《变压器绕组变形的脉冲频率响应法检测技术现场应用导则》

ICS 29.180F24FORMTEXT     CSEET/CSEEFORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT     变压器绕组变形的脉冲频率响应法检测技术现场应用导则FieldapplicationguideforpulsefrequencyresponsemethodtestingtechnologyoftransformerwindingdeformationFORMTEXT     （征求意见稿）FORMTEXT（本稿完成日期：）FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXT中国电机工程学会   发布Q/GDWXX-XXX—2012-1XXXXCSEE/XXXXX—XXXXII变压器绕组变形的脉冲频率响应法检测技术现场应用导则范围本标准规定了变压器绕组变形的脉冲频率响应法检测技术的检测原理、检测仪器、检测方法、分析判断等要求。本标准适用于66kV及以上电压等级电力变压器的绕组变形检测，特殊用途变压器可参照执行。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T1094.1电力变压器第1部分：总则GB/T1094.5电力变压器第5部分：承受短路的能力GB/T1094.18电力变压器第18部分：频率响应测量GB50150电气装置安装工程电气设备交接试验标准DL/T911-2016电力变压器绕组变形的频率响应分析法术语和定义GB/T1094.18-2016、DL/T911-2016中界定的以及下列增补的术语和定义适用于本标准。幅频特性amplitudefrequencycharacteristic频率响应分析中响应信号幅值大小与信号频率的关系。相频特性phasefrequencycharacteristic频率响应分析中响应信号相位变化与信号频率的关系。短路导纳传递函数short-circuitadmittancetransferfunction变压器等效无源单口网络传递函数的一种，用拉普拉斯变换形式表示的响应电流与激励电压之比。短路阻抗传递函数short-circuitimpedancetransferfunction变压器等效无源单口网络传递函数的一种，用拉普拉斯变换形式表示的激励电压与响应电流之比。开路电压传递函数open-circuitvoltagetransferfunction变压器等效无源双口网络传递函数的一种，用拉普拉斯变换形式表示的激励电压与响应电压之比。激励脉冲excitationpulse在变压器信号输入端口注入的瞬态脉冲信号。响应脉冲responsepulse在变压器信号输出端口测取的瞬态脉冲信号。检测原理基本原理在高于1kHz频率的交流激励信号作用下，变压器绕组（或绕组对）可视为一个由线性电阻、电感（互感）、电容等分布参数构成的无源线性网络，其内部特性可通过传递函数H(jω)描述。若绕组发生变形，绕组内部的分布电感、电容等参数必然改变，导致其等效网络传递函数H(jω)的零点和极点发生变化，使网络的频率响应特性发生变化。用频率响应分析法检测变压器绕组变形，是通过检测变压器绕组（或绕组对）的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向、横向或综合比较，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。频率响应分析法分为扫描频率响应分析法和脉冲频率响应分析法两种。前者通过扫描信号发生器，逐渐改变激励信号频率，依次描点获得全频段响应曲线；后者通过快速傅里叶变换，将激励脉冲和响应脉冲转换至频域后，一次性求取全频段响应曲线。脉冲频率响应分析法可以采用如下两种检测方式：单端口检测法和双端口检测法。单端口检测法原理在单端口检测方式中，需对变压器绕组逐一检测，此时变压器等效为单端口无源网络，网络传递函数为短路导纳传递函数或短路阻抗传递函数，如图1所示。绕组的幅频响应特性可通过如下方式获得：对变压器施加激励脉冲Us，在等效网络端口测量激励端电压UT和响应电流IT的时域信号，并对其进行傅里叶变换[见式（1）（2）]。计算在不同频率下响应电流IT和激励电压UT的信号幅值之比，获得被测端口下等效网络短路导纳传递函数的幅频响应曲线，常用对数形式表示[见式（3）]。计算在不同频率下激励电压UT和响应电流IT的信号幅值之比，获得被测端口下等效网络短路阻抗传递函数的频率响应曲线，常用对数形式表示[见式（4）]。说明：1.虚线框中为变压器等效单端口模型。2.参数说明Us——激励脉冲信号源电压；Rs——信号源输出电阻。UT——等效网络的端口激励电压；IT——等效网络的端口响应电流；L、K、C——绕组单位长度的分布电感、分布电容及对地分布电容；图1单端口检测法的脉冲频率响应分析法基本检测回路（1）（2）（3）（4）双端口检测法原理在双端口检测方式中，需对变压器绕组对逐一检测，此时变压器等效为双端口无源网络，网络传递函数为开路电压传递函数，如图2所示。绕组对的幅频响应特性可通过如下方式获得：对变压器施加激励脉冲Us，分别在等效网络输入端口和输出端口测量激励电压UT1和响应电压UT2的时域信号，并对其进行快速傅里叶变换[见式（5）（6）]。计算在不同频率下响应电压UT2和激励电压UT1的信号幅值之比，获得被测端口下等效网络开路电压传递函数的幅频响应曲线，常用对数形式表示[见式（7）]。说明：1.虚线框中为变压器等效双端口模型。2.参数说明Us——激励脉冲信号源电压；Rs——信号源输出电阻。UT1、UT2——等效网络的端口激励电压和响应电压；L、K、C——绕组单位长度的分布电感、分布电容及对地分布电容；R——匹配电阻；图2双端口检测法的脉冲频率响应分析法基本检测回路（5）（6）（7）检测仪器的要求基本要求工作环境检测仪器正常工作环境温度范围为-10℃至+50℃，湿度范围为≤95%，无结露。主要结构检测仪器应包含脉冲信号发生器、频率响应分析系统、数据记录系统等主要部分。脉冲信号发生器要求信号电压脉冲信号发生器的输出电压应≥100V。上升时间脉冲信号的上升时间（上升沿）应＜10纳秒。检测精确度检测仪器应具备150dB（-120~30dB）的动态范围，且在动态响应范围内的检测绝对误差不大于1dB。数据显示方式幅频响应特性曲线的频率坐标可选择线性或对数坐标显示。记录系统要求采样率采样率应不小于10MHz。检测频率范围检测频率应包括1kHz~1000kHz频段，范围宜为DC~10MHz，可选择频率范围。分辨率分辨率不应小于12bit。记录数据长度离散频率点数不少于256×103。频率间隔频率间隔不大于100Hz。数据导出格式频率响应特性曲线的数据导出格式参见附录A。其他要求变压器绕组变形的脉冲频率响应法检测仪的其他要求参见附录B。检测方法检测条件要求不应在雷电、雨雪等天气开展检测。检测应严格执行电力安全工作规程的要求，并严格执行保证安全的组织和技术措施，测试人员应经过测试培训，具备现场测试能力。变压器绕组变形检测应在所有直流试验项目之前或者在绕组充分放电以后进行，必要时应进行退磁处理。应根据接线要求和接线方式，逐一对变压器的各个绕组（或绕组对）进行检测，分别记录幅频响应特性曲线。检测前应拆除与变压器套管端部相连的所有引线，并使拆除的引线尽可能远离被测变压器套管。变压器绕组的幅频响应特性与分接开关的位置有关，宜在最大分接位置下检测，或者应保证每次检测时分接开关均处于相同的分接位置。检测现场应提供AC220V电源，当现场干扰严重时宜通过隔离电源对检测设备供电。接线要求所有接线均应稳定、可靠，应使用专用的接线夹具，减小接触电阻。对同一台或同型号变压器宜采用相同的接线方式。激励信号和响应信号测试电缆及接地引线（若有）均可沿套管的瓷套引下。接地线不能缠绕或成环，应就近与变压器的金属箱体进行电气连接，以保持良好的高频接地性能。接线方式单端口检测法接线方式根据变压器绕组的联结结构，按照表1选定被测绕组，绕组首端为信号输入端，尾端为信号输出端，连接检测仪器相应端子。尾端和其他绕组的端头一起或分别接地。表1单端口检测法接线方式接线示意图接线说明编号ABCO1SGGSR，G2GSGSR，G3GGSSR，G编号ABC1SSR，GG2GSSR，G3SR，GGS编号abc1SSR，GG2GSSR，G3SR，GGS编号axbycz1SSR，GGGGG2GGSSR，GGG3GGGGSSR，G表中：S——该端头为信号输入端，连接检测仪器相应端子；SR——该端头为信号输出端，连接检测仪器相应端子；G——该端头接地。双端口检测法接线方式根据变压器绕组的联结结构，按照表2从变压器两侧侧选择同相绕组组成绕组对，两绕组分别作为激励端口和响应端口，连接仪器相应端子，其他绕组的端头一起或分别接地。对于两绕组变压器，绕组对应为高、低压侧同相绕组；对于三绕组变压器，绕组对可为高、中、低压侧任意两侧同相绕组。接线示意图接线说明编号ABCOabc1S1GGSR1，GS2SR2，GG2GS1GSR1，GGS2SR2，G3GGS1SR1，GSR2，GGS2编号ABCOaxbycz1S1GGSR1，GS2SR2，GGGGG2GS1GSR1，GGGS2SR2，GGG3GGS1SR1，GGGGGS2SR2，G编号ABCabc1SSR，GGS2SR2，GG2GSSR，GGS2SR2，G3SR，GGSSR2，GGS2编号ABCaxbycz1SSR，GGS2SR2，GGGGG2GSSR，GGGS2SR2，GGG3SR，GGSGGGGS2SR2，G表2双端口检测法接线方式表中：S1——该端头为激励信号输入端，连接检测仪器相应端子；SR1——该端头为激励信号输出端，连接检测仪器相应端子；S2——该端头为响应信号输入端，连接检测仪器相应端子；SR2——该端头为响应信号输出端，连接检测仪器相应端子；G——该端头接地。对于套管引线无法拆除的变压器，可利用套管末屏抽头代替绕组端头进行检测，或者打开距离变压器套管较近的其他端头进行测量。但应注明，并应与同样条件下的检测结果作比较。对于带有平衡绕组的变压器，宜将平衡绕组短路接地。若采用单端口检测法检测，应逐一检测变压器各个电压等级各绕组的幅频响应特性；若采用双端口检测法检测，应逐一检测变压器高压侧-中压侧、高压侧-低压侧和中压侧-低压侧组成的全部绕组对。绕组变形的分析判断分析判断原则用脉冲频率响应分析法判断变压器绕组变形，主要对相同电压等级的三相绕组频响数据曲线进行纵向、横向以及综合比较，通过相关系数判断变压器绕组幅频特性的变化。用相关系数R辅助判断变压器绕组变形的方法参见附录C。变压器脉冲频率响应法绕组变形分析流程参见附录D。纵向比较法纵向比较法是指对同一台变压器、同一绕组、同一分接开关位置、不同时期的幅频响应特性进行比较，根据幅频响应特性的变化判断变压器的绕组变形。该方法具有较高的检测灵敏度和判断准确性，但需要预先获得变压器原始的幅频响应特性，并应排除因检测条件及检测方式变化所造成的影响。横向比较法横向比较法是指对变压器同一电压等级的三相绕组幅频响应特性进行比较，必要时借鉴同一制造厂在同一时期制造的同型号变压器的幅频响应特性，来判断变压器绕组是否变形。该方法不需要变压器原始的幅频响应特性，现场应用较为方便，但应排除变压器的三相绕组发生相似程度的变形或者正常变压器三相绕组的幅频响应特性本身存在差异的可能性。综合分析法综合分析法主要是对该变压器的三相频响指纹进行横向和纵向比较，根据三相频响指纹的差异做出判断。

附录A（资料性附录）变压器脉冲频率响应曲线的数据导出格式A.1数据文件的命名方法数据文件名应包含激励端、响应端和测量次数信息，且均以2个字符表示。其中，代表绕组电压等级的字符为H（高压）、M（中压）和L（低压），代表绕组端头名称的字符为A、B、C和X、Y、Z，也可用其他字母表示，代表测晕次数的字符为两位十进制数字。示例：文件名“HOHA03.csv”表示激励端为高压（H）绕组的中性点O端，响应端为高压（H）绕组的A相，该文件为第03次测量的数据。A.2数据文件的存储目录同一台变压器各个绕组的频响特性测试数据应保存在同一个文件目录下，并以该变压器的运行编号或出厂编号命名目录的名称。A.3数据文件的记录内容a) 第1行第1列为频率单位“kHz”，第2列为幅值单位“dB”，第3列为扫频测晕的起始频率值，第4列为终止频率值，第5列为扫频测量的频点数量。b) 第2行第3列用于记录检测仪器的型号及版本等信息，以“；”开头。c) 第3行起至第N（N=频点数最+3）行用于记录测试数据，其中第1列为频率（单位为kHz）第2列为幅值（单位为dB）。d) 第N+l行的第3列记录变压器的名称信息，以“；”开头。e) 第N+2行的第3列记录测试编号，以“；”开头，例如“；01”表示第一次测试。f) 第N+3行的第3列记录变压器分接开关的挡位信息，以“；”开头，例如“；12”表示测试时分接开关处于第12挡挡位。g) 第N+4行的第3列记录激励端的名称，以“；”开头，例如“；HO”，其中，被测绕组的电压等级以H（高压）、M（中压）和L（低压）表示，被测绕组的端头名称通常为A、B、C、O或X、Y、Z等。h) 第N+5行的第3列记录响应端的名称，以“；”开头，例如“；HA”。i) 第N+6行的第3列记录测试时间，以“；”开头，例如“；2013年5月9日12时6分”。j) 第N+7行的第3列记录备注信息（如生产厂家名称），以“；”开头。k) 第N+8行的第3列记录被测变压器的型号，以“；”开头，例如“；SFPSZ7-120000/220”。

附录B（资料性附录）变压器脉冲频率响应法绕组变形测试仪的基本要求变压器脉冲频率响应法绕组变形测试仪的基本要求见表B.1。表B.1变压器脉冲频率响应法绕组变形测试仪的基本要求技术内容技术要求备注说明工作电源电压AC100V~250V频率50HzFRA分析系统检测频率范围≥2MHz可选择频率范围频率精确度≤0.01%频率间隔≤100Hz动态范围≥120dB纵坐标精确度1dB纵坐标显示导纳，阻抗，线性，对数，dB根据选择的功能函数横坐标显示线性，对数可选择线性或对数显示软件操作界面中英文界面可选中文或英文曲线显示至少可同时显示6条曲线以便进行比对分析数字记录系统输出数据额定分辨率≥12bit数据采样率≥10MS/s数据记录长度≥128K测量通道数2通道测量激励电压和响应电压或测量激励电压和响应电流输入、输出接口BNC和N接头脉冲电压测量范围＞500V脉冲信号发生器脉冲激励方式阶跃脉冲脉冲上升沿和脉冲宽度为纳秒级。电压开关自动控制和手动控制

附录C（规范性附录）用相关系数辅助判断变压器绕组变形C.1通过相关系数可以定量描述出两条波形曲线之间的相似程度，通常可作为辅助手段用千分析变压器的绕组变形悄况，具体结果还应根据变压器的运行情况及其他信息综合判断。C.2设有两个长度为N的传递函数幅度序列、，，且、为实数，相关系数可按照下列公式计算。a) 计算两个序列的标准方差 （C.1） （C.2）b) 计算两个序列的协方差 （C.3）c) 计算两个序列的归一化协方差系数 （C.4）d) 按照如下公式计算出符合工程需要的相关系数 （C.5）C.3可根据表C.1判断变压器绕组的变形程度表C.1相关系数与变压器绕组变形程度的关系（供参考）绕组变形程度相关系数严重变形明显变形轻度变形正常绕组注：在用于横向比较法时，被测变压器三相绕组的初始频响数据应较为一致，否则判断无效。为曲线在低频段（1kHz~100kHz）内的相关系数。为曲线在中频段（100kHz~600kHz）内的相关系数。为曲线在高频段（600kHz~1000kHz）内的相关系数。

附录D（资料性附录）变压器脉冲频率响应法绕组变形分析流程D.1绕组变形分析前应开展的工作——确定本次绕组变形检测试验性质。若为诊断性试验，应了解变压器故障（或缺陷）的具体情况。——获取被试变压器主要参数、结构形式。——获取被试变压器出厂、交接、例行试验数据，重点关注绕组变形的频率响应法试验、低电压短路阻抗试验、电容量试验、振动带电检测等试验结果。——获取被试变压器运维、检修记录，了解变压器主要故障（或缺陷）的处理情况，重点关注变压器经受短路冲击情况，包括历次短路冲击的短路电流、持续时间、短路相别、短路后试验检修情况等。D.2分析测试数据的有效性现场开展变压器绕组变形测试时，正常测得的频响数据曲线应是连续和平滑的。但在较为复杂的现场环境下，有时测得的频响特性数据会受到干扰，会影响测试数据的效果，需要对测试数据的有效性进行分析。干扰过大时，应采取相应抗干扰措施后重新检测。D.3应用横向比较法进行分析在变压器经受单相或相间短路冲击，或在运输过程中经受冲撞后，可以应用7.3中的横向比较法进行绕组变形分析。在对三相分体变压器应用该方法时，要求该组变压器为同厂同型号变压器。D.4应用纵向比较法进行分析在变压器经受三相短路或应用横向比较法分析后，且有被试变压器历史或同厂同型号频率响应数据时，可以应用7.2中的纵向比较法进行绕组变形分析。D.5开展绕组变形综合分析由于不同类型或程度的绕组变形在频率响应特性上表现不同，在使用脉冲频率响应法开展绕组变形检测时，建议同期开展绕组变形的低电压短路阻抗试验、电容量试验。上述三项试验结果的综合分析可参考“三选二”判定方法：频率响应检测、短路阻抗试验和电容量试验三项试验中有任意两项及以上的试验结果显示存在绕组变形时，即判断变压器存在绕组变形。变压器抗短路能力分析和短路冲击累积效应可以协助判断变压器出现绕组变形的危险程度，可作为绕组变形分析的先前条件。常规试验方法（包括直流电阻、电压比、绝缘电阻、介质损耗、局部放电、油色谱等停电试验和振动、超声等带电检测）能反映主绝缘、匝间绝缘的状态，但仅在绕组绝缘发生损伤的状态下方可得到明显信号。因此，常规试验也可作为绕组变形的补充测试方法。

附录E（资料性附录）变压器绕组频率响应特性的基本理解E.1变压器频率响应与其铁心、绕组结构紧密相关，因而不同类型变压器的频率响应特性是不同的。频率响应可划分成3个区域，低频区特性主要受铁心影响，中频区特性受绕组间相互的影响，高频区特性受各绕组结构、内部连接的影响，而最高频段的频响特性则取决于测量引线。应注意的是，由于各区域的划分取决于变压器的几何尺寸及绕组的额定容量，因此各区域并无通用的划分界限。E.2能够鉴别不同类型变压器故障在特定频率范围内频率响应的差别或频率响应特征的区别是非常有用的。尽管已开展了许多此方面的研究工作，但是取得的研究成果却无法推广至所有类型的变压器中。某特定故障在一台变压器中可能表现为某频率范围内频率响应的变化，而在另一台设计和（或）结构不同的变压器中则可能表现为另一频率范围内的变化或呈现出另一种响应特征。绕组位移与变形的严重程度也将影响频率响应的变化程度。E.3典型的变压器绕组幅频响应特性曲线，通常包含多个明显的波峰和波谷，波峰或波谷分布位置及分布数量的变化，是分析变压器绕组变形的重要依据。——幅频响应特性曲线低频段（1kHz～100kHz）的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组的电感改变，可能存在匝间或饼间短路的情况。频率较低时，绕组的对地电容及饼间电容所形成的容抗较大，而感抗较小，如果绕组的电感发生变化，会导致其频响特性曲线低频部分的波峰或波谷位置发生明显移动。对于绝大多数变压器，其三相绕组低频段的幅频响应特性曲线应非常相似，如果存在差异则应及时查明原因。——幅频响应特性曲线中频段（100kHz～600kHz）的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组发生扭曲和鼓包等局部变形现象。在该频率范围内的幅频响应特性曲线具有较多的波峰和波谷，能够灵敏地反映出绕组分布电感、电容的变化。——幅频响应特性曲线高频段（＞600kHz）的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组的对地电容改变，可能存在绕圈整体移位或引线位移等情况。频率较高时，绕组的感抗较大，容抗较小，由于绕组的饼间电容远大于对地电容，波峰和波谷分布位置主要以对地电容的影响为主。但由于该频段易受测试引线的影响，且该类变形现象通常在中频段也会有较明显的反应，故一般可不把高频段测试数据作为绕组变形分析的主要信息。_________________________________

变压器绕组变形的脉冲频率响应法检测技术现场应用导则编 制 说 明目次TOC\o"1-1"\h\z\u1编制背景 12编制主要原则 13与其他标准文件的关系 14主要工作过程 15标准结构和内容 26条文说明 2编制背景本标准是根据中国电机工程学会电机咨【2018】247号文，“中国电机工程学会关于印发‘中国电机工程学会2018年标准计划（第二批）’”的通知，项目序号20（编号201803040002）制订的。本标准由国网天津市电力公司电力科学研究院发起，国网山东省电力公司电力科学研究院、国网上海市电力公司电力科学研究院、国网宁夏电力有限公司电力科学研究院、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院、DR.STRAUSSMESSTECHNIKGMBH公司、上海恺诺实业有限公司、天津市电力科技发展有限公司共同编写。国际标准IEC60076-18:2012《电力变压器第18部分：频率响应测量》指出频率响应测量包含扫描频率响应分析和脉冲频率响应分析，但是正文中对测量方法的规定以及附录中对测量结果的指导性分析，均为对频率响应分析方法的统一规定，并未结合脉冲频率响应测量的特点提出针对性要求。国家标准GB/T1094.18-2016《电力变压器第18部分:频率响应测量》是对IEC60076-18:2012的翻译和编辑，两者内容基本相同。电力行业标准DL/T911-2016《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》对变压器绕组变形频率响应分析法的现场应用做了规定，但是该标准仅涉及绕组变形的正弦频率响应法。绕组变形的脉冲频率响应法作为一种新技术手段，国内外尚未检索到专门针对的脉冲频率响应法检测现场应用的相关技术标准和要求，更没有对检测结果分析判断的规定。为规范变压器绕组变形的脉冲频率响应法检测技术的检测原理、检测仪器、检测方法、分析判断等要求，指导生产和运行维护，确保电网的安全运行，制订本标准。编制主要原则本标准主要依照以下原则编制：立足于变压器设备管理和试验检测工作的现状，做到技术先进、经济合理、安全实用；充分考虑变压器绕组变形检测技术和仪器的发展现状和发展趋势，参考DL/T911-2016《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》对变压器绕组变形的扫描频率响应分析法做出的规定，制定了针对变压器绕组变形的脉冲频率响应分析法的相关技术要求；在认真研究国内外相关专业标准的基础上，开展了必要的理论分析、仿真计算和试验验证工作，从而确保所提要求的准确性。与其他标准文件的关系本标准与相关技术领域的国家现行法律、法规和政策保持一致。本标准不涉及专利、软件著作权等知识产权使用问题。本标准主要参考文件：GB/T1094.1电力变压器第1部分：总则GB/T1094.5电力变压器第5部分：承受短路的能力GB/T1094.18电力变压器第18部分：频率响应测量GB50150电气装置安装工程电气设备交接试验标准DL/T911-2016电力变压器绕组变形的频率响应分析法主要工作过程2018年3月，向中国电机工程学会高电压专业委员会提交了本标准的编制申请。2018年8月，中国电机工程学会高电压专业委员会下达了本标准编