频率响应分析法在有载分接开关机械故障分析中的应用

频率响应分析法在有载分接开关机械故障分析中的应用

耿坤 王春雷

国网青海省电力公司检修公司 ,青海 西宁 810003

摘要：频响检测技术中的响应法是利用精确的扫描测量技术，测量变压器各绕组的频率响应(幅频和相频)，一般这种检测方法常用于判断变压器绕组是否变形。正是由于这种检测方法的高灵敏度，在变压器有载分接开关存在异常故障时，频率响应分析法也能够对其中的机械故障导致有载分接开关未正确动作进行分析判断。

关键字：有载分接开关；频率响应分析法；机械故障

1 引言

变压器是电力系统中主要的电气设备，其正常运行对电力系统的安全生产和可靠性具有重要意义。据统计，约25％的变压器故障由绕组变形引起。用频率响应分析法检测变压器绕组变形，具有检测灵敏度高、现场使用方便、可在变压器不吊罩的情况下判断变压器绕组变形等优点，在电力行业得到了广泛应用。

电力系统中广泛采用有载调压变压器。有载调压变压器是一种可以带负荷调压的电力变压器，实现这一功能主要是基于有载调压装置，当系统电压波动时，有载调压装置可以根据控制系统的指令动作，对电压进行调整，确保电压稳定，在负载运行中完成分接电压切换。主要包括触头部分（动、静触头）、机械传动部分、电气控制部分。由于有载分接开关是主变压器上唯一的动作部分，而系统的调压又十分频繁，主变投运之后，有载分接开关的次数较多，导致其极易发生故障。

2 频率响应分析法的原理

如图1所示，变压器绕组在较高频率的电压作用下，每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感、电容等分布参数构成的无源双口网络，频响法测量变压器绕组变形是从变压器绕组一端对地注入扫频信号源(可以依次输出不同频率的正弦波电压信号)，测量绕组两端口特性参数，如输入阻抗、输出阻抗、电压传输比和电流传输比的频域函数。通过分析端口参数的频域图谱特性，判断绕组的结构特性。如果绕组发生机械变形后，绕组内部的分布电感、电容等参数必然改变，进而引起网络分析参数发生变化，这样就可以比较绕组对扫频电压信号的响应波形判断绕组是否发生变化，为简便现场只测量一种端口的参数，电压传输比只反映等效网络的衰减特性。

图1 无源性双口网络

3 有载分接开关机械故障中频率响应分析法的应用

3.1有载分接开关故障类型

有载分接开关的故障类型一般可分为机械故障和电气故障。在检修现场一般表现为：选择开关故障、切换开关故障、油箱密封不良、各类外观故障、电动机构滑档、电动机构拒动、电动机构传动轴脱销、机构齿轮箱漏油。有载分接开关故障早期，如果不能发现故障的存在并及时的做出诊断，那么故障将有可能会进一步的升级导致主变三侧开关跳开，主变停运，将造成难以估量的损失，因此研究有载调压分接开关的故障具有重要价值。

3.2 有载分接开关机械故障时频率响应分析法应用理论

一般变压器在进行频率响应分析法绕组变形试验时，有载分接开关都调至最大分接位置进行。通常将频率响应分析法的扫频频率范围选为1kHz～1MHz，这是因为变压器绕组的频率响应特性通常具有以下特征：当频率1MHz时，绕组的电感又被分布电容所旁路，谐振点相应减少，对电感的变化不够敏感；且随着频率的升高，测试回路(引线)的杂散电容对测试结果造成明显影响；在1kHz～lMHz范围内，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，能反映出绕组分布电感、电容的变化^[4]。因此通常选用1kHz～lMHz作为扫频测量范围。大量的试验及现场测量结果表明，变压器绕组在1kHz～lMHz范围内的频率响应能反映绕组匝间(饼间)短路、扭曲和鼓包等局部变形及绕组整体移位或引线位移等现象。

而当有载分接开关存在机械故障，无法正确动作或者动作不到位时，由于分接开关位置不同致使回路中绕组匝数不同，进而使绕组电感发生变化。在进行频率响应分析法绕组变形试验时，由于电感值在较低频段中较为敏感，若有载分接开关存在动作不到位的情况下（正常情况下应在最大分接位置），频率响应曲线中低频段与初值比较谐振点应有明显的异常。

3.3 频率响应分析法在有载分接开关机械故障时的应用案例

某330kV变电站#1主变在进行绕组直流电阻试验时发现高压绕组A、C两相数据异常，有载分接开关动作后，A-Am、C-Cm数值一直维持在307.9mΩ左右，存在明显异常，中压至中性点、低压绕组数据正常。

而后进行有载分接开关过渡电阻测试，发现A、C两相过渡电阻始终保持在1.1Ω左右，而非额定的3.7Ω。

分接开关存在未正确动作以及动作不到位的故障。

而后进行频率响应分析法绕组变形试验，并将图谱与交接试验图谱进行对比。

OA频率响应曲线 OB频率响应曲线

O C频率响应曲线

图2 频率响应分析法绕组变形图谱对比

通过绕组变形图谱对比可以看出高压绕组A、C相在低频率段＜1KHz内频率响应曲线均存在一处明显异常的谐振点，这与理论分析结果一致。

现场进行检查发现，#1主变有载调压分接开关传动轴A、C相在主变顶部位置水平传动杆连接卡具外侧螺栓均有不同程度的松动，在档位切换过程中的阻力导致本体内部传动轴未发生转动，导致A、C相档位在切换过程中未发生档位变动，长期在6档位置。现场对松动螺丝进行了紧固，紧固后重新测量直流电阻，试验数据合格。

4 结束语

频率响应分析法在进行绕组变形测量试验中，一般关注的是反映绕组分布电容和电感灵敏的频段（1kHz至1MHz），但通过理论和实例证明，低频段＜1kHz频率响应曲线可以反映出有载分接开关电机机构滑档、电动机构传动轴脱销等机械故障导致有载分接开关未正确动作的情况。所以，频率响应分析法也是一种进行有载分接开关机械故障异常分析的有效手段。为了提高该方法判断准确性，有以下几点建议：

1. 收集保存各主变绕组变形交接试验频率响应曲线图谱，以便试验后的图谱对比；

2. 每次进行频率响应分析法绕组变形试验前应将有载分接开关档位调节至最大分接位置；

3. 若高压绕组在有载分接开关调至某一档时，绕组直流电阻明显较大，应将有载分接开关这一档位前后多调节几次后再次进行试验。

参考文献:

[1] 姚森敬，欧用旭东，林春耀．电力变压器绕组变形诊断分析[J]．电力系统自动化，2005，29(18)：95—98．

[2] 张晓鹏．变压器绕组变形测试分析[J]．东北电力技术，2004．(12)：16—21．

作者简介:

耿坤（1989）男，大学本科，工程师。主要从事高压电气试验工作。