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变压器短路电抗在线监测的模拟研究

文档作者：徐大可鞠登峰李彦明文档来源：西安交通大学		点击数：	更新时间： 2024年07月26日
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’ ．
‘
、 、
电 机 与 控 制 学 报
ELECTRIC M ACHINES AND C0NTR0L
Vol-2
June
NO．2
1998
变压器短路电抗在线监测的模拟研究
A Simulating Research on On—Line M onitoring of
Short-Circuit Reactarice of Power Transfo-rmer
√
徐大可 鞠登峰 李彦明
(西安交通大学)
Xu Dake Ju Dengfeng Li Yanming
(xi an Jiaotong University1
丁 f ·
摘要研宄了通过在线测量变压器短路电抗来监剐电力变压器绕组变形状况的方法， 并在模型变
压器上进行了模拟实验． 其结果以及与离线测量结果的比较表明，在线测量方法具有较高的准确度
和良好的稳定性，变压器运行条件的变化以及外部因素的变化对于阻抗的测量影响很小，能够为
实际运行中的变压器绕组状况提供实时准确的指示。
关键词 丝望姐短路电抗；圭 短 电l／ }
分类号 TM406
Abstract A novel strategy for monitoring the state of power transformer windings by on—line
measurement of short-circuit reactance is studied on a model transformer in lab condhion．
The results and their comparisons with those obtained in out—of—service condition show that
the on一1ine method is satisfactory fo r detecting short-circuit reactance variations with high
degree of accuracy and good stability and can be used for detecting deformation in the
Lransf0rmer windings．The changes of the operation condition of tra nsfol-flier and the externa1
factors will not exert an effective influence to the results
Keywords transf0truer；winding def0rmation；short—circuit reactance ；on—line measurement
t 引言
在电力系统的各种设备中， 变压器是比较昂贵
且重要的设备 其安全运行对于保证电网安全意义
重大。有关变压器的故障分析表明，绕组是发生故
障较多的部件之一。1985～1989年全国11O kV变
压器直接与绕组有关的事故变压器占到总事故变压
器台数的38％，220 kV占到44．5％，1992年l10 kV
及以上变压器事故损坏原因分类统计中，绕组占到
46．5％ 国外的统计数字也有类似情况。由于短路
冲击电流引起的绕组变形并非总能马上导致匝间短
路和保护动作，这样绕组已变形的变压器常会在相
当时间内继续运行，如不能得到适时的维修，累积
效应会使变形进一步发展，即使不再出现系统短路
事故， 也会导致变压器非正常退出运行。正确及时
的变形检测能保证变压器故障元件能够得到及时的
替换，无故障元件得到最大限度的使用，从而延长
变压器的实际使用寿命。
以往的检测方法有：测量变压器短路电抗并与
历史数据比较的短路电抗法；通过施加低压脉冲并
比较响应变化的低压脉冲法：测量变压器频率响应
并比较其变化的频响分析法 这些方法均需使变压
收稿日期I998一O卜f9
国家自然科学基金重点资助项耳(批准号·5％373：)0)．
榇太可 男 ．1q73年l0胃生，1995年毕业千西安生通蔓学电气工程学院高电压枝术专业．现为在读博士生
豫
r
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第2期 变压器短路电抗在线监测的模拟研究 85
器退出运行即均属离线方法，而不能随时监测变压器
绕组状况并及时发现故障
基于变压器短路阻抗及阻抗中的电感分量与绕
组几何尺寸和相对位置有关，通过在线检测变压器短
路电抗变化来分析绕组状况的技术正逐渐得到重
视 一。为探讨这种方法的可行，眭及准确度，本文利
用一台模型变压器，通过模拟不同位置不同程度的
变形．在实验室条件下对此方法进行了试验研究
2 短路电抗在线测量的基本原理
2．1 基本假定 ．
在本文的工作中有两个基本假定：
(1)假定在运行中变压器的激磁电流不变化。认
为在额定状态或不同分接状态下，本文中补偿装置
对于空载电流的补偿已可保证短路电抗的测量准确
度，不再考虑在实际运行中随激磁电流的变化对补
偿装置进行同步调整。
(2)假定在运行中电流互感器和电压互感器的误
差不变化。认为在空载状态下补偿装置对于电流互
感器和电压互感器的误差的消减在运行中保持成
立。也可选择适当电流投入本装置进行测量以减小
误差。
2。2 短路电抗在线测量基本公式
以单相双绕组变压器为研究对象、图1为其等
救电蹄图
固1 变压器等效电路图
离线测量短路电抗是通过测量电压、电流和功
率来计算出短路电抗也．从理论角度出发，短路
电抗的在线测量也可以通过测量电压和电流来实现。
在图l中．令D =V．一V2 则
D = — 1,z．+ z =zl +(z +z2 )12 (1)
设 为 和厶 的夹角， 则电压差DV中垂直于
的分量DV 可表示为
D =( +置 ) +( +ooszz—Rl sin~)l10 (2)
显然． 由于式(2)中后一项的存在，短蹄电抗 =X．
+ 不能通过直接测量D 和 并相除来得到，
否则引起的偏差相对要测量的电抗变化量而言是不
可忽略的。
式(1)可变换为
D =(三+ )12 = 一Z．j．。一 =I， 一 (3)
D 中垂直于厶 的D 可表示为
- D =(XI十 )厶 (4)
根据式(4)， 短路电抗 可以通过直接测量DI"9
和 并相除来得到。依照以上原理设计的单相变压
器短路电抗在线测量等效电路图如图2所示。三相
情况可以推广而得。
图2 变压器短路电抗在线测量等效电路圈
图2中电压互感感~厂rl的变比为K，K ~厂r2
的变比为K ．使得一次侧与二次侧的引出电压近
似相同(通常为l00、，)，可以直接进行比较。 与
zc。组成分压器且 可调． 目的是补偿激磁电流1
在一次侧阻抗上的压降， 如下述。
根据图2可得A．B、C三点的电压为
= ／(K K )
一 ／( + 。)
l， ／K ／(K K )
则B、C两点的电压差D 。 为
= 彘 V1一
1 I瓦ZcD ．一 )= 1[一彘
+ (z2 +五)+ z1 J (5)
当变压器处于空载状态J =0时，式(5)变为
去一(彘 十 - 1(6)
此时调节 ，使DV =O，则由式(6)得
z1 彘 ( )
表明在 上的压降补偿了J．。在一次侧阻搞上的压
降 考虑到在电压变化有限的情况下．激磁电流J
垂直且正比于E．，近似正比于矿．，因而变压器在负
载状态下时，可以认为式(7)保持成立， 则有
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电 机 与 控 制 学 报 第2卷
DV =—专(互+五 ) (8)
为分析简便，通过适当的参数选取， 可以使变压器
二次侧电流信号J 为
Io= ／( K)=』2 I(K ) (9)
因此
D ／』 =D sin~o ／i：
= (z．4- )sin@ = + (1O)
式中 为D 和 的夹角。
使用双通道数据采集系统采集电压差信号De"。
与电流信号 ，经过分析计算就可得到变压器工作
状态下的短路电抗。
如果负载大小或功率因数发生变化， 会随之
变化，tt9 会变化，但只要一次侧电压 保持不
变， 式(7)将保持成立， 因而式(10)依然成立。如
果改变分接．则一次侧阻抗三会随之改变，式(7)
不再保持成立，需要重新调节z 使之成立； 或者
在空载状态调节 使D =0时，即对于各种可能
的分接位置获得一系列不同分接位置时的z 值，
并存储下来待负载时根据分接位置情况选择使用。
2．3 变压器短路电抗在线测量的准确度分析
短路电抗测量的系统误差可分为两部分： 幅度
和相位． 对短路电抗计算公式
- DV—
q／I~-DV s'm~o
求导可得短路电抗 的误差计算式
= 等= 一警+ ⋯
式中 为R 和z 的夹角。则6x 的最大值为上
式中三项绝对值的和， 即
X~,(nrax)=l l+{警l+I l(12
式(12)中前两项为幅值误差，第三项为相位误
差 若使用0．5级的VT和CT，两者幅值误差均小
于0．5％，VT的相位偏差在士6mrad以内．CT的相
位偏差在士12 mead以内． 和z∞ 组成的补偿装
置不仅补偿了Ln在一次侧阻抗上的压降，而且补偿
了空载状态下vT引入的一次和二次侧电压的幅值
和相位偏差． 因此幅值误差小于4-0．5％，而短路电
抗中电感分量与电阻分量的比 尺 =培 ≥15，
因此相位误差在士0．08％ 之内。
另外，使用高分辨率采集系统和适当的参数设
定， 可以使数据采集部分的误差限制在很小范围
内；电流和电压信号中的直流．谐波分量及噪声等
可以通过数字信号分析技术予以消除； 随机误差可
以通过取多次采集的平均值来消减。因此总误差可
稳定控制在1％ 以内。
由上可知， 工作状态的改变(包括负载大小，
负载功率因数以及分接位置)可不影响测量结果的
准确度。
3 变压器短路电抗在线测量的实验室
模拟
使用这一在线测量方法在实验室35 kV／10 kV
模型变压器上进行了模拟试验。模型变压器的中相
( 相)原边设有54个抽头， 试验中， 通过短接抽
头来模拟绕组不同部位的故障而引起的短路电抗的
变化。图3为模拟试验接线图。将变压器一次及二
次侧的电压经互感器vT后的低压输出信号|， 、
通过阻抗调节器进行补偿后送入差分放大器， 得到
电压差信号D9 ．使用计算机采集信号Dr／o 以及
变压器二次侧电流J 经互感器CT后输出的电流信
号』 ，并使用软件对采集到的信号进行计算分析后
即可得到所测电抗。
数据采集采用双通道、10位．采样额率50 kS／s．
采集长度为4 k采样点
图3 变压器短路电抗在线{曼9量接线圈
基于以上给出的测量系统． 对模型变压器在各
种工作状态下(包括负载大小变化、负载功率因数
变化以及改变分接等)的短路电抗进行了离线与在
线测量，测量结果转换成电感， 由表1示出。
表中状态说明：
状态一：离线测量，变压器为额定分接。
状态二：在线测量，变压器为额定分接． 负载
功率因数∞s =0．8
状态三：在线测量、变压器为额定分接、负载
功率因数COS~O=0．99。
状态四：在线测量，变压器为额定分接． 负载
功率因数∞s =0．8，负载减小一半
状态五：在线测量，变压器为额定分接、负载
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第2期 变压器短路电抗在线监测的模拟研究 87
功率因数cosq) O．8，一星期后再测量。
状态六：离线测量，变压器为非额定分接。
状态七：在线测量．变压器为非额定分接 负
载功率因数oDs =O．8
表l 变压器短路电抗的离线与在线测量结果
批矗 IlIII 瑚
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与靛杰壳地较 ％ 一L,72 一I吐一I薛 一【5S 一【 一【H 一【∞
在对以上测量结果进行比较分析后，可以看出：
f1)从模拟故障状态测量结果可知， 对应于绕组
不同程度的模拟故障，在线测量系统可以测出大小
不等的电抗变化，最小可达0．4％， 与故障位置无关。
(2)在线和离线的测量结果存在一定的偏差．这
可能是系统误差造成的，不影响对结果的分析。若
忽略这一偏差，则两者吻合得较好，如额定分接时
两者偏差在一1．62％ 到一1．42％ 之间，在略去整体
偏差后．两者偏差在一0．2％ 以内。而且两者变化趋
势一致
(3)比较改变分接后的离线和在线测量结果(状
志六与状态七)可以看出， 改变分接对在线测量系
统的准确度和精度没有影响．而这一测量结果与额
定分接时的测量结果(状态七与状态一)相比， 是
有变化的
(4)比较改变负载功率因数和负载大小前后的在
线测量结果(状态三、四与状态一)可以看出， 负
戴功率因数和负载大小的改变对在线测量系统的准
确度和精度没有影响。
(5)比较一星期前后相同工作条件下的在线测量结
果(状态五与状态一)可以看出，在线测量系统的稳定
性较好，可以满足在线脓 4变压器绕组状态的需要。
(61另外，本文对于影响低压脉冲法(LⅥ)和颡
响法(FRA)的一些因素(如测试现场周围物体的接
地方式，引线的长短及引线位置等)进行了考察．测
量结果显示出了良好的重复性，表明外部因素对于
本测量系统的影响很小
7)由于实验条件所限， 本文未对邻相进行测量
4 结论
本文使用短路电抗在线测量方法， 在实验室条
件下对一台模型变压器在正常运行状态和不同部位
不同程度的绕组模拟故障状态下的短路电抗进行了
测量。其结果以及与离线测量结果的比较表明， 在
线测量方法具有较高的准确度和精度，并且具有良
好的稳定性。变压器运行条件的变化， 包括分接位
置， 负载功率因数，负载大小和运行时间， 及一
些外部因素，如测试现场周围物体的接地方式， 引
线的长短及引线位置等，对于本测量系统的影响很
小 IEC及国标均以电力变压器短路耐受试验前后
的短路电抗的变化不超过某一限值(如5％，⋯，6％、
依变压器型式而定)作为变压器耐受短路能力的判
据， 此判据也可考虑作为监测运行中变压器绕组变
形程度的一个指示，而短路电抗的在线测量正可提
供这样一个手段
本文认为，在线测量变压器短l蹄电抗用来监测
变压器绕组变形状况的方法是可行的，它具有实时、
不受干扰．判据明确等特点，在实际运行中能够为
绕组状况提供实时准确的指示．在必要时使变压器
退出运行，为保障变压器在电力系统中的安全运行
以及电网的正常供电提供了方便快捷的监测方法。
参考文献
1 Art E．Carta M ocei F，et Diagnosis of the state of
pov,er t~ansformer windings b on—Line measurcmcnt of
stray reactence 旭 E Trans．Instrum M P娜一l993、4 2 72
2 A6pa~Ikcsa H H 玎’醯伯0 疆 ⅡHan nlEH r眦 H丑q' x埔
pⅡ珊』Ⅱ蛆 x M aHH x娃珊中op№ ， i M0Ll删越且B”d 盯 ·¨^
Tp蝴c巾0PMa．【op∞． e盯pH exHe CraHu~ ．1996、11：63
3 Frank1in A C Franklin D P 变压器尘书．北京： 机械工
业出l}叵社． 1983．

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