大型电力变压器频响法绕组变形状态感知技术_电力技术讲座课件PPT
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低压A相、B相绕组变形照片
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1.2 变压器绕组变形典型故障案例
2008年11月2日，220kVX变电站#2主变遭受10kV母线短路电流冲击，一次短路电流达30kA。 频响法绕组变形测试结果显示：低压侧C相绕组严重变形，A、B相绕组有轻度变形。分析故障 原因在于：主变在遭受近区短路后，绕组受到短路电流产生的电动力冲击发生了明显变形现象。
无线通讯
无线低功耗检测电路
Vs V1
V2
上位机
激励端
检测距离最小化
信号连线最短化
A
B
C
响应端
A
B
C
相相 相
绕绕 绕
组组 组
中性点
变压器
功能：目前频响法绕组变形检测均是采用有源供电、长距 离信号连线的方式开展测试。一方面，现场电源质量难以 满足高精度信号测量的要求；另一方面，长距离信号连线 的杂散效应显著降低信号测量精度。本装置基于无线低功 耗板载架构设计，能够与绕组测量端就近连接，避免现场 取电困难、信号长距离传输畸变等不利因素的影响，实现 绕组变形多测点的分布式无线检测，提高检测准确性。
时费力
✓ 频响信号注入和获取 ✓ 强激励信号技术 ✓ 高灵敏度耦合传感器技
术 ✓ 绕组状态评估算法
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目 录
CONTENTS
01 现状分析 02 离线检测提升 03 在线监测探索
2.1 频响法离线检测现存问题
频率响应法是检测变压器绕组变形的有效方法，目前多是采用有源供电、长距离信号连线的方式 开展测试。测试现场取电困难、电源质量无法满足高精度测试要求的问题时有发生，长距离信号 连线叠加杂散参数降低数据准确度及一致性的问题亟待解决。
技术缺陷 1) 测量精度低，没有明确判据
1) 波形重复性较差。 2) 对绕组首端故障响应不灵敏。 3) 较难判断绕组变形位置。 1) 测试灵敏度较低。 2) 试验时间较长。 3) 2) 诊断结果具有某种不确定性。 1) 受油箱内部油位状态的影响严重。 2) 暂态过电压或短路故障导致油箱地电位
2013-2018年变压器故障/缺陷按故障部位统计情况
2013-2018年变压器故障/缺陷按故障原因统计情况
3
1.2 变压器绕组变形典型故障案例
2012年3月21日，220kV双X站#1主变例行试验显示：绕组对地电容量、低电压短路阻抗、绕 组频响特性测试、油色谱分析四个项目存在异常。解体结果显示，低压A、C相线圈存在严重的 辐向变形，B相线圈无异常。分析故障原因在于：#1主变绕组可能因历年运行中多次短路冲击 的累积效应而产生损伤。
太高可能危及测量设备及人员。
频响法基于相关系数的判别标准
绕组变形程度 严重变形 明显变形 轻度变形 正常绕组
相关系数R
RLF<0.6 1.0>RLF≥0.6或RMF<0.6 2.0>RLF≥1.0或0.6≤RMF<0.6 RLF≥2.0或RHF≥1.0或RMF≥0.6
6
绕组变形离线检测
✓ 脉冲频响检测技术 ✓ 正弦频响检测技术 ✓ 扫频阻抗检测技术 ✓ 振荡电压等新型检测技术
C相低压绕组线圈变形照片
5
1.3 变压器绕组变形感知技术现状
变压器绕组变形感知可分为离线检测和在线监测两大类。离线检测方法主要有低压脉冲法、频 响法、短路阻抗法等，离线方法研究成熟，拥有相关技术规范和检测标准。在线监测方法主要 有在线短路阻抗法、在线频响法、振动法、超声法及分布式光纤法等。在线监测与诊断方法不 影响变压器运行，有利于实现自动化和智能化，是变压器状态监测的发展方向。
频响特性曲线
线圈变形情况
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1.4 频响法绕组变形感知技术路线
频响法绕组变形状态感知沿两条技术路线推进，一是对传统离线检测技术水平的提升， 二是对新型在线监测技术探索。
变压器绕组变形频响法状态感知
离线检测提升
在线监测探索
✓ 现场取电困难 ✓ 电源干扰严重 ✓ 引线过长导致测试一致
性偏低 ✓ 引线过长导致接线耗
主要参数： 扫频范围：1kHz~2MHz。 扫频方式：线性、对数。 通讯方式：无线。 供电方式：电池供电，续航时间10小时。
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2.3 频响法无线分布式检测
装置结构： 通过夹紧机构与套管电极无缝对接。成套装置由1个 主机配套3个从机形成“一拖三”的检测模式，可实 现三相绕组的同步检测。
绕组变形在线监测
✓ 振动监测技术 ✓ 暂态过电压监测技术 ✓ 套管末屏监测技术 ✓ 空间电容耦合技术
绕组变形状态评估
✓ 相关系数法 ✓ 伪随机序列法 ✓ 神经网络等统计分析方法
1.3 变压器绕组变形感知技术现状
7
1.3 变压器绕组变形检测技术现状
由于早期变压器设计、抗短路计算、变压器制造及选材等方面不足，以及变电站近区输电通道 异物多，导致变压器遭受多次突发短路冲击存在的累积效应造成绕组变形故障的问题突出。频 响法通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响 应特性的差异，判断变压器可能发生的绕组变形，是目前绕组变形检测应用最广的技术手段。
典型变压器绕组变形检测方法技术比较
测量方法 超声波法 低压脉冲法 短路阻抗法
频率响应法 振动法
技术优势 1) 与电力系统没有电气
连接 1) 波形发生简单。
1) 对设备要求不高。 2) 操作简便易行。 3) 试验数据直观，能反
映出变形绕组的相 别。 1) 测试重复性好。 2) 测量灵敏度高。 3) 仪器操作简单。 1) 接线简单。 2) 能够实现在线监测。
大型电力变压器绕组变形状态感知技术
目 录
CONTENTS
01 现状分析 02 离线检测提升 03 在线监测探索
1.1 变压器故障分析
2013-2018年国家电网公司系统110kV及以上变压器典型故障及(严重危急)缺陷案例 共计106起。按故障原因统计，因变压器抗短路能力不足造成的绕组变形或绝缘缺陷 最多，共计31次，占比29%。
频响法绕组变形检测亟待解决的问题
问题1 现场取电困难 问题2 电源干扰严重 问题3 引线过长导致测试一致性偏低 问题4 引线过长导致接线耗时费力
计算机
Vs V1 V2 V3 V4
检测主机
A相套管
中性点套管
A
相
绕
被测变压器
组
B相套管
C相套管
B
C
相
相
绕
绕
组
组
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2.2 频响法离线检测水平提升
基于低功耗板载架构，研制了基于频响法的无线板载检测单元，检测单元与测点无缝对接，与 上位机之间进行无线交互式通讯。
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1.2 变压器绕组变形典型故障案例
2008年11月2日，220kVX变电站#2主变遭受10kV母线短路电流冲击，一次短路电流达30kA。 频响法绕组变形测试结果显示：低压侧C相绕组严重变形，A、B相绕组有轻度变形。分析故障 原因在于：主变在遭受近区短路后，绕组受到短路电流产生的电动力冲击发生了明显变形现象。
无线通讯
无线低功耗检测电路
Vs V1
V2
上位机
激励端
检测距离最小化
信号连线最短化
A
B
C
响应端
A
B
C
相相 相
绕绕 绕
组组 组
中性点
变压器
功能：目前频响法绕组变形检测均是采用有源供电、长距 离信号连线的方式开展测试。一方面，现场电源质量难以 满足高精度信号测量的要求；另一方面，长距离信号连线 的杂散效应显著降低信号测量精度。本装置基于无线低功 耗板载架构设计，能够与绕组测量端就近连接，避免现场 取电困难、信号长距离传输畸变等不利因素的影响，实现 绕组变形多测点的分布式无线检测，提高检测准确性。
时费力
✓ 频响信号注入和获取 ✓ 强激励信号技术 ✓ 高灵敏度耦合传感器技
术 ✓ 绕组状态评估算法
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目 录
CONTENTS
01 现状分析 02 离线检测提升 03 在线监测探索
2.1 频响法离线检测现存问题
频率响应法是检测变压器绕组变形的有效方法，目前多是采用有源供电、长距离信号连线的方式 开展测试。测试现场取电困难、电源质量无法满足高精度测试要求的问题时有发生，长距离信号 连线叠加杂散参数降低数据准确度及一致性的问题亟待解决。
技术缺陷 1) 测量精度低，没有明确判据
1) 波形重复性较差。 2) 对绕组首端故障响应不灵敏。 3) 较难判断绕组变形位置。 1) 测试灵敏度较低。 2) 试验时间较长。 3) 2) 诊断结果具有某种不确定性。 1) 受油箱内部油位状态的影响严重。 2) 暂态过电压或短路故障导致油箱地电位
2013-2018年变压器故障/缺陷按故障部位统计情况
2013-2018年变压器故障/缺陷按故障原因统计情况
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1.2 变压器绕组变形典型故障案例
2012年3月21日，220kV双X站#1主变例行试验显示：绕组对地电容量、低电压短路阻抗、绕 组频响特性测试、油色谱分析四个项目存在异常。解体结果显示，低压A、C相线圈存在严重的 辐向变形，B相线圈无异常。分析故障原因在于：#1主变绕组可能因历年运行中多次短路冲击 的累积效应而产生损伤。
太高可能危及测量设备及人员。
频响法基于相关系数的判别标准
绕组变形程度 严重变形 明显变形 轻度变形 正常绕组
相关系数R
RLF<0.6 1.0>RLF≥0.6或RMF<0.6 2.0>RLF≥1.0或0.6≤RMF<0.6 RLF≥2.0或RHF≥1.0或RMF≥0.6
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绕组变形离线检测
✓ 脉冲频响检测技术 ✓ 正弦频响检测技术 ✓ 扫频阻抗检测技术 ✓ 振荡电压等新型检测技术
C相低压绕组线圈变形照片
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1.3 变压器绕组变形感知技术现状
变压器绕组变形感知可分为离线检测和在线监测两大类。离线检测方法主要有低压脉冲法、频 响法、短路阻抗法等，离线方法研究成熟，拥有相关技术规范和检测标准。在线监测方法主要 有在线短路阻抗法、在线频响法、振动法、超声法及分布式光纤法等。在线监测与诊断方法不 影响变压器运行，有利于实现自动化和智能化，是变压器状态监测的发展方向。
频响特性曲线
线圈变形情况
8
1.4 频响法绕组变形感知技术路线
频响法绕组变形状态感知沿两条技术路线推进，一是对传统离线检测技术水平的提升， 二是对新型在线监测技术探索。
变压器绕组变形频响法状态感知
离线检测提升
在线监测探索
✓ 现场取电困难 ✓ 电源干扰严重 ✓ 引线过长导致测试一致
性偏低 ✓ 引线过长导致接线耗
主要参数： 扫频范围：1kHz~2MHz。 扫频方式：线性、对数。 通讯方式：无线。 供电方式：电池供电，续航时间10小时。
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2.3 频响法无线分布式检测
装置结构： 通过夹紧机构与套管电极无缝对接。成套装置由1个 主机配套3个从机形成“一拖三”的检测模式，可实 现三相绕组的同步检测。
绕组变形在线监测
✓ 振动监测技术 ✓ 暂态过电压监测技术 ✓ 套管末屏监测技术 ✓ 空间电容耦合技术
绕组变形状态评估
✓ 相关系数法 ✓ 伪随机序列法 ✓ 神经网络等统计分析方法
1.3 变压器绕组变形感知技术现状
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1.3 变压器绕组变形检测技术现状
由于早期变压器设计、抗短路计算、变压器制造及选材等方面不足，以及变电站近区输电通道 异物多，导致变压器遭受多次突发短路冲击存在的累积效应造成绕组变形故障的问题突出。频 响法通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响 应特性的差异，判断变压器可能发生的绕组变形，是目前绕组变形检测应用最广的技术手段。
典型变压器绕组变形检测方法技术比较
测量方法 超声波法 低压脉冲法 短路阻抗法
频率响应法 振动法
技术优势 1) 与电力系统没有电气
连接 1) 波形发生简单。
1) 对设备要求不高。 2) 操作简便易行。 3) 试验数据直观，能反
映出变形绕组的相 别。 1) 测试重复性好。 2) 测量灵敏度高。 3) 仪器操作简单。 1) 接线简单。 2) 能够实现在线监测。
大型电力变压器绕组变形状态感知技术
目 录
CONTENTS
01 现状分析 02 离线检测提升 03 在线监测探索
1.1 变压器故障分析
2013-2018年国家电网公司系统110kV及以上变压器典型故障及(严重危急)缺陷案例 共计106起。按故障原因统计，因变压器抗短路能力不足造成的绕组变形或绝缘缺陷 最多，共计31次，占比29%。
频响法绕组变形检测亟待解决的问题
问题1 现场取电困难 问题2 电源干扰严重 问题3 引线过长导致测试一致性偏低 问题4 引线过长导致接线耗时费力
计算机
Vs V1 V2 V3 V4
检测主机
A相套管
中性点套管
A
相
绕
被测变压器
组
B相套管
C相套管
B
C
相
相
绕
绕
组
组
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2.2 频响法离线检测水平提升
基于低功耗板载架构，研制了基于频响法的无线板载检测单元，检测单元与测点无缝对接，与 上位机之间进行无线交互式通讯。