒同一端;将频响分析仪的输入Ⅱ端子经第三条测量电线接至另一接线盒一端，接线盒另一端接至被测变压器。详见附图。

用以上的测试系统可在变压器运行现场进行带电诊断试验，它的步骤如下：

（1）打开计算机电源开关，将被测变压器出厂时测及其绕组频响特征曲线输入计算机硬盘中;

（2）将与被测变压器同型号的数字模型绕组结构与其频响特性曲线的对应关系输入到计算机硬盘中;

（3）将绕组伤变的判据公式拷到计算机硬盘中：

三相绕组之间相比较的判据公式：

式中E为两条频响特征曲线差值的均方根值N为离散点总数，B₁第一条时测曲线，B₂第二条时测曲线。

与历史频响曲线相比较的判据公式：

式中E为两条频响特性曲线差值均方根值，N为离散点总数，B₃为历史曲线，B₄为量测曲线。

（4）将系统接线盒接至被测变压器绕组的中性点处频响信号传感器，将另一接线盒接至被测变压器绕组高压套管末屏处频响传感器。

（5）启动计算机测试管理程序：启动频响分析仪、进行测试数据采集、计算机屏幕显示被测绕组频响特性曲线、计算机屏幕显示被测变压器初投时该绕组的频响特性曲线、计算机屏幕显示两条频响特性曲线、计算机屏幕显示两条频响特性曲线的差值、计算机屏幕显示绕组数学模型频响特性曲线与绕组结构对应关系数列并指出被测绕组伤变的位置。启动绘图仪连续绘制两条频响特征曲线写出两条曲线差值的均方根数值、写出绕组伤变的位置、返回。

（6）将以上测试结果以图纸、软盘形式存档。

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，同一厂家出厂的同一瑾的变压器绕组的频响特性曲线完全相同。

3，带电的变压器绕组频响特性曲线与不带电变压器绕组的频响特性曲线形状完全相同。

对不带电的变压器绕组作频响试验得到的频响特性曲线与带电时测得的曲线形状相同。测试时接线不同点在于在需接频响信号传感器。

下面用实施例对本发明作进一步证明：

实施例1：事故后测出变压器绕组变形的实验。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图。

图中：——为出厂量三相高压绕组频响特性

   ---为初次投运时带电测得的三相高压绕组频响曲线

    ---为事故后测得A相高压绕组频响曲线

    ………为事故后测得的B相高压绕组频响曲线

计算机、绘图仪记录，事故后A相频响曲线差值E_A＝8.8

B相频响曲线差值E_B＝6.7

C相频响曲线差值E_C＝0.01

记录指出A、B相绕组变形位置为中部。

结论：该变压器220kV  A、B两相绕组有较严重变形。

实施例2：对运行多年的变压器进行诊断性测试。如为对某变电站运行的型号为SFS-31500/110。出厂号为：10539-1  ××厂家出产的，初投日期为75年7月的变压器带电测得的频响曲线及结果。图5为带诊断110kV变压器三相高压绕组频响曲线图。

图中——为A相绕组频响曲线

  ---为B相绕组频响曲线

    ………为C相绕组频响曲线

本测试变压器没有历史频响曲线用的是时测三相频响曲线之间进行判断。

计算机、绘图仪记录为：E＝0.08＜0.1

结论：此绕组未发生变形。

实施例3：图6是变压器绕组-匝短路的测试。

图中：………为初次投运的绕组频响曲线

——为受雷击后测得的绕组频响曲线

计算机、绘图仪记录E＝0.11＞0.1

绕组伤变位置为上部。

本发明的优点：

1，测度系统具有胃高的灵敏度和分辨力，对于变压器绕组发生一匝短路或饼间距离减小了3mm的伤变都能测出来。

2，抗干扰能力强。在220kV，110kV，25kV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个有，至1～2年所测得的频响特性曲线仍保持很好的一致性。

4，体积小，重量轻，运输携带方便，适宜到现场测试。

5，智能化程度高，对测试结果具有定性和定量的分析，自动显示，并能以软盘及图纸形式储存。

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

Ⅰ  专用电源变压器

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

Ⅶ  接线盒

Ⅷ  频响信号传感器

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

301-环形铁芯

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曲线图

图5  带电诊断某110kV变压器三相高压绕组频响曲线图

图6  变压器绕组一匝短路的频响曲线图

Claims (3)

1、一种变压器绕组伤变测试系统，其特征在于：它是由专用电源变压器、频率响应分析仪、微型计算机、绘图仪、IEEE488接口、测量电缆以及接线盒所组成，其中专用电源变压器是具有强共模噪声和横模噪声抑制能力的三重屏蔽技术制造的超隔离电源变压器；频率响应分析仪是一台具有高精度和高稳定性扫描发生单元和具有高分辨率、高灵敏度和高抗干扰能力的双通道分析单元的频响分析仪，其扫描输出的主要性能指标为：输出电压幅值：0～3V；输出波形：正弦；波形失真度＜2%，输出频率范围：10μHz～20MHz；频率误差±100ppm，频率稳定性(24hrs±1℃)为10ppm，其扫描分析单元的主要指标为：幅频分辨率为0.001dB，相位分辨率为0.01°，检测灵敏度1μV，共模抑制能力＞50dB的、本身带有IEEE488接口卡的频响分析仪；微型计算机是一台具有液晶屏幕显示、20Mb硬盘，带3.5英寸软驱动区，一个扩充槽、二个串口、一个并口的便携式计算机；绘图仪为6笔X-Y型自带IEEE488接口卡的绘图仪；测量电缆是3根长度为20米、波阻为50Ω的同轴电缆；接线盒是带有电缆特性阻抗匹配元件的接线盒；频响信号传感器是一个具有10kHz～2MkHz的高通滤波器。本诊断测试系统的连接关系是：

(1)把微型计算机、频响分析仪和绘图仪通过IEEE488接口连接起来；

(2)用三根电源线将专用电源变压器的输出端分别接至频响分析仪、微机和绘图仪的交流电源端子上；

(3)将频响分析仪的输出端经一条测量电缆接至接线盒的一端；接线盒另一端将接至被测变压器，将频响分析仪的输入Ⅰ端子经第二条测量电缆接至同一接线盒同一端；将频响分析仪的输入Ⅱ端子经第三条测量电线接至另一接线盒一端，接线盒另一端接至被测变压器。详见附图。

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：它的频响信号传感器是一个由具有10kHz～2MHz的高通滤波器，其主要结构是一个具有闭环铁芯高频感应线圈接常规交流放大器的高通滤波器。

3、一种变压器绕组伤变的带电诊断方法，其特征在于：用权利要求1所述的变压器绕组伤变测试系统进行带电诊断的步骤如下：

（1）打开计算机电源开关，将被测变压器出厂时测及其绕组频响特征曲线输入计算机硬盘中;

（2）将与被测变压器同型号的数字模型绕组结构与其频响特性曲线的对应关系输入到计算机硬盘中;

（3）将绕组伤变的判据公式拷到计算机硬盘中：

$E=\sqrt{\frac{{[B_1\left(1\right)-B_2\left(1\right)]}^2+{[B_1\left(2\right)-B_2\left(2\right)]}^2+......}{N}}$

式中E为两条频响特征曲线差值的均方根值N为离散点总数，B₁第一条时测曲线，B₂第二条时测曲线。

与历史频响曲线相比较的判据公式：

$E=\frac{\sqrt{{[B_3\left(1\right)-B_4\left(1\right)]}^2+{[B_3\left(1\right)-B_2\left(2\right)]}^2+......}}{N}$

式中E为两条频响特性曲线差值均方根值，N为离散点总数，B₃为历史曲线，B₄为量测曲线。

（4）将系统接线盒接至被测变压器绕组的中性点处频响信号传感器，将另一接线盒接至被测变压器绕组高压套管末屏处频响传感器。

（5）启动计算机测试管理程序：启动频响分析仪、进行测试数据采集、计算机屏幕显示被测绕组频响特性曲线、计算机屏幕显示被测变压器初投时该绕组的频响特性曲线、计算机屏幕显示两条频响特性曲线、计算机屏幕显示两条频响特性曲线的差值、计算机屏幕显示绕组数学模型频响特性曲线与绕组结构对应关系数列并指出被测绕组伤变的位置。启动绘图仪连续绘制两条频响特征曲线写出两条曲线差值的均方根数值、写出绕组伤变的位置、返回。

（6）将以上测试结果以图纸、软盘形式存档。

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