變壓器繞組變形測試儀簡介變壓器繞組變形測試儀概述掃頻響應分析（SFRA）已經成為一種針對電力設備，特別是電力變壓器物理完整性測試的重要工具。SFRA技術提供了非侵入的內部診斷方式。在過去的十幾年里，只有SFRA測試方法被證明是能夠精確和可重復的測量方法。電力變壓器難以抵御由運輸和在役期間的故障或者閃電等原因所引起的力作用。如果夾具和固定方法不合適就會產生運輸過程中的損傷，這種損傷可能引起變壓器鐵芯和繞組的位移。在役期間，變壓器受到zui嚴重的力作用產生于系統故障。如果力過大，就會產生軸向或徑向的變形。變壓器的具體設計形式決定了力產生的損傷結果是軸向還是徑向的。 一旦變壓器被損傷，即使很輕微，也會降低抵御短路的能力。因此必須有效地識別這種損傷。靠視覺檢查的方式很昂貴，而且不是總能得出理想的結果或正確的結論。在這種檢查過程中，變壓器油必須抽干，還有狹窄的入口限制。通常要拆卸才能確認問題。而SFRA方法沒有這些限制。 變壓器的幾何結構和繞組與鐵芯所形成的分布RLC網絡之間有直接的關系。這個RLC網絡可以由它的頻關轉移函數確定。變壓器物理結構的變化改變了阻抗網絡，進而改變轉移函數。轉移函數的改變將顯示變壓器寬泛的故障模式。 的軟硬件概述 JTBB-1包括測試儀硬件，軟件和電纜，如圖1所示。 圖1 JTBB-1測試儀檢測儀的主要硬件 JTBB-1用來測量和記錄變壓器線圈的頻響特性。其中主要的硬件單元由一個通訊控制模塊，一個激勵源和一個測量模塊組成。這部分被安裝在一個堅固的殼體內，如圖2所示。 圖2 JTBB-1前面板測試電纜 JTBB-1隨機提供的測試電纜和連接器不得以任何方式改變。 測試電纜用低損耗RG-58 RF同軸電纜制作，一共3根。電纜的一端用標準BNC連接器和測試面板相連，另一端的夾子和變壓器的被測繞組相連。其中，與面板激勵接口和參考接口相連的兩條電纜與繞組的激勵端相連，連于面板響應接口的電纜和繞組的響應端相連。 電纜的屏蔽地和變壓器殼體相連，變壓器殼體要可靠接地。儀器安全地 安全地，也就是儀器的外殼地，用于連接儀器外殼和變壓器地。其它附件 電纜夾：電纜夾用于連接變壓器的套管栓。 測試地線的延長線：有些情況測試電纜的長度不夠連接套管的終端到套管的基部，此延長線用于提供測試電纜額外的長度。 PC機連接電纜：PC機連接電纜包括一條交叉以太網線和一條標準USB連接線。 檢測儀的軟件 JTBB-1的隨機PC已經預裝了整套的測量軟件。不需用戶安裝其它軟件。安全安全進行生產、傳輸、分配、或者應用高電壓設備的公司必須有嚴格的安全操作準則和程序，以保護那些工作職責是測試和維護各種類型的高電壓設備和相關的線路、電纜和輔助設備的人員安全。安全的基本原則 在應用JTBB-1做SFRA測試前，被測試變壓器必須斷電并且和電網隔離。 JTBB-1在測試時需要向變壓器提供激勵，此時要避免接觸被測變壓器導電部分，以及JTBB-1的電纜和連接器。 參加測試的全體人員必須檢查確保變壓器和電網隔離。 確保非測試人員在測試現場以外，避免意外傷害。接地 被測變壓器外殼和JTBB-1外殼必須接大地。 JTBB-1的測試電纜屏蔽也必須接到套管基部。人身安全 建議召開測試前會議。測試前會議需要包括所有在測試地點工作的人員。會議內容包括測試的執行、被測設備及其電壓等級、工作潛在的危害以及每個人的職責等等。 測試人員需要注意他們周圍的工作情況，阻止非測試人員進入測試場地。測試過程中所有人員必須達成和遵守統一的信號。測試過程中任何人員都不得留在變壓器上。測試準備變壓器準備 被測變壓器必須和電網隔離。并且所有線圈引線從母線上斷開。這樣可以防止干擾。 由于要測量的是變壓器的RLC網絡，為了保持測量的性和可重復性，所有的未測接線端必須保持隔離和浮空。 可以在接線端接地的情況測量頻響，但是這個結果不能和浮空時的比較，因為兩者不是同一個RLC網絡。連接電纜 連接所有的測量電纜和通訊用的USB或以太電纜，和夾子連接的金屬部分應在連接前去除污垢。保證所有的電纜都可靠連接。電纜連接關系如圖3。 圖3 現場接線圖 變壓器被測繞組的接線方式如圖4 圖4 變壓器的幾種常用檢測接線方式 JTBB-1準備 打開儀器前面板上的電源開關，電源燈亮。幾秒鐘后，系統正常燈亮。然后打開PC機上的測量軟件就可正常工作。執行測試 執行測試包括三個步驟： 設置參數，頻率范圍，采樣頻點數等。 監視測試過程，保證收到正確的結果。 完成測試或者按停止按鈕中途退出。關閉JTBB-1 關閉JTBB-1只需關閉前面板的電源開關，退出PC上的測量軟件，關閉PC。 JTBB-1測量軟件概述 測量軟件用來生成、比較SFPR測量結果和打印檢測報告。如圖5所示，在軟件的zui上方有名為 “測量”、“分析”、“數據表”、“報告”的4個選項卡。這4個選項卡用來區分整個軟件的功能模塊，每個選項卡由設置和顯示組件共同完成一類完整功能。用鼠標單擊選項卡名稱可切換選項卡。 以下內容將以這4個選項卡為主線，介紹各功能模塊的設置和操作方法。 圖5 測量選項卡注意：為了便于用戶對照，以下文中所有引用軟件中的按鈕名稱、數字顯示框名稱、圖形顯示框名稱都用黑體并加引號修飾。 “測量”選項卡 如圖5，測量選項卡用于設置測量相關參數和監視測量過程。參數的設置組件包括： “掃頻數據文件” 用來選擇記錄掃頻相關設置和幅頻、相頻特性數據的文件名。掃頻數據就是測量的結果，這個文件之后可以在“分析”選項卡中打開，用來查看測量的幅頻和相頻波形，或者用來和歷史數據比較分析確定變壓器狀況。若要查看文件具體數據可在“數據表”選項卡中打開文件，也可用Excel、寫字板等軟件打開。另外，軟件還會自動生成一個在掃頻數據文件名后加“data”注釋的文件。這個文件用來記錄每個頻點的波形數據，可在“數據表”選項卡中打開查看每個頻點的波形數據。 如果“掃頻數據文件”所選路徑不正確，在點擊“測量”后軟件會彈出對話框提示用戶重新選擇，直到選擇正確或用戶點擊對話框上的“取消”按鈕為止。如果所選文件名不存在，軟件會自動新建，如果存在則會覆蓋。 “通訊端口選擇”來通知測量軟件用戶連接的是USB電纜還是以太電纜。如果端口選擇的值和電纜連接不則測量不能進行。如果USB電纜和以太電纜同時在位，則系統優先選擇USB通訊方式。兩種通訊方式中，以太相對快一些，電纜也可長一些。以下其它的文件路徑選擇的方式和“通訊端口選擇”類似。 “開始頻率”可設置為100～2MHz。后面的單位選擇按鈕可選擇為“Hz”、“KHz”或者“MHz”。 “結束頻率”可設置為100～2MHz。“結束頻率”必須大于等于“開始頻率”軟件會檢查頻率范圍設置的合法性，如果不合法，在點擊“測量”后軟件會彈出對話框提示用戶重錯誤。 “頻點總數”可設置為1～10000個頻點。 “頻點間隔方式”可選擇線性或對數間隔。線性時頻點集中在高頻段，強調的是高頻段。對數時正好相反。 監視測量過程包括： “激勵信號”、“響應信號”，這兩個波形窗口實時顯示激勵信號和響應信號的采樣波形。主要用來監視測量過程，保證得到正確的采樣數據。為了提供顯示效果，圖形的橫縱坐標會自動隨曲線的變化而變化。 圖形上方的叫做“圖形工具選板”，“圖形工具選板”用來選擇鼠標操作模式。選板上有3個按鈕，按下十字標志按鈕將操作模式切換為普通模式，在這種模式下可以移動游標；標志為放大鏡的按鈕是縮放工具按鈕。如圖6所示，縮放工具按鈕彈出菜單上一共有6個選項，第1行的3個選項分別是按鈕拖拽出來的矩形放大、按鼠標拖拽出來的水平和垂直范圍放大。第2行第1個選項取消zui近一次的縮放操作；第2個選項把圖形的顯示區域按鼠標所點的位置放大，放大操作從鼠標開始，連續放大直到釋放鼠標為止；第3個選項與第2個選項相反，完成對圖形的按一點連續縮小操作。 選板的zui后一個手形按鈕為平移工具，用于在X-Y平面上移動可視區域的位置。使用縮放工具對圖形水平放大之后，也可以使用X滾動條在水平方向移動可視區域的位置。 圖6 圖形選板工具 圖形上方的叫做“曲線圖例”，“曲線圖例”可以定義曲線的各種相關參數。單擊“曲線圖例”將彈出如圖7所示的快捷菜單。在“常用曲線”中預設了6種曲線顯示方式，分別是光滑曲線、數據點顯示為方格、同時顯示曲線和數據點方格、填充曲線和坐標軸包圍的區域、直線圖、直方圖等，如圖7所示。 圖7 曲線圖例彈出菜單 “顏色”選項中彈出顏色拾取器，用于定義曲線顏色。在顏色拾取器中按下空格鍵顏色將在前景色、背景色和前景色之間切換。針對不同的曲線顯示方式，顏色拾取器中的前景色和背景色有不同的定義，比如在“常用曲線”中選中光滑曲線顯示方式時，前景色沒有定義，背景色為曲線顏色；選中把曲線上的數據點顯示為小方格的顯示方式時，前景色定義小方格的顏色，背景色沒有定義；選中填充曲線和坐標軸包圍的區域的顯示方式時，前景色為填充色，背景色為曲線顏色。 在“線條樣式”子菜單中選擇曲線風格，例如連續曲線、虛線和點劃線等；在“線條寬度”中可選擇6中預定義的曲線寬度；在“直方圖”中選擇預定義的直方圖繪制方式；“填充基線”給出了4個填充水平參考基線：“無”、“零”、“負無窮大”和“無窮大”，填充時從曲線向水平參考基線填充；“插值”中給出了繪制曲線是連接數據點的6中可能方式；在“點樣式”中數據點的顯示方式，共16種預定義數據點圖形可供選擇；“平滑”開關選項決定是否打開防鋸齒功能，打開該功能可以使曲線顯示更光滑一些。 “幅頻特性”、“相頻特性”，這兩個波形窗口實時顯示測量的幅頻和相頻特性波形。用來監視測量過程。 “當前頻率”顯示當前掃頻頻率。以Hz為單位。 “已采頻點”顯示已經完成的掃頻頻點數。 “用時”顯示當前距掃頻開始的時間，每采完一個頻點更新一次，以秒為單位。 “測量進度”顯示測量的總進度。 “分析”選項卡 “分析”選項卡如圖8所示，本選項卡由上、中、下三部分組成。上部由六行文本顯示框和按鈕組成，用于選擇要在下部的“幅頻特性”和“相頻特性”中顯示的曲線。中部為兩個數值選擇框和一個按鈕組成，用于選擇用于計算“幅頻差”和“相頻差”的曲線編號和執行計算，編號在上部的zui左邊。下部為一個包含5個選項卡的子選項卡控件。這部分用來顯示用戶所選擇的曲線和對比曲線比較結果。 圖8 分析選項卡 “分析”選項卡完成對多次測量的結果進行比較分析。首先要注意的是被選擇曲線的采樣頻點數、開始頻率和結束頻率都可不同，軟件會自動插值比較。但是采樣間隔方式必須相同，也就是線性間隔的結果不能和對數間隔的結果相比較。 “分析”選項卡的設置組件包括： “更改”，更改要顯示測量結果數據的文件名。 “顯示”，如果用戶選擇的曲線有多條，則曲線會互相交疊影響對比。此項功能可以切換每條曲線的顯示和隱藏狀態方便用戶更好對比曲線。其中為顯示曲線，為隱藏曲線，單擊按鈕可以切換兩種狀態。 “曲線A”、“曲線 B”，用于計算幅頻差、相頻差和相關系數的兩條曲線。 “計算”，用于執行曲線A和曲線 B的差和相關系數的計算。 顯示組件包括： “路徑”、“日期”、“開始頻率”、“結束頻率”、“頻點數”、“方式”，顯示曲線數據文件中的設置信息。 “幅頻特性”、“相頻特性”，顯示曲線的幅相頻特性。 “幅頻差”、“相頻差”，計算曲線A和曲線B的幅相頻差，點擊“計算”時執行計算。 如圖9所示，“相關系數”選項卡左邊是六行數值顯示框和輸入框，右邊是對相關系數計算的一些說明和判據。左邊又可以分為上中下三部分，具體功能如圖10所示。 圖9 計算相關系數 圖10 計算相關系數參數設置和顯示 “數據表”選項卡 數據表選項卡如圖7所示，主要用于觀察data文件中存儲的每個頻點的波形和波形數據，以判斷采樣的質量。也可查看數據文件（不顯示數據文件對應的幅相頻波形）。（“數據文件”和“data”文件的定義見19頁的“掃頻數據文件”） 導入data文件后，數據文件的內容顯示在右邊的數據表中。當數據表的水平滾動條位于zui左邊時，數據表的列和數據表上方的標題行相對應。數據文件zui后3排對應的是測量的幅頻特性、相頻特性和頻點頻率。 如果導入的是數據文件，則內容和數據文件的zui后3行相同。 圖7 數據表選項卡 其設置組件包括： “導入數文件”，要查看的data文件。 “濾波”，查看要顯示的波形是否進行濾波。按下燈亮為濾波。 “頻點”，選擇要查看波形的頻點。點擊左邊的上下增量鍵可改變圖形顯示所對應的頻點。 顯示組件包括： “數據表”，顯示數據文件的數據。 “日期時間”、“開始頻率”、“結束頻率”、“頻點數”、“衰減電阻阻值”、“頻點頻率”、“頻點間隔方式”，顯示數據文件的記錄信息。 “激勵信號”、“響應信號”，顯示頻點的激勵和響應波形。 “報告”選項卡 報告選項卡如圖8所示，用來完成測量相關信息的記錄，生成和打印測量報告。每次測量的相關信息，也就是圖8右邊“報告內容”表格的內容，可以一定的形式存儲為Excel文件，稱這種文件為“模板文件”。因為它可用作生成報告的模板。本選項卡可對“模板文件”進行打開、修改、讀取和生成報告操作。 圖8 報告選項卡 每次測量至少應該記錄如下內容： 變壓器廠商和序列號； 測試地點； 測試機構； JTBB-1序列號； 基本測試細節：電纜位置和分接開關位置。 隨機的記錄模板可作為記錄的向導。 報告選項卡的設置組件包括： “讀模板路徑”，讀取用于生成報告的模板，模板以Excel格式存儲。模板路徑后點擊“打開”，軟件讀取模板內容到“報告內容”中，用戶可編輯其中內容用于生成報告。若沒有“讀模板路徑”，點擊“打開”后軟件會啟動文件路徑向導來要求用戶路徑和文件名。 “寫模板路徑”，要寫入模板的文件路徑，點擊“保存”后，軟件把“報告內容”中的項目寫入的模板中。若沒有“寫模板路徑”，點擊“打開”后軟件會啟動文件路徑向導來要求用戶路徑和文件名。 “報告方式”，報告輸出到打印機還是生成PDF文檔。 “報告文件路徑”，只有的“報告方式”是生成PDF文檔才有效。 完成，全部設置完成后點擊“完成”產生報告。 顯示組件包括： “報告文字表”，用于顯示和修改報告模板的內容。報告中的幅頻和相頻特性曲線在分析選項卡中。附 錄 （規范性附錄）用相關系數R輔助判斷變壓器繞組變形摘自《中華人民共和國電力行業標準DL/T 911-2004》 通過相關系數可以定量描述出兩條波形曲線之間的相似程度，通常可作為輔助手段用于分析變壓器的繞組變形情況，具體結果還應根據變壓器的運行情況及其它信息綜合判斷。 設有兩個長度為N的傳遞函數幅度序列X（k）、Y（k），k=0,1,…,N-1，且X（k）、Y（k）為實數，相關系數R可按照下列公式計算。 A.1 計算兩個序列的標準方差 A.2 計算兩個序列的協方差 A.3 計算兩個序列的歸一化協方差系數 A.4 按照如下公式計算出符合工程需要的相關系數Rxy A.5 根據表1判斷變壓器繞組的變形程度。表A.1 相關系數與變壓器繞組變形程度的關系（僅供參考）繞組變形程度 相關系數R 嚴重變形 RLF＜0.6 明顯變形 1.0＞RLF≥0.6 或 RMF＜0.6 輕度變形 2.0＞RLF≥1.0 或 0.6≤RMF＜1.0 正常繞組 RLF≥2.0 和 RMF≥1.0 和 RHF≥0.6 注： RLF為曲線在低頻段（1kHz~100kHz）內的相關系數； RMF為曲線在中頻段（100kHz~600kHz）內的相關系數； RHF為曲線在高頻段（600kHz~1000kHz）內的相關系數。 /上海日行電氣有限公司。