文献综述基于频率响应分析法的变压器绕组匝间短路故障分析1前言部分（阐明课题的研究背景和意义）在电力系统的各种设备中，变床器是比较昂贵且很重要的设备之一，其安全 运行将直接影响供电的安全有关变床器的历年统计资料均表明，其绕组是发生 故障较多的部件之一，变压器内部短路故障占现代电力系统故障的70%〜80%从 解体检查情况看，绝大部分是由绕组变形引起的山变压器在运输、安装过程中 受到冲撞或在运行中发牛突然短路等可能使绕组发牛变形在其遭受过电压或再 次遭受冲击吋将破坏、影响电力系统的安全运行国外研究表明，短路故障发生的原因主要是变压器内部的绝缘失效凶短路 故障发生后，故障绕组会产生很大的短路电流，发热量等各种损耗加大，反过来破 坏绝缘，引起变压器损坏变压器在运行过程中难免会受到各种故障短路电流的 冲击一旦短路故障发生在变压器出口附近，变圧器绕组将承受巨大的、不均匀 的轴向和径向电动力的作用，可能导致绕组发牛扭曲、鼓包等变形现象或移位， 严重吋甚至会导致突发性损坏事故，国内许多大型变圧器事故都是由于变压器低 压侧短路造成的⑶变床器的抗短路能力已成为衡量变压器的重要指标，是保障 电网中、低压系统安全运行的必要条件。
为了及吋发现变压器的事故隐患、避免 突发事故、提高变床器运行的安全可靠性，开展变压器绕组诊断方法的研究具有 十分重要的意义⑷频率响应法在电力系统中应用多年，积累了不少经验，技术 上日趋成熟但实际运用中仍存在不确定因索，如设备的抗干扰问题，提高现场 绕组频响波形测试准确性问题，根据频响波形对绕组变形做出正确判断问题等, 解决上述问题需要设备研究人员不断提高技术水平，现场技术人员不断总结经 验，才能提高应用频响法对变压器绕组变形分析判断力⑸2主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）绕组故障主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等产生 这些故障的原因有以下儿点⑹：①在制造或检修时，局部绝缘受到损害，遗留 下缺陷；②在运行中因散热不良或长期过载，绕组内有杂物落入，使温度过高 绝缘老化；③制造工艺不良，压制不紧，机械强度不能经受短路冲击，使绕组 变形，绝缘损坏；④绕组受潮，绝缘膨胀堵塞油道，引起局部过热；⑤绝缘油内 混入水分而劣化，或与空气接触而积过大，使油的酸价过高，绝缘水平下降或油 而太低，部分绕组露在空气中未能及时处理由于丄述种种原因，在运行中-•经 发生绝缘击穿，就会造成绕组的短路或接地故障。
匝间短路时的故障现象是变床 器过热油温增高，电源侧电流略有增大，各相直流电阻不平衡，轻微的匝间短路 可以引起瓦斯保护动作，严重时差动保护或电源侧的过流保护也会动作发现匝 间短路应及时处理，因为绕组匝间短路常常会引起更为严重的单相接地或相问 短路等故障⑺频率响应分析法是在较宽的频带上测量变床器绕组的传递函数，并分析绕组 的频率响应特性,判断绕组状态的方法〔忙因注入绕组的信号不同,有两种不同的 方法测量绕组的频率响应:①将一•稳定的正弦波扫频信号施加到被试变床器绕组 的一端，此方法称为扫频法，由加拿大的Dick于1978年首次提岀;②将一•脉冲信号 注入被试绕组的一端，同时记录该脉冲信号和另一端的响应信号并将此两信号转 换为频域信号，得绕组的频率响应特性，此方法称为脉冲响应法或传递函数法，由 加拿大的Malewski于1988年首次提出，脉冲电压的幅值为100V〜2kV[9]o荷兰Vaessen用数字化仪记录时域信号,提高了频谱在幅值和相位上的分辨 率何德国的Feser ^Christian等人对此法作了大量研究脉冲响应法的测量 时间比扫频法耍短，但德国的Wenzel认为时域信号很小的误差会对高频段传递函 数造成很大的影响，另外，扫频法相对于脉冲响应法有以下优点:信噪比好;在整 个测量的频段丄有相等或近似相等的精度；获得的频率范围更宽；测量需耍的设 备少。
因此,变压器绕组变形的频率响应分析法大都采用扫频法测量⑴〕德国的Gharehpetian等人通过建模及测量，发现在1〜10MHz范围内出现因绕 组谐振引起的高频过电压现彖〔⑴加拿大M. Wang等人在研究绕组的微小变形时 频率响应曲线在10 MHz范围内变化影响频率响应测量结果的因素有:并联电阻、 高压套管、变床器中性点接地方式、测量引线结果表明，测量引线和并联电阻 对高频下的测量结果影响最大，在减小测量系统影响条件下,>lMHz频段的测量结 果更能反映绕组微小的变化M. Wa昭等人提出了HIFRA法，将最高频率扩展到10MHz ,提高了频率响应分析 法的灵敏度，能及时发现变圧器绕组的变形〔⑶该方法的主耍指导思想是尽量减 小测量系统对频率响应的影响，将传感器放置在变床器内部H前该法在实验室 中做到了 10MHz,但在现场只做到3MHzo高朝霞，马涛，王永儿，汲胜昌对电力变圧器进行短路阻抗测试时，采用三相 等效测试法或单相测试法2种方法⑴通常，对于三相变压器，采用三相等效测试 法直接计算出三相短路阻抗的平均值，与铭牌值进行比较如果发现需要进一步 检查每相的短路阻抗，则可采用单相测试法进行相间比较。
林剑，马明，龚列谦，夏晓波分析频率响应法原理,并利用Matlab仿真变压器 绕组频响曲线，分析频率和谐振点的关系，并根据测试实例分析各种因素对变压 器绕组变形试验的影响〔讥 仿真时，仿真级数为刃二7,输入扫频信号源的幅值取 为1,设置扫频起始频率为1kHz，终止频率为lOMHzo为绕组内部发生卅联谐振， 则在频响图上出现正尖峰，为绕组的内部发生了并联谐振,则在频响图上会出现 负尖峰；同时绕组模型有刀级，频响曲线就有刀-1个正尖峰，刀-1个负尖峰褚炳龙采用武汉高床研究所研制生产的BRTC2 II电力变压器绕组特征测量仪, 通过对大量110 kV及以上变压器绕组频响特性曲线分析发现叫变压器三相频响 特性曲线相关性较好，绝大部分可以通过三相频响特性曲线比较分析来初步判断 变压器绕组的变形情况但由于无原始频响特性曲线，仅通过相间比较来判断变 压器绕组的变形程度，国内也有发生误判断的事例胡冠小，姚缨英，倪光正提出一种简单有效的建模方法用于变压器绕组内 部短路故障的仿真计算〔4】首先根据变压器绕组的绕制方式以及故障类型，建立 相应的有限元分析模型,用场路耦合有限元分析方法分析短路试验条件下的变压 器电磁场的分布。
通过电磁分析得到等效参数用于建立变圧器系统状态方程，进 一步利用Mat lab /Simu21ink求得端部电量的变化规律马超从现场应用出发，分析了变形频响法和低床短路阻抗法的优缺，提出频 响法结合低床短路阻抗法、电容量测试及其他试验辅助的综合诊断，对频率响应 分析法的诊断结果进行了技术分析和现场实际应用要点的总结〔⑹1）频响法和 低电压短路阻抗法对于反映绕组变形各有优缺点现场用于独立判断均有其缺 陷2）现场诊断频响法和低电压短路阻抗法应结合电容量变化及其他一些试验 结果辅助进行综合判断，特别是对于绕组变形累积效应的判断，需耍对各种方法 的长短熟悉了解，同时也需要丰富现场经验，不断总结规律3）频响法灵敏度 高，易受各种因素影响，引线长短、感应电压、杂散电容等因素影响程度较大， 在现场试验时从多方而考虑，避免误判何平，文习山对绕组频率响应的分析方法主要是基于幅频响应曲线的分析， 因此从频段划分、幅频曲线特征的分析及曲线相似指数3方而综述了幅频响应曲 线的研究现状，介绍了频率响应分析法的原理，从扫频范围的选择和影响测量的 因素2方而讨论了绕组频率响应的测量,认为应建立原始的绕组频率响应数据库， 在反映绕组变形程度的曲线相似指数研究方而有待于提出切实有效的量化标准 [17]O用频率响应法检测电力变床器线圈的变形情况是H前不断发展的一项新技 术。
国外一些国家己将其列入变床器的检测项我国GB 50150- 2006己把绕组 变形列入大型变压器的交接试验项Fl o国内多采用现代网络分析技术，通过测量传递函数来诊断变床器绕组是否发 生变形H前国内一•些厂家已开发出可在低电床下测量出变床器短路阻抗以判断 绕组是否变形的测量仪器，现场操作大为简化，正在推广和积累经验3总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方 向做出预测）本文介绍了频率响应频响分析法检测变压器绕组匝间短路故障的原理及测 试方法对频率响应试验结果的分析方法有多种，各有优点和前提，要结合实际 情况合理采用，也要顾及其它常规试验结果，做出综合分析为保证试验结果的 正确性，要排除一切内外部干扰，处理好试验过程中的各个环节为保证试验的 长期规范性、准确性，在试验管理方而，耍做好相关约定；在试验人员方而，要 做好培训，使试验人员能掌握正确的试验方法，并有一定的分析判断能力，避免 人为失误导致错误的试验结果，进而造成误判频响法是测试绕组变形的一项比较有效的方法，对影响绕组电容和电感的变 形都比较灵敏以频率响应法为基础的变床器绕组变形测试，能行Z有效地 反映出接触不良、幅相拉仲与压缩、轴向拉仲与压缩等变形情况，是不可缺少的 试验项对于匝间短路的情况，仅通过标准给出的判据来判断容易发生误判， 可将这种情况单独考虑，也可适半的调整频域分段或根据经验从图形得到正确的 结论。
在实际的运用中，应灵活地结合这种诊断方法，从血更有效、准确地对变压 器的绕组变形进行分析和判断频率响应法测试变床器绕组变形时，最好"Hz〜1 MHz范围内，此时绕组的分布电容和电感均发挥作用，其频率响应特性具有较多 的谐振点，能够灵敏的反映绕组变形情况［⑸用频响分析法测试变床器绕组变形 时，测试现场有气焊干扰、套管末屏是否解开、测试接地点不同和人体是否靠近 测试点等因素对测试结果均有影响，其中套管末屏是否解开和人体是否靠近测试 点对测试结果影响不大,仅在高频段稍微发生偏移，而气焊干扰和测试接地点不 同对测试结果影响较大，在中频段就发生大幅偏移，实际测试时应半特别予以重 视可以用一种分析变压器绕组内部短路故障的数值建模和仿真方法，为故障变 压器的电磁分析建立一个简单有效的模型，该模型精细模拟绕组结构，并通过有 限元分析过程）I•的特殊处理,使变压器绕组）I的短路故障较为真实地在数值仿真 中得以实现使用有限元分析提取等效参数并结合系统状态方程方法研究变床器 匝对地短路和匝间短路现彖利用该方法计算」台单相双绕组变床器在不同类型 故障情况下，端部电量和磁场分布与故障位置0间的关系仿真结果证明：该模型 简单有效，以较小的计算代价实现了对变压器内部短路时端口电量进行研究的H 的，所得结论有益于变压器的故障检测和诊断。
近年来，我国的电力事业迅速发展，给电力变床器的短路故障分析提出了更 高的要求，通过对国内外水平了解和认识，找出存在不足和缺陷，提出以后变床器绕组间短路故障分析的发展方向，可提高电网的管理水平、减小事故经济损失4参考文献[1] 高朝霞，马涛，王永儿，汲胜昌•短路阻抗法结合频响法诊断变压器绕组变 形的分析与应用[〕]•电力设备,2006,(12)： 32-34.[2] 刘文松，余昌洪.变压器绕组变形测试技术探讨[J]•广东技,2006,7(10)： 120-121.[3] 林剑，马明，龚列谦，夏晓波.变压器绕组变形的频率响应分析法研究及实 测中影响因素分析[J]・电力学报,2010, 25 (03)： 225-227.[4] 胡冠中，姚缨英，倪光正.变压器绕组内部短路故障的数值仿真方法[J].浙 江理工大学学报,2006, 23 (03)： 336-341.[5] 梁广恒，李莉.频率响应法测试变压器绕组变形[J]•电力安全技术，2006, 8 (03)： 51-53.[6] 龙坤，陈亚军，唐俊.频率响应法在诊断绕组变形中的应用[J].电气传动自 动化,2006,(03)： 53-56.[7] 杭。