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中試控股技術研究院魯工為您講解：輸電線路參數測試裝置

ZSXL-Z 輸電線路異頻參數測試儀(高配分體）

超強的抗感應電壓能力
一體化結構，體積小、重量輕
參考標準： DL/T 741-2010

輸電線路異頻參數測試儀：隨著電網的發展和線路走廊用地的緊張，同桿多回架設的情況越來越普遍，輸電線路之間的耦合越來越緊密，在輸電線路工頻參數測試時干擾越來越強，嚴重影響測試的準確性和測試儀器設備的安全性

針對這一問題，我們開發了新一代輸電線路異頻參數測試系統，集成變頻測試電源、精密測量模塊、高速數字處理芯片及獨有的國家專利技術抗感應電壓電路；有效地消除強干擾的影響，保證儀器設備的安全，能極其方便、快速、準確地測量輸電線路的工頻參數。

主要技術參數
1使用條件 -20℃～50℃ RH＜80%
2抗干擾原理 變頻法
3電    源 AC 220V±10% 發電機≧3KW
4電源輸出 最大輸出電壓 AC250V
電壓精度 0.5%
電流精度 0.5%
最大輸出電流 8A
輸出頻率 45Hz、55Hz
5測量范圍 電容 0.01～30μF
阻抗 0.01～400Ω
阻抗角 -180°～+180°
6測量分辨率 電容 0.0001μF
阻抗 0.0001Ω
阻抗角 0.0001°
7測量準確度 電容：     ≥1μF時，±1%讀數±0.01μF；
           ＜1μF時，±2%讀數±0.01μF；
電阻：     ≥1Ω時，±1%讀數±0.01Ω；
           ＜1Ω時，±2%讀數±0.01Ω；
阻抗角：   ±0.2°(電壓＞1.0V）； 
±0.3°(電壓:0.2V～1.0V)；
8抗干擾電流 30A
9抗感應電壓 10KV
10外型尺寸 550（L）×430（W）×530（H）
11存儲器大小 200 組  支持U盤數據存儲
12重    量 60 Kg
使用說明
4.1、主菜單
確定儀器地線接入良好，再接入AC220V電源把電源開關合上，即顯示主菜單界面（如圖 4—1）。八個菜單的顯示，每一個項目都有一個獨立的顯示區域，用戶只需在相應的項目上面輕輕觸碰一下就可以輕松的進入下一級具體操作菜單，整個過簡單明了。省去了繁瑣的按鍵操作。
4.2、線路設置
首先從主界面進入線路長度設置界面（如圖4—2）；整個設置項共有12個模擬按鍵，其中，右邊兩個是保存和退出按鍵，下面是0-9的數字鍵，點線路長度輸入框，然后，點需要的數字設置即可。若是輸入錯誤，重復操作，確定正確，點<保存>鍵保存退出。
4.3、項目測試
主界面（如圖 4—1）八個菜單的顯示項目一目了然，分別是阻抗測試、線路互感、電容測試、耦合電容、和參數校驗。用戶在根據接線提示正確接好儀器外部接線的情況下，只需點一下相應的項目就能進入下一級開始測試菜單（
干擾檢測完成后儀器立即啟動變頻輸出裝置；首先變頻到45Hz使輸出端快速平緩地輸出至200伏電壓或者4安培電流，整個過程儀器內部均采用實時監控的手段，保證輸出的穩定可靠。升壓或升流成功后，保持200伏電壓或4安培電流然后進行45Hz（如圖4—5和圖4—8）環境下的檢測分析；當45Hz檢測分析完成后，儀器自動變頻到55Hz，進行55Hz（如圖4—6和圖4—9）環境下的檢測分析；最后經過儀器內部中央處理器的高精度處理，得出并顯示各項測試結果及數據,測試結果（如圖4—7和圖4—10），數據是顯示測試過程的數據，就是圖4—4、圖4—5、圖4—6的數據顯示在一起，用戶可以自行
選擇查看并打印。整個測試過程的所有數據均是采取的實時檢測并顯示的方式，用戶可以很直觀的觀察監視整個測試過程發生的變化。
零序阻抗、零序電容、耦合電容和線路互感的測試過程，與正序電容和正序阻抗過程一樣，其中顯示的數據只有B相，測試完成顯示的結果與正序電容和正序阻抗一樣，具體接線請查閱參考接線。
4.4、時間設置
從主菜單上的“時間設置”小方格直接進入時間設置子菜單（如圖4—11）。如圖所示4個模擬按鍵設置分別對應加、減、保存和退出；點要修正的日期和時間，然后，點加減鍵修改。用戶調整完成后按保存鍵即可保存退出。
圖 4—11
4.5、歷史數據
※數據查詢
打開儀器從主界面下方“歷史數據”方格進入到下級操作菜單（如圖4—12），點擊第一項“數據查詢”即可進入查詢界面（如圖4—13）。從第零組到第一九十九組一共兩百組數據可供用戶查閱；分頁顯示，每一頁顯示十個測試項目，每一組顯示日期、時間和具體項目名稱，用戶能非常清楚了查閱自己想看的數據結果。在想查閱的數據一欄上面輕輕觸碰一下就能順利的進入詳細的數據結果查看，并且可以自行選擇打印。
※  U盤備份
進入“歷史數據”選項后，可以看到如圖4—12顯示界面，用戶輕輕按下“U盤備份”那一欄，即可進入U盤操作界（如圖4—14）。按照屏幕上的提示，用戶只需把U盤插入儀器面板右下方的USB插口即可出現數據傳輸的界面（如圖4—14）一共傳遞了多少組數據一目了然，非常方便。用戶需要特別注意的是，在此過程中U盤是處在高速讀寫狀態，是不允許中途拔出U盤或者儀器斷電的情況的，嚴重的話可以導致U盤燒毀。等到數據傳輸完畢，顯示器上出現“文件保存成功”的提示信息后才可以拔出U盤。
U盤數據格式是TXT。
圖4—14
4.6、參數校驗
打開儀器從主界面右下方“參數校驗”方格進入到密碼輸入菜單頁，此密碼用于送檢部門輸入，輸入正確進入下級操作菜單（如圖4—15），接上測試線，接入假負載，才可以點擊啟動，再點擊升壓或者降壓和設置頻率，就是手動調節輸出，檢驗數據的真實性。
使用客戶請勿隨便進入啟動設置，以免操作不正確損壞儀器。因此參數校驗密碼一般都不提供給使用客戶，只提供給送檢部門使用。
五  參考接線
測試開始前，將測量端的線路掛上接地線或合上地刀可靠接入大地，并將面板左上角的儀器接地端子可靠接入大地，將測試電源輸出端子IA、IB、IC連接到線路測量引下線(粗線)，最后，將電壓測量端子UA、UB、UC接入線路引下線(細線)。儀器測試接線確認接好完成后，再取下接地線或分開地刀的接地，以保證設備和操作人員的安全。黃、綠、紅三色測試線盡量懸空，以免感應高壓放電擊穿測試線！

電力系統由發電廠（發電機、升壓變）、220-500kV高壓輸電線路、區域變電站（降壓變壓器）、35-110kV高壓配電線路（用戶、降壓變壓器）和6-10kV配電線路以及220V380V低壓配電線路組成。

其中高壓輸電線路、低壓配電線路是連接發電、供電、用電之間的橋梁，極其重要！

輸電線路工頻參數包含線路的正序電容、零序電容、正序阻抗、零序阻抗、線路間的互感電抗和耦合電容測量；

中試控股電力講解短路阻抗法變壓器繞組變形測試必須綜合考慮以下幾個方面的影響：

 

(1)變壓器三相間的短路阻抗測試結果是否平衡;

(2)與出廠值相比，短路阻抗的變化情況;

(3)運行中的電氣試驗、絕緣油色譜分析情況;

(4)運行中變壓器是否有異常的聲音及絕緣油的運行溫度等。

 

結論

(1)短路阻抗值的變化直接與變壓器繞組的結構相關，短路阻抗法可以用于變壓器繞組的變形測試。

(2)常規的電流表、電壓表不能滿足以變壓器繞組變形測試為目的的變壓器短路阻抗測量。

(3)以變形測試為目的的變壓器繞組短路阻抗測試儀，除應具有良好的測試精度外，尚要有良好的抗干擾能力。

(4)變壓器繞組三相間的短路阻抗值的差異一般皆小于2%，三相間短路阻抗值3%的差異應認為是變壓器短路阻抗的明顯變化，必須引起足夠的重視。

(5)變壓器繞組變形測試分析判斷時，當用同一試驗儀器、同一測試方法測試結果的差異大于2%，應引起注意。0 前言

 

目前，檢測變壓器繞組變形一是阻抗法，二是頻響法和低壓脈沖法。從目前的技術成熟度看，頻響法用于現場要比低壓脈沖法易于實施，測得的圖譜較穩定，重復性好，不易受試驗接線、外界干擾的影響。因此，頻響法的應用比較普遍。相對阻抗法，頻響圖譜包含的繞組特征信息豐富得多，對繞組變形的反映較靈敏。阻抗法則實施更簡單，有標準可循，仍不失為一種普測和互補的手段，尤其是對量大面廣的中低電壓等級的變壓器而言。

由于實際的變壓器種類繁多，結構多樣，導致變壓器繞組的數學建模相當困難，而簡單的模型計算與實測的數據還相差甚遠。為此，本文以試驗研究的方法，摸索綜合應用阻抗法和頻響法診斷電力變壓器繞組變形的依據和規律。通過選擇實際的變壓器，借助比較成熟的測試技術和手段，建立變壓器繞組的物理模型進行分析。推動該測試技術的成熟和完善，促進變壓器繞組的理論研究。

 

  1 阻抗法和頻響法的測試原理和接線

 

阻抗法是通過測量工頻電壓下變壓器繞組的短路阻抗或漏抗來反映繞組的變形和移位及匝間開路和短路等缺陷。漏抗實質上是散布在變壓器繞組與繞組之間，繞組內部及繞組與油箱之間的漏磁通形成的感應磁勢的反映，因此對漏磁磁路的變化比較靈敏;短路阻抗則是漏抗和繞組電阻的平方和開方。由于一般大型變壓器繞組電阻比漏抗要小很多，因此阻抗可以反映漏抗的變化，而且，測量阻抗比測漏抗易于實現。在現場測試中，建議在低電壓下實施阻抗測量，電壓根據被測變壓器容量的大小一般取幾百V，為避開鐵芯非線性的影響，所加電流應>2A。被測變壓器低壓側短路，高壓側施壓，測量接線如圖1所示(以兩繞組變壓器為例)。

 

 

 

圖1 阻抗法測量接線示意圖

 

當所加電源的頻率逐步增高時，變壓器繞組分布參數的特性逐漸體現出來。實質上，變壓器繞組在高頻下是一個由分布電感和電容構成的線性無源兩端網絡，如圖2所示。圖中，Ls為線匝自感;M為匝間互感;Cs為匝間電容;Cg為線匝對地電容(忽略了損耗因素)。

 

 

 

圖2 繞組分布參數網絡的等效電路圖

 

頻響法即是從繞組一端對地注入掃頻信號源，測量繞組兩端的端口特性參數，如輸入阻抗、輸出阻抗、電壓傳輸比和電流傳輸比的頻域函數。通過分析端口參數的頻域圖譜特性，判斷繞組的結構特征。如果繞組發生變形，就會使繞組的分布電容和電感改變，反映到端口參數的頻譜發生變化。為了簡化，通常只測量一種端口參數。電壓傳輸比反映了等效網絡的衰減特性，是常測的參數之一[1]，測量接線實現如圖3所示。入端施加正弦掃頻電壓信號Ui，并測量輸出電流在采樣電阻R上的壓降U0，并計算U0/Ui，得到傳輸比隨頻率變化的圖譜。如果輸出電流I0很小，U0也很小，則U0/Ui很小，表明繞組內部發生了并聯諧振，頻譜曲線上出現頻谷;反之，則表明發生串聯諧振，頻譜曲線上出現頻峰。理論計算表明，在頻峰處，繞組上的駐波分布將呈現為整個半正弦波的分布;而在頻谷處，駐波呈現為奇數個1/4正弦波分布。

 

 

 

 

圖3 變壓器繞組頻譜的測量接線圖

顯然，繞組的結構、大小、位置和引線不同，頻峰和頻谷的位置和高低也不同，頻譜也就不同，因此，不同繞組的頻譜圖譜肯定不同。但是，對于同類型的變壓器繞組，由于繞組結構的類似性，其測到的頻譜曲線必然有可比性。可用來幫助判斷和確定繞組的變形故障。

 

2 變壓器繞組變形故障模擬研究

 

選取1臺變壓器進行變形故障的模擬試驗研究，一種是局部的匝間壓縮，即軸向壓縮變形;一種是局部凹坑，屬幅向變形。并分別采用阻抗法和頻響法對兩種變形進行測量，目的是比較兩種方法對不同變形故障的靈敏性和有效性。變壓器為三相兩繞組，所測繞組為連續式。測試均在變壓器吊罩后進行，測試結果見表1。

測試方法為：

——阻抗法測低壓短路阻抗;

——電橋法測繞組漏感;

——BRTC變壓器繞組特征測試儀(即頻響測試儀)測繞組頻譜。

 

1) 測試工況1

變形前，測錄低壓短路阻抗，漏感和高壓三相繞組頻譜曲線，如圖4所示。

阻抗及電感測試工況1測試工況2測試工況3

C相短路阻抗/%8.088.086.96

阻抗變化率*/%/沒有變化-13.86

C相漏感/H0.01930.01940.0168

漏感變化率*/%/0.52-12.95

 

 

 

圖4 變形前高壓三相繞組頻譜(1～500kHz)

 

2) 測試工況2

軸向局部變形。在C相高壓線圈頂部抽掉匝間墊塊(見圖5中的標示圈)，壓緊頭5匝線圈。高壓繞組共80匝，因此，可認為有5%的變形。測錄低壓短路阻抗，漏感和高壓三相繞組頻譜曲線(見圖6)。

 

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圖5 軸向變形實物照片

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圖6 軸向變形后高壓三相繞組頻譜(1～500kHz)

3) 測試工況3

幅向變形。在C相高壓線圈底部用力敲兩處，凹坑深達1 cm左右(見圖7中的標示圈)，測錄低壓短路阻抗，漏感和高壓三相繞組頻譜曲線(見圖8)。

 

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圖7 幅向變形實物照片

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圖8 幅向變形后高壓三相繞組頻譜(1～500 kHz)

針對上述3種測試工況分析為：

a) 軸向變形后C相的頻譜曲線在第4個頻峰發生了較明顯的改變(箭頭指處)，頻峰向高頻方向偏移約40 kHz，幅值變化約4 dB，A和B相的頻譜基本不變。偏移頻峰位于300～400 kHz的中高頻域。根據頻率諧振峰與變形面積的關系，第1個頻峰發生改變，說明有整體變形;第4個頻峰發生改變，說明線圈可能存在1/4面積以下的局部變形;頻峰向高頻方向偏移，說明部分分布電感減小或分布電容減小。

b) 幅向變形對頻譜曲線的影響頗為顯著。第1個頻峰向高頻方向偏移約6 kHz，表明整體電感有較明顯的變化;中頻域的頻峰向中部發生大面積的擠壓，說明局部的變形相當顯著(箭頭指處)，導致了整體特性的變化。

c) 阻抗法對影響整體電感的變形較為靈敏，如幅向變形、軸向扭曲、匝間開路、短路等，但對匝、餅間的局部拉伸壓縮，線圈整體位移，分接開關觸頭燒蝕等不靈敏。頻響法對影響線圈電容和電感的變形都很靈敏，因此后者具有顯著的優越性。當然，阻抗法在長期的生產實踐中已建立嚴格的規范和標準，便于實施，易于判斷。建議在實際運用中，靈活結合兩種方法，作出準確的分析和判斷。

 

3 阻抗法和頻響法分析實例解析

 

以變壓器型號SFPSZ3—180 000/220，231/38.5/15.75為例，變壓器低壓出口側發生對地閃絡。常規試驗項目檢測發現：C2H2偏高，示內部有高能量放電;直流電阻測試表明低壓繞組b相偏大2倍，有斷股發生;低壓短路阻抗測試發現高壓加壓，低壓短路，測量短路阻抗發現b相相對其它相變化12.38%;低壓加壓，中壓短路，測量短路阻抗發現b相相對其它相變化-18.68%;高壓加壓，中壓短路，測量短路阻抗發現b相相對其它相變化-2.22%，說明漏感有較大變化。為了確認哪相繞組發生變形及可能變形的部位和程度，對低壓繞組進行了頻響實測，如圖9所示。

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圖9 變壓器故障低壓繞組三相繞組頻譜

 

圖譜分析表明，a相和c相頻譜曲線嚴格吻合，b相頻譜第一個頻峰左移約4 kHz(箭頭指處)，說明整體電感增大，與阻抗法的判斷相符。中高頻段頻響幅值略有升高，頻峰向高頻方向略有偏移(箭頭指處)，說明分布電感略有減小，對地電容可能改變，判斷可能性較大的是幅向變形。因此診斷建議僅更換b相線圈。

后更換線圈解體發現，線圈由兩根銅線并繞，共3段，每段22匝，線圈受力向內收縮，導致幅向扭曲，有一凸緣擠出約20 cm，61～62匝處開路有數股。更換b相線圈后復測低壓繞組三相頻譜如圖10所示，基本吻合。

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圖10 變壓器更換線圈后低壓繞組三相繞組頻譜

 

 

 

a.頻譜測試技術的應用為電力變壓器繞組變形的不解體檢測和診斷提供了新的思路和方法。

b.模擬變壓器的試驗研究表明，頻響法測試診斷變壓器繞組變形比阻抗和漏抗法更為靈敏，能反映出影響繞組整體電感及對整體電感影響不大的變形，同時包含了變形故障類型、程度、部位等多種信息。阻抗法只能反映對繞組整體電感影響較大的變形，但由于長期的應用趨于成熟，并有標準可循。

c.頻譜的分析診斷技術目前仍停留在物理概念分析和測試實踐經驗的總結上，有待診斷理論上的突破。一般而言，低頻段頻率諧振峰的改變表明線圈有整體變形，中頻段諧振峰的改變表明有局部變形，而高頻段的變化表明線圈引線位置變化或整體位移。但更多的情形是復合變形。因此，在現場測試診斷時，建議綜合應用阻抗法和頻響法，并參考相關的試驗數據，以作出迅速而準確全面的分析和判斷。