變壓器繞組頻響指紋的特征差異指數分析法

　　0 引言

　　變壓器是電力系統輸變電的關(guān)鍵設備，其安全穩定運行對保障電力系統的可靠性具有重要意義。變壓器在遭受近區突發(fā)短路后，繞組可能發(fā)生形變，需做繞組變形試驗，判斷變壓器無(wú)故障后方可投運。

　　用頻率響應分析法檢測變壓器繞組變形具有靈敏度高、現場(chǎng)使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在電力行業(yè)得到了普遍應用。但長(cháng)期以來(lái)，用頻率響應分析法診斷變壓器繞組變形還主要建立在通過(guò)經(jīng)驗比較頻響指紋的基礎上，缺乏深層次的數據分析手段。

　　繞組的一端施加頻率可變的正弦波電壓U1，繞組的另一端串接電阻后接地，在電壓源的激勵下電阻上會(huì )產(chǎn)生電壓U2。把H（ f ） = 20ln（U2/U1）隨頻率（通常為1 kHz~1 MHz）變化的曲線(xiàn)稱(chēng)為頻率響應指紋（簡(jiǎn)稱(chēng)頻響指紋）。頻響指紋是頻率響應分析法判斷繞組變形的依據，目前頻響指紋的分析方法主要有3種：1）經(jīng)驗判斷法；2）相關(guān)系數法；3）差值法。3 種方法都是通過(guò)分析頻響指紋間的差異判斷繞組變形。

　　經(jīng)驗判斷法是變壓器專(zhuān)業(yè)人員依據以往經(jīng)驗，根據頻響指紋極值點(diǎn)頻率和幅值的變化判斷繞組是否變形的方法。對于經(jīng)驗豐富的專(zhuān)業(yè)人員，能夠較準確地判斷出繞組是否變形。但這種純經(jīng)驗方法存在明顯的不足：1）對分析人員的經(jīng)驗要求較高，沒(méi)有經(jīng)驗或者經(jīng)驗不足便難以勝任；2）由于經(jīng)驗的分散性和不確定性，很難規范和推廣，不同的分析人員可能得出不同的分析結論，給檢修決策帶來(lái)一定困難。

　　相關(guān)系數法通過(guò)2 個(gè)頻響指紋數據序列的相關(guān)系數判斷繞組是否變形，相關(guān)系數Rxy 的計算公式為：

　　式中σ xy 為2 個(gè)序列的歸一化協(xié)方差。

　　差值法則是通過(guò)計算2 個(gè)數據序列的差值判斷繞組是否發(fā)生變形。其中差值的計算公式為：

　　式中：E12 為2 個(gè)頻響指紋數據序列之間差值；n 為采樣點(diǎn)數；U1n、U2n 為2 個(gè)序列在第n 點(diǎn)處的幅值。

　　與經(jīng)驗判斷不同，相關(guān)系數法和差值法是頻響指紋的量化分析方法，用某個(gè)量化值表征頻響指紋間的差異，并根據該量化值的大小判斷繞組是否變形，具有無(wú)需經(jīng)驗、診斷結果唯一的優(yōu)點(diǎn)。但在工程應用中，這2 種方法的認可度都不高，主要原因是：1）判斷準確率低；2）不能準確反映頻響指紋極值點(diǎn)頻率和幅值的具體變化。

　　1 指紋特征差異的量化分析

　　1.1 指紋特征及特征點(diǎn)

　　頻響指紋的指紋特征是由全部有效極值點(diǎn)的幅值及頻率共同表征。所謂有效極值點(diǎn)是指略去干擾、噪聲等影響之后的極值點(diǎn)，為敘述方便簡(jiǎn)稱(chēng)特征點(diǎn)。變壓器繞組發(fā)生變形后，其頻響指紋的指紋特征將發(fā)生變化，對特征點(diǎn)頻率和幅值變化的分析是經(jīng)驗判斷繞組變形的要點(diǎn)，因此可依據將待診斷繞組的頻響指紋與其原始頻響指紋（繞組沒(méi)有發(fā)生變形時(shí)的頻響指紋，如出廠(chǎng)試驗的頻響指紋）進(jìn)行特征差異性分析，來(lái)判斷繞組是否變形，如果沒(méi)有原始頻響指紋，也可用其他狀態(tài)良好的同型號變壓器同電壓側、同相別繞組的頻響指紋代替。

　　量化分析時(shí)，把相鄰幅值變化很小的極值點(diǎn)視為噪聲或干擾。如圖1 所示，若極值點(diǎn)a 與相鄰的下一個(gè)極值點(diǎn)b 之間的幅值差 ΔR 大于0.01R（R 為該條頻響指紋最大值與最小值之差），則極值點(diǎn)a是有效極值點(diǎn)，即特征點(diǎn)；否則a 和b 都略去不計，然后再從b 之后與b 相鄰的下一個(gè)極值點(diǎn)重復前面的判斷。以此原則從低頻到高頻依次分析所有的極值點(diǎn)，從而遴選出所有特征點(diǎn)。

圖1 特征點(diǎn)的判斷