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檢測電力變壓器繞組變形的掃頻阻抗法研究

三新電力 - 技術部    2018-10-07    瀏覽:    二維碼

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摘要:1研究背景 電力變壓器是一種電能轉換設備,其在電力系統中發揮著極為重要的作用,一旦出現故障,將會導致極為嚴重的大面積停電事故。引起電力變壓器故障及事故的原因多種多樣,如人員操作失誤、負載量突變和絕緣受潮等都有可能造成變壓器...

1研究背景

電力變壓器是一種電能轉換設備,其在電力系統中發揮著極為重要的作用,一旦出現故障,將會導致極為嚴重的大面積停電事故。引起電力變壓器故障及事故的原因多種多樣,如人員操作失誤、負載量突變和絕緣受潮等都有可能造成變壓器的停運。

據統計,2002年到2005年間,全國110 kV及以上電力變壓器發生事故臺次為131臺,事故總容量為10 293.2 MVA,如按故障位置來劃分事故臺次,則由繞組變形故障引起的事故比例高,可達事故總量的60%。這是由于在短路電流的影響下,變壓器繞組受強大電動力作用,會發生塌陷、整體扭曲和位移等機械性永久變形,長期運行會產生累積效應,并終造成變壓器事故。

因此,及時發現和修復變壓器繞組變形故障,能夠延長變壓器運行壽命,從而減少電力系統不必要的開支。

2論文解決問題及意義

目前檢測變壓器繞組變形的方法主要包括電容量變化法、振動信號分析法、短路阻抗法及頻率響應分析法。其中,后兩種方法由于測試設備簡單易攜、抗干擾能力強等優點,得到了廣泛的應用和研究。

但在實際應用中,兩者也具有一些缺點:頻率響應分析法的測試結果不直觀、無定量判斷標準可用,需經驗豐富的測試人員對歷史數據進行橫向與縱向比較;短路阻抗法雖判據明確,但無法定位繞組故障,且靈敏度較低。因此,為了有效減小對變壓器繞組變形的誤判,目前急需一種能夠定量判斷繞組變形故障的高靈敏度檢測方法。

本文提出一種新型變壓器繞組變形檢測方法——掃頻阻抗法,并基于其基本原理建立一套試驗室測試系統,在深入研究該系統的測試重復性、穩定性、抗干擾能力和激勵電壓影響后,探討該法與頻響法及短路阻抗法的異同,分析變壓器繞組短路與凹陷故障時的測試情況,從而驗證該法對變壓器繞組變形故障檢測的可行性,后通過現場實測證明了該方法的有效性。

3論文重點內容

本文提出了一種新型變壓器繞組變形檢測方法——掃頻阻抗法,如圖1所示。

首先通過對該法測試結果表現形式的轉變,優化了其判定輕微變壓器繞組故障的效果。隨后研究了該法測試系統的重復性及準確性,確定了利用其判斷變壓器繞組變形故障的可行性。接著探討了該法抗干擾能力及其激勵電壓的影響,進一步確立了該法的測試優勢。同時,通過與頻率響應分析法的比較,建立了兩種測試方法間的聯系。

而且,對正常和發生短路故障及局部凹陷故障的變壓器進行了測量及分析,進一步證明了掃頻阻抗法用于變壓器繞組變形檢測的可行性。后通過現場測試,驗證了掃頻阻抗法的有效性,現場被測變壓器如圖2所示。

掃頻阻抗法測試系統

 圖 1  掃頻阻抗法測試系統

某變電站220 kV電力變壓器

圖2  某變電站220 kV電力變壓器

4結論

1)掃頻阻抗法具有較高的測試重復性與穩定性,其在相同檢測環境下的25次測試結果的標準偏差小于0.17 dBΩ,且50 Hz處阻抗值吻合極好,同時間隔24 h的2次測試結果也基本相同。

2)通過50 Hz處掃頻阻抗值與變壓器短路阻抗值的比較,驗證了掃頻阻抗法的低頻電路等效于短路阻抗法。

3)較高的激勵電壓能夠有效抑制空間噪聲干擾,提高響應電壓的信噪比,減少因噪聲引起的變壓器繞組變形誤判。

4)通過與頻響法的比較,證明了掃頻阻抗法在低頻段時具有更優的測試穩定性與抗干擾能力,在中高頻段時具有和頻率響應分析法相同的測試靈敏度,且頻率越高,掃頻阻抗曲線與頻響曲線關于直線10×lg50互為軸對稱圖形的趨勢越明顯,因此中高頻段的掃頻阻抗曲線具有和頻響曲線相同的測試特點。

5)在本文設置的變壓器短路故障條件下,掃頻阻抗曲線50 Hz處的偏差為 -19.28%,大于 ±2%的標準范圍,可判斷為繞組故障,且利用相關系數判據也能得到變壓器繞組嚴重變形的結論;對于繞組局部凹陷故障而言,由于故障與正常時50 Hz阻抗值基本相同,因此無法利用阻抗偏差對繞組故障進行判定,但故障后的阻抗曲線卻有明顯變化,引入相關系數判據,則低頻段數據已接近輕微繞組變形的判定范圍,故對于引起繞組輕微變形的凹陷故障,利用掃頻阻抗曲線的變化依然能夠有效檢出。

6)通過對變電站內一臺220 kV變壓器的測試,驗證了掃頻阻抗法應用于大型變壓器的可行性,且確定了較高電壓的掃頻阻抗測試系統,能夠更為有效地抑制空間電磁噪聲。

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