配電變壓器繞組變形故障的在線監測新方法研究

程大輝++王康++于海

摘 要：在整個電力系統的配電網絡內部，配電變壓器具有非常重要的作用。但是，這種電氣設備在實際工作時可能會出現一些問題，例如當電路中出現短路等問題時，變壓器繞組很可能會受到一定負面影響，最后導致形變的發生。本文對配電變壓器的繞組變形方面故障進行分析，針對這些問題提出一些在線監測的新方法，希望可以對解決變壓器故障等問題有所幫助，同時也可以使配電變壓器能夠在電力系統中發揮其應有作用。

關鍵詞：配電變壓器；繞組；變形故障；在線監測；新方法

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A

配電變壓器在電力系統內部應用廣泛，為了使電力系統可以安全可靠地進行工作，需要確保這種電氣設備繞組不會出現變形等故障。若想實現以上目標，需要相關的研究人員及技術人員等在變壓器故障監測方面做出很多努力，使用各種新的在線監測方法對故障進行實時監控，確保故障不會對電力系統正常運行造成障礙。以往的故障在線監測方法可能在很多方面存在局限性，本文將對在線監測的新方法進行研究，希望可以在故障發生的第一時間發現問題，從而能夠在最短時間內對其作出反應，將損失降至最低。

一、在線監測的新方法

（一）短路電抗法

研究人員將傳統配電變壓器的繞組變形監測方法進行延伸，得出一種新型在線監測方法，即短路電抗法。這種方法在很多方面具有其特有的優越性，例如，不必進行空載調零相關操作、運行過程中對激磁電流方面沒有過多要求等。通常情況下，人們將短路電抗法應用在與電網電壓同樣發生變化的輸入端電壓的變壓器上，而且這種方法可以很簡單地得出短路電抗，具體來講便是通過改變負荷，對輸入端及輸出端的I、U值進行在線測量，進而得到所需結果。配電變壓器繞組變形與否可以通過短路電抗的取值看出，而且這種方法的得出結果具有較高的可信性，可以將誤差方面控制到-0.11%～0.32%以內。以上結果皆為通過大量仿真實驗得出的，通過對各類不同配電變壓器進行研究實驗得出的結果具有代表性意義。

短路電抗法原理：通過這種在線監測新方法對單相雙繞組的電氣設備（配電變壓器）進行分析，用Z1和Z12對輸入端阻抗及輸出端阻抗在輸入端歸算結果；變壓器空載時的等效阻抗為Am；在輸入端一側，將電流和電壓用I1、U1進行表示，而在輸出端一側，電流和電壓分別用I12及U12表示輸出端在輸入端歸算結果。根據以上等數據進行等效電路等各類計算，通過不同的負載對電流及電壓數據進行測量，經過計算可以得到短路電抗值。

研究人員通過Mazatlan等軟件對這種在線監測方法進行仿真，可以比較方便快捷地得出短路電抗，并且其實驗結果的誤差在允許范圍內，可以被人們推廣使用；經過研究人員大量實驗，可以發現當繞組電抗維持在6%～9%左右時，實驗結果具有研究價值，可以反映出電力系統內配電變壓器繞組形變方面的問題；實驗結果數值若大于11%，研究人員可以得出繞組變形情況較為嚴重，其耐受短路方面的性能已經無法滿足電力系統正常運行要求；由于各種實際情況的制約，離線測量結果無法反映電力系統配電變壓器繞組形變方面實際情況，人們只能將其當作參考值，只有在線測量的短路電抗波動情況可以成為判斷繞組形變情況的標準。

研究人員對短路電抗這種在線監測新方法進行模塊設計，發現其在交流量方面與電氣設備后備保護方面可以保持一致，因此能夠將這種方法應用在后備保護中；這種短路電抗法在變電自動化的系統中也可以進行廣泛應用；此模塊需要具備兩方面的功能：對電力系統內各類數據進行收集以及對得到的內容進行整理和分析，以上功能可以通過labview完成，最終將結果向人們展現；通常情況下，人們使用上述軟件可以在顯示頁面上看到圖表等形式的數據及計算結果，通過和以往信息進行比較，根據其變化情況便可以得知配電變壓器繞組變形故障方面的情況。

通過短路電抗法這種配電變壓器繞組變形故障在線監測新方法對繞組健康狀況進行檢測和監控時，通過改變負載得到I、U方面數據，再經過計算便可以得出短路電抗結果，這種方法精度比較高，同時操作比較簡單，因此具有推廣和研究價值；使用這種新的在線監測方法不必對空載方面進行還原，激磁電流方面的波動情況也無法使其工作情況產生太多作用，在一般情況下都可以進行穩定工作；這種新的在線監測方法可以在第一時間內監測到繞組形變方面情況，并將形變問題控制在合理范圍內，電力系統不會因繞組變形方面故障出現問題，因此這種方法具有很大的推廣及研究價值。

（二）頻響法

如今研究人員對配電變壓器繞組變形故障方面的研究大致有兩個方向，上文提到短路電抗法可以被歸類于參數檢測，這是研究人員的研究方向之一，而另外一種則是網絡分析。網絡分析這種方法對傳統短路阻抗方面的缺點進行改進，在時間及設備方面都有了很大提高，通常情況下研究人員將其分成兩種，即頻響及低壓脈沖。后者雖然在靈敏度方面有很大提高，但是其本身不具備很好的穩定性，電磁方面的情況會使其測試結果產生很大浮動，無法被人們在電力系統內廣泛應用；前者不但具有很好的靈敏性，其他各方面性能都比較出色，因此被繞組變形故障的監測系統廣泛應用。

以往對電力系統配電變壓器變形故障進行監測時，未能將在線監測方法進行廣泛使用，其檢測結果可能無法滿足人們需求，而使用脈沖信號注入的方法可以改善以上情況，對變形故障方面的問題進行實時監測；這種方法的監測原理：繞組在U值較大的條件下，可以被看作線性無源的雙口網絡，其中包括線性電感等一系列參數；傳遞函數在不同點分布情況受到網絡結構方面的影響；一旦配電變壓器發生變形，各方面參數也會受到影響產生波動，傳遞函數同樣如此。在信號源方面，這種方法將時域信號進行替換，通過頻域信號在第一時間知曉繞組頻響方面的特點；這種方法在成本、結構等方面具有更多優越性。

使用這種方法時，脈沖信號正確與否對在線監測系統具有很重要的影響，研究人員需要對強度及方式等方面內容進行重點關注。若信號強度不足時，研究人員可能無法輕松獲取信號，噪聲方面會對其造成很大負面影響，而與之相反的情況下，電網可能無法正常進行工作，針對這些方面的情況，研究人員需要對脈寬及幅值方面進行更多關注，并將條件適宜的脈沖信號注入。

以上內容可以被認為是配電變壓器繞組變形故障在線監測方法中的主要內容，高壓母線方面的原因導致在線監測系統連入工作具有很大難度，需要在其中投入較多人力、財力、物力，同時操作也會非常繁瑣，面對這些問題，研究人員將測試信號添加至低壓臂，得出其中的數據，最終完成其在線監測工作。當人們將這種技術應用到實際監測工作中，需要在繞組端口添加脈沖信號，在同一時間完成相關的記錄工作，通過FFT讓響應與激勵信號完成向圖形曲線的轉換工作，最終通過計算得到 f 響應曲線，具體來講使用式（1）即可得到曲線。

在系統軟件部分和第一點所提到的方法具有相似之處，同樣需要labview完成相應的模塊設計工作，具體來講需要具備檢索、收集和分析數據等功能。當研究人員進行收集數據的相關工作時，需要使用相應的模塊完成，而對這部分模塊進行設計時，研究人員將PCI-9812功能進行豐富，制作出更符合要求的數據收集模塊，這種模塊在性能方面較為突出，可以在相同時間內對四路信號進行相應的操作，使系統可以在最短時間內完成對數據信息的讀取工作；在上述內容的基礎上使用FFT方法對I、U信號進行相應的操作，最終獲取人們需要的曲線；配電變壓器繞組變形故障的在線監測系統需要具備檢索歷史數據功能，使系統操作人員可以輕松的完成一系列的增添、檢索數據等工作，同時通過系統人們可以隨時獲取所需的監測信息，用戶在獲取這些特定信息后可以完成后續操作，對繞組變形方面的問題進行控制。

研究人員將這種新的在線監測方法進行相應實驗，選擇D9-10/10型號的10kV設備完成相應實驗；使用此種在線監測新方法獲取相應參數，對通過實驗獲取的曲線和監測系統得出結果曲線進行觀察，分析兩者的異同點，發現兩種曲線在整體上沒有太大出入，最終由此可以得出此種在線監測新方法在結果方面具有較高的可信度；使用這種方法時需要注意，因脈沖方面的特性導致實驗結果可能會隨環境方面的一些因素變化而發生波動，對這種方法進行實際應用時，人們無法將條件控制的和實驗室相同，所以人們需要對其進行實際的應用才能獲知這種方法效果究竟如何。

如今我國繞組變形故障在線監測方面的研究還不夠完善，需要研究人員對這方面內容繼續進行研究創新，實現提前獲知變形故障等問題，對配電變壓器進行維修，保證電力系統正常運轉。

除此之外，相關研究人員進行了一些其他仿真實驗，并對實驗進行研究，發現變形故障還可以通過對傳遞函數的分析進行監測判斷，具體來講，一旦配電變壓器繞組變形故障出現，繞組結構必然已經出現改變，這時相應的電感等參數也會出現不同程度的波動，人們可以從傳遞函數方面的波動對其進行觀察；與之相反，若未發生故障，傳遞函數并不會產生明顯波動，前后傳遞函數具有較高的相似度。因此，研究人員對傳遞函數方面進行研究分析，觀察其在不同時刻的狀態，一旦出現波動起伏，便可以實現對變形故障方面的監測。研究人員對傳遞函數方面的情況進行在線監測，對不同時刻其不同曲線進行對比，若發現兩時刻的曲線出現過大差異，便可以實現對變形故障的在線監測。

上述在線監測方法能夠完成兩種不同條件下的變形故障在線監測：

其一，對傳遞函數已知的情況。在此情況下，相關研究人員只需對傳遞函數進行采集，并與已知數據進行比對，通過比對結果便可以實現對變形故障在線監測。

其二，未能獲知原來的傳遞函數相關信息。這種情況下，其他同型號設備的原始數據能夠作為研究人員的參考，或者對三相繞組方面的傳遞函數方面進行在線收集，一旦其中一相在前后不同時刻出現明顯波動，研究人員便可以得出繞組發生變形故障的肯定結果。在此在線監測方法對變形故障進行在線監測時，可以利用對電流方面的監測結果，對變形故障進行初步判斷，一旦發現異常便可以讓系統對其進行重點監測，由此可見此方法具備判斷力。

結語

在配電系統中，配電變壓器非常常見，這種設備能否很好地工作在很大程度上影響著整個電力系統功能。隨著電壓及系統容量方面的變化，配電變壓器在電力系統中承受的壓力越來越大，其繞組變形故障情況也發生得越來越頻繁。較一般變壓器而言，本文的研究對象發生繞組變形故障的可能性很高，而變壓器出現問題的原因大概有1/4左右是繞組變形故障，面對以上情況，研究人員需要對其在線監測方法進行不斷創新研究，將變形故障方面的問題進行控制，使電力系統可以正常運行。

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