论文部分内容阅读
摘要：变压器绕组变形是变压器常见缺陷，而在检测工作中使用纳秒脉冲法与频响法，均能获得一定的检测结果，以纳秒脉冲法为优。在此之上，本文简要分析了变压器绕组变形的原因及其危害性，并通过设计纳秒脉冲法与频响法实验，验证其可行性，自此为变压器绕组变形检测工作指明新思路，维护变压器运行安全。
关键词：频响法;纳秒脉冲法;变压器;绕组变形
前言：
变压器具体是以铜线或者铝线搭配绝缘垫块形成的电力设施，它在电压变换与电流转换中有着显著效用。而所谓的绕组变形指的是线圈在机械动力等干扰因素下形成的位移扭曲情况。若不能及时处理绕组变形现象，将对变压器性能产生影响，使其在电力系统运行中无法保持优良状态。据此，应围绕绕组变形制定科学的检测方案，以此妥善应对变压器隐患问题，保持电能供应稳定性。
1、变压器绕组变形的原因及其危害性
变压器绕组变形实则是指线圈出现扭曲或者位移偏差问题，造成变压器无法保持优良性能，甚至还会引发安全事故。另外，绕组变形的危害性还可体现在性能下降上，促使遭遇短路冲击后，变压器承担电动力的能力有所减弱。而且从相关研究中可了解到：绕组变形变压器与正常变压器比较，前者更易出现绝缘故障等。究其根本，其产生绕组变形的原因多源于短路电流冲击。一般而言，在变压器出现短路现象时，变压器线圈将出现快速升温情况，继而在升温中降低线圈的强度性能，增加绕组变形风险，在径向力影响下，变压器线圈刚度值将达不到合力要求，最终引发变压器鼓包现象。另外，变压器还可受制于运输振动。如若在变压器安装运输阶段，遭受外力冲击，将在剧烈振动下形成绕组变形，从而影响变压器运行稳定性。所以，针对变压器绕组变形实施精准化检测，有利于提前处理此项问题，以免长期在绕组变形刺激下，削弱变压器性能。鉴于此，相关人员应围绕绕组变形特征，选择适合的检测方法，增加检测结果可信度[1]。
2、纳秒脉冲法与频响法检测变压器绕组变形的实验研究
2.1设计实验条件
频响法在变压器绕组变形检测中的应用，主要是通过对绕组结构施加不同频率，以此获取对应的正弦信号，使之同正常变压器绕组频率正弦信号相互对比，借此知晓变压器是否存在绕组变形情况。然而，从相关研究中可知：此种方法虽然能够获得一定的检测结果，但错误率偏高，而且无法给出精准结果，造成检测人员常常针对变压器绕组变形情况给出错误判断，从而影响变压器的正常使用状态。而纳秒脉冲法是以脉冲源的合理设计，借助频响应单元实现绕组变形的准确检测。为了进一步验证两种检测方法的推广价值，需采用对比实验予以分析。其中需将实验中的对照组确定为频响法，而观察组以纳秒脉冲法为主，而后经过对应指标的分析，知晓不同检测方法的可行性差异。
首先，以广州西门子企业中的高压变压器为研究对象，对其绕组变形情况予以检测，并且设置好变压器的相关参数。此类变压器的容量为2000kVA，其电压值为220kV。在对其使用纳秒脉冲法时，需要将实验中使用的设备设置为德国生产的一款探测脉冲器，其中此设备能够释放500ns脉冲宽度值;其次，准备好实验用具后，需要明确实验标准。在纳秒脉冲法检测过程中，可以针对脉冲信号实施记录，其中将实验数据与标准样本库内保存的数据予以比对，而后若重复率在4%以下，则代表此部分的检测中无绕组变形。其中频响法中以频率释放条件为主，而观察组（纳秒脉冲法）中则为其配备示波器、脉冲发生器，以此保证每一个实验结果都符合实验要求;最后，还需要对两组中的操作步骤予以规范。其中最为关键的是观察组中，要求实验人员，分别对变压器绕组应用纳秒脉冲，并分别计取脉冲下正常绕组短路匝形变化规律，而后与正常变压器下形成的匝形变化图进行对比，从而对正常波形与短路冲击下缺陷绕组波形实施差异性对比，如若存在显著差异，可以证实此種检测方法下有着精准鉴别价值。在设置两组实验条件时，还应当以相同变压器作为同一个检测对象，以免受实验过程中外界因素的干扰，造成检验结果缺乏可靠性[2]。
2.2整理实验数据
通过观察组与对照组两组中的实验数据进行整理，可以从中分析出频响法与纳秒脉冲法的差异性特征，甚至能够准确判断更有推广前景的检测方法。经由对比实验数据可知：其中在波形变化规律的研究中，对于三相变压器中的B相变压器，其中观察中纳秒脉冲法下形成的匝间短路时间与电压值的相关性中，变压器正常绕组中，随着时间的进展，会逐渐在4×10-7s到8×10-7s范围内出现电压升高情况，而后逐渐降压，并在16×10-7s时再度增压。此时对比后可通过计算待测变压器中曲线变化振幅与正常绕组下的差值，验证是否处于正常的绕组分布状态。如若它的差值比例在4%以上，则将其纳入绕组变形队列中。
至于对照组（频响法）中也可以在不同频率下记录其振幅情况，其中针对B相变压器正弦信号予以分析。其中正常绕组下形成的匝间短路-振幅变化图，其中随着频率从0.1kHz逐渐上升为1000kHz，其中在5kHz左右时出现振幅下降趋势，而后随着频率升高出现明显的上下波动现象。对应的正常绕组与非正常绕组曲线基本重合。
此外，从线圈轴向位移值上进行比对，由此了解不同检测方法下变化规律，最终发现纳秒脉冲法下，正常绕组与非正常绕组线圈轴向位移值浮动明显，其差值处在标准范围内，从而验证此结果下形成的检测结果具有参考价值。至于两组不同检测效果的对比，可以从差值比例上进行比较。其中可发现，在不同检测方法下，纳秒脉冲法中形成的差值（正常绕组-待测绕组）远高于频响法，且呈现较为明显的变化幅度，由此可确定前者的准确度略高一些。
在机电设备检修工作中，对于变压器绕组变形情况的准确检测，可以参照上述检测结果，确定适合的检测方案。例如早在2015年，广州西门子企业就曾组织相关人员编制了高压变压器实验方案，并且还实施了雷电冲击调波试验，并对机电设备中的变压器设施性能实施客观检查，除了验证变压器是否存在隐藏式故障外，还对其局部细节处实施了精准排查，以便该企业中的变压器设备保持良好的运行状态，也为该企业践行安全生产目标给予了保障。鉴于此，在机电设备维修作业中，需要相关人员随时针对机电设备的运行情况，判定具体的检测方法。特别是对变压器开展的维保活动，还应当综合本次研究项目中的两组实验数据，判断不同检测方法在不同操作条件中的适应性。由于在该企业中的变压器均以高压变压器、超高压变压器为主。故而为了降低误判率，则优选纳秒脉冲检测方法，确保检测人员能从中获得可信度更高的检测数据，继而为企业设备维保项目的顺利开展指明方向。源于本次研究阶段，从正常绕组与待测绕组的对比中，以不同检测方法获取检测结果，经过比对后，确实发现纳秒脉冲法的差异性更加明显，其中与频响法下形成的曲线图比较，其变化幅度并不显著。所以，汇总综合数据中可以将其列为优选方法，有效将其运用在变压器设备检测工作中。只有检测人员能够及时判断变压器是否出现绕组变形，才能采取对应的措施维修设备[3]。 2.3汇总实验结果
在计算纳秒脉冲法检测中的相关变化量时，还可以参照谐振频率
比值确定正常绕组与绕组变形两种状态下的运行差异。即
，
其中f1、f2、C、△C分别指代的是正常绕组谐振频率与非正常绕组谐振频率、变压器电容量、相对变化量。在汇总观察组相关数据时，还可以根据波形变化情况以及曲线位移结果，确定绕组是否变形。其中需格外注意的是：加强实验步骤的规范性。如针对变压器进行纳秒脉冲检测时，需要运用耦合传感器，辅助脉冲信号的顺利释放，而后可在探测脉冲器的参与下记录脉冲信号的变化趋势，而后对数据进行深度分析，得出相关实验结果。从正常绕组与非正常绕组实验对比中，纳秒脉冲法参与下，面对同一个变压器，观察组能够产生变动幅度较大的两条曲线。而对照组则基本上重合。从中判定：纳秒脉冲法能够准确鉴别绕组变形与正常绕组的差异性。至于频响法并不能很直观的给出正常绕组与非正常绕组的差异性特征。特别是在线圈轴线位移值測定中，对于存在明显绕组变形缺陷的变压器绕组实施检测，它与正常绕组形成的曲线图比较，大体上能够保持52%左右的差值。反观频响法差异不明显。由于非正常绕组与正常绕组本身存在显著差异。故而本次研究活动中依靠不同方法下的两种变压器绕组实施比对，可从变化幅度上了解差异性情况。若差异显著，则代表此种方法能够更准确的判明绕组变形故障。基于此，纳秒脉冲在脉冲宽度变化中，它的响应信号变化幅度变化明显，此时可以验证此种方法在变压器检测工作中具有高灵敏度优势，值得机电维修检验人员依据实验结果将其作为主要的绕组变形检测方法。
结论：综上所述，纳秒脉冲法与频响法在变压器绕组变形检测阶段，明显前者的可行性更强。它不但能够直观给出可靠的绕组变形特征，而且还能为带电检测作业指明方向，借此丰富绕组变形检测渠道，促使变压器在优良检测环境下，及时规避故障风险，从而延长变压器使用年限，为我国电力工作的顺利开展给予保障。
参考文献：
[1]刘昕鹤，黄文武，吴海涛.纳秒脉冲法与频响法检测变压器绕组变形对比研究[J].南京理工大学学报，2020，44（01）：94-99.
[2]马小敏，李宏，曹永兴，等.大型变压器绕组变形故障纳秒脉冲法检测试验[J].变压器，2019，56（07）：50-54.
[3]李振华，蒋伟辉，郑严钢，等.基于改进ΔU-I轨迹法的变压器绕组变形在线检测方法[J].高压电器，2021，57（08）：142-150.
关键词：频响法;纳秒脉冲法;变压器;绕组变形
前言：
变压器具体是以铜线或者铝线搭配绝缘垫块形成的电力设施，它在电压变换与电流转换中有着显著效用。而所谓的绕组变形指的是线圈在机械动力等干扰因素下形成的位移扭曲情况。若不能及时处理绕组变形现象，将对变压器性能产生影响，使其在电力系统运行中无法保持优良状态。据此，应围绕绕组变形制定科学的检测方案，以此妥善应对变压器隐患问题，保持电能供应稳定性。
1、变压器绕组变形的原因及其危害性
变压器绕组变形实则是指线圈出现扭曲或者位移偏差问题，造成变压器无法保持优良性能，甚至还会引发安全事故。另外，绕组变形的危害性还可体现在性能下降上，促使遭遇短路冲击后，变压器承担电动力的能力有所减弱。而且从相关研究中可了解到：绕组变形变压器与正常变压器比较，前者更易出现绝缘故障等。究其根本，其产生绕组变形的原因多源于短路电流冲击。一般而言，在变压器出现短路现象时，变压器线圈将出现快速升温情况，继而在升温中降低线圈的强度性能，增加绕组变形风险，在径向力影响下，变压器线圈刚度值将达不到合力要求，最终引发变压器鼓包现象。另外，变压器还可受制于运输振动。如若在变压器安装运输阶段，遭受外力冲击，将在剧烈振动下形成绕组变形，从而影响变压器运行稳定性。所以，针对变压器绕组变形实施精准化检测，有利于提前处理此项问题，以免长期在绕组变形刺激下，削弱变压器性能。鉴于此，相关人员应围绕绕组变形特征，选择适合的检测方法，增加检测结果可信度[1]。
2、纳秒脉冲法与频响法检测变压器绕组变形的实验研究
2.1设计实验条件
频响法在变压器绕组变形检测中的应用，主要是通过对绕组结构施加不同频率，以此获取对应的正弦信号，使之同正常变压器绕组频率正弦信号相互对比，借此知晓变压器是否存在绕组变形情况。然而，从相关研究中可知：此种方法虽然能够获得一定的检测结果，但错误率偏高，而且无法给出精准结果，造成检测人员常常针对变压器绕组变形情况给出错误判断，从而影响变压器的正常使用状态。而纳秒脉冲法是以脉冲源的合理设计，借助频响应单元实现绕组变形的准确检测。为了进一步验证两种检测方法的推广价值，需采用对比实验予以分析。其中需将实验中的对照组确定为频响法，而观察组以纳秒脉冲法为主，而后经过对应指标的分析，知晓不同检测方法的可行性差异。
首先，以广州西门子企业中的高压变压器为研究对象，对其绕组变形情况予以检测，并且设置好变压器的相关参数。此类变压器的容量为2000kVA，其电压值为220kV。在对其使用纳秒脉冲法时，需要将实验中使用的设备设置为德国生产的一款探测脉冲器，其中此设备能够释放500ns脉冲宽度值;其次，准备好实验用具后，需要明确实验标准。在纳秒脉冲法检测过程中，可以针对脉冲信号实施记录，其中将实验数据与标准样本库内保存的数据予以比对，而后若重复率在4%以下，则代表此部分的检测中无绕组变形。其中频响法中以频率释放条件为主，而观察组（纳秒脉冲法）中则为其配备示波器、脉冲发生器，以此保证每一个实验结果都符合实验要求;最后，还需要对两组中的操作步骤予以规范。其中最为关键的是观察组中，要求实验人员，分别对变压器绕组应用纳秒脉冲，并分别计取脉冲下正常绕组短路匝形变化规律，而后与正常变压器下形成的匝形变化图进行对比，从而对正常波形与短路冲击下缺陷绕组波形实施差异性对比，如若存在显著差异，可以证实此種检测方法下有着精准鉴别价值。在设置两组实验条件时，还应当以相同变压器作为同一个检测对象，以免受实验过程中外界因素的干扰，造成检验结果缺乏可靠性[2]。
2.2整理实验数据
通过观察组与对照组两组中的实验数据进行整理，可以从中分析出频响法与纳秒脉冲法的差异性特征，甚至能够准确判断更有推广前景的检测方法。经由对比实验数据可知：其中在波形变化规律的研究中，对于三相变压器中的B相变压器，其中观察中纳秒脉冲法下形成的匝间短路时间与电压值的相关性中，变压器正常绕组中，随着时间的进展，会逐渐在4×10-7s到8×10-7s范围内出现电压升高情况，而后逐渐降压，并在16×10-7s时再度增压。此时对比后可通过计算待测变压器中曲线变化振幅与正常绕组下的差值，验证是否处于正常的绕组分布状态。如若它的差值比例在4%以上，则将其纳入绕组变形队列中。
至于对照组（频响法）中也可以在不同频率下记录其振幅情况，其中针对B相变压器正弦信号予以分析。其中正常绕组下形成的匝间短路-振幅变化图，其中随着频率从0.1kHz逐渐上升为1000kHz，其中在5kHz左右时出现振幅下降趋势，而后随着频率升高出现明显的上下波动现象。对应的正常绕组与非正常绕组曲线基本重合。
此外，从线圈轴向位移值上进行比对，由此了解不同检测方法下变化规律，最终发现纳秒脉冲法下，正常绕组与非正常绕组线圈轴向位移值浮动明显，其差值处在标准范围内，从而验证此结果下形成的检测结果具有参考价值。至于两组不同检测效果的对比，可以从差值比例上进行比较。其中可发现，在不同检测方法下，纳秒脉冲法中形成的差值（正常绕组-待测绕组）远高于频响法，且呈现较为明显的变化幅度，由此可确定前者的准确度略高一些。
在机电设备检修工作中，对于变压器绕组变形情况的准确检测，可以参照上述检测结果，确定适合的检测方案。例如早在2015年，广州西门子企业就曾组织相关人员编制了高压变压器实验方案，并且还实施了雷电冲击调波试验，并对机电设备中的变压器设施性能实施客观检查，除了验证变压器是否存在隐藏式故障外，还对其局部细节处实施了精准排查，以便该企业中的变压器设备保持良好的运行状态，也为该企业践行安全生产目标给予了保障。鉴于此，在机电设备维修作业中，需要相关人员随时针对机电设备的运行情况，判定具体的检测方法。特别是对变压器开展的维保活动，还应当综合本次研究项目中的两组实验数据，判断不同检测方法在不同操作条件中的适应性。由于在该企业中的变压器均以高压变压器、超高压变压器为主。故而为了降低误判率，则优选纳秒脉冲检测方法，确保检测人员能从中获得可信度更高的检测数据，继而为企业设备维保项目的顺利开展指明方向。源于本次研究阶段，从正常绕组与待测绕组的对比中，以不同检测方法获取检测结果，经过比对后，确实发现纳秒脉冲法的差异性更加明显，其中与频响法下形成的曲线图比较，其变化幅度并不显著。所以，汇总综合数据中可以将其列为优选方法，有效将其运用在变压器设备检测工作中。只有检测人员能够及时判断变压器是否出现绕组变形，才能采取对应的措施维修设备[3]。 2.3汇总实验结果
在计算纳秒脉冲法检测中的相关变化量时，还可以参照谐振频率
比值确定正常绕组与绕组变形两种状态下的运行差异。即
，
其中f1、f2、C、△C分别指代的是正常绕组谐振频率与非正常绕组谐振频率、变压器电容量、相对变化量。在汇总观察组相关数据时，还可以根据波形变化情况以及曲线位移结果，确定绕组是否变形。其中需格外注意的是：加强实验步骤的规范性。如针对变压器进行纳秒脉冲检测时，需要运用耦合传感器，辅助脉冲信号的顺利释放，而后可在探测脉冲器的参与下记录脉冲信号的变化趋势，而后对数据进行深度分析，得出相关实验结果。从正常绕组与非正常绕组实验对比中，纳秒脉冲法参与下，面对同一个变压器，观察组能够产生变动幅度较大的两条曲线。而对照组则基本上重合。从中判定：纳秒脉冲法能够准确鉴别绕组变形与正常绕组的差异性。至于频响法并不能很直观的给出正常绕组与非正常绕组的差异性特征。特别是在线圈轴线位移值測定中，对于存在明显绕组变形缺陷的变压器绕组实施检测，它与正常绕组形成的曲线图比较，大体上能够保持52%左右的差值。反观频响法差异不明显。由于非正常绕组与正常绕组本身存在显著差异。故而本次研究活动中依靠不同方法下的两种变压器绕组实施比对，可从变化幅度上了解差异性情况。若差异显著，则代表此种方法能够更准确的判明绕组变形故障。基于此，纳秒脉冲在脉冲宽度变化中，它的响应信号变化幅度变化明显，此时可以验证此种方法在变压器检测工作中具有高灵敏度优势，值得机电维修检验人员依据实验结果将其作为主要的绕组变形检测方法。
结论：综上所述，纳秒脉冲法与频响法在变压器绕组变形检测阶段，明显前者的可行性更强。它不但能够直观给出可靠的绕组变形特征，而且还能为带电检测作业指明方向，借此丰富绕组变形检测渠道，促使变压器在优良检测环境下，及时规避故障风险，从而延长变压器使用年限，为我国电力工作的顺利开展给予保障。
参考文献：
[1]刘昕鹤，黄文武，吴海涛.纳秒脉冲法与频响法检测变压器绕组变形对比研究[J].南京理工大学学报，2020，44（01）：94-99.
[2]马小敏，李宏，曹永兴，等.大型变压器绕组变形故障纳秒脉冲法检测试验[J].变压器，2019，56（07）：50-54.
[3]李振华，蒋伟辉，郑严钢，等.基于改进ΔU-I轨迹法的变压器绕组变形在线检测方法[J].高压电器，2021，57（08）：142-150.