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      殘余電荷對變壓器繞組頻率響應(yīng)影響的機(jī)理分析

      2014-10-15 09:14:30唐民富羅思瑤
      機(jī)電信息 2014年18期
      關(guān)鍵詞:頻率響應(yīng)頻響端電壓

      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(dòng)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(yàn)。

      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(diǎn),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(yàn)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(shí)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(gè)繞組均可視為一個(gè)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(diǎn)、極點(diǎn)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(gè)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(lì)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(lì)源U1的信號幅值之比,即可獲得指定激勵(lì)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(lì)端電壓和響應(yīng)端電壓,Us為正弦波激勵(lì)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(shí)的傳遞函數(shù)的模|H(jω)|;U2(f)、U1(f)表示頻率為f時(shí)的響應(yīng)端和激勵(lì)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(gè)重要前提是變壓器繞組可以等效成一個(gè)無源的二端口網(wǎng)絡(luò)。此時(shí),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(shí)際工作中,當(dāng)變壓器剛停電或剛做完直流試驗(yàn)項(xiàng)目后未進(jìn)行充分放電時(shí),在變壓器繞組中電容元件可能會帶有電荷,此時(shí)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(shí),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(shí)有 H(f)>0,此時(shí)的繞組頻響曲線與不含電荷時(shí)相比將明顯抬高。

      3 實(shí)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(yàn),在對低壓繞組進(jìn)行測量后,試驗(yàn)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(shí)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(yàn)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(shí),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(yàn),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

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