摘 要：在变压器各类故障中，最常见的就是绕组匝间短路。目前，主要是通过变压器油中溶解气体的在线监测作为监测变压器运行的主要手段。通过分析找到了变压器在线监测特别是针对绕组在线监测的新特征量：功率损耗。在此基础上，探讨了实现变压器绕组在线监测的可能性，再结合油气量分析提出了相应的监测判断流程，初步探讨了新的电力变压器在线监测系统和变压器状态评估的框架。 关键词：电力变压器；在线监测；匝间短路；功率损耗；状态评估 Abstract: In various faults of transformer, turn-to-turn short-circuit of windin g occurs mostly. At present, the online monitoring of dissolved gas in transform er oil is the main means to monitor the operation of transformer. Through the analysis, power loss as a new characteristic quantity has been found, especially f or online monitoring of winding. Based on it, the possibility to realize the onl ine monitoring of transformer winding is discussed, the corresponding flow of mo nitoring and determination is put forward together with the analysis of oil and gas content, and a new online monitoring system of power transformer and the blo ck diagram of transformer evaluation are discussed preliminarily. Key words: power transformer; online monitoring; turn-to-turn sh ort-circuit; power loss; state evaluation 电力变压器是电力系统中重要的高压电气设备，担负着电压、电流的转换以及功率传输的任务，其性能的好坏直接影响着电力系统的安全稳定运行，可以形象地将电力变压器视为电网的“心脏”。因此，这对长期运行的电力变压器来说，确保它的运行可靠性是一个重要的问题。? 近年来，电力变压器制造材料的改进、设计方法和制造技术的提高已经在一定程度上地提高了电力变压器运行的可靠性。但是，由于电力变压器的运行环境以及现在的故障诊断手段还不够完善、评定电力变压器设备绝缘状态可靠性的可信度还不高，以至于电力变压器出现故障时，不能准确地判断出电力变压器的故障，所以，电力变压器的故障概率是比较高的。目前，国内外学者在电力变压器在线监测以及故障诊断方面进行了大量的研究工作。在线监测主要包括：油中气体含量在线监测（油色谱在线分析）、油中氢气浓度在线监测、变压器绕组局部放电在线监测、变压器绕组变形在线监测等等，其中最成熟也最主要使用的方法是油中气体含量在线监测，即气相色谱法（三比值法、特征气体法、Rogers法等），即监测正在运行时的电力变压器油中出现的各种气体的含量来判断电力变压器潜伏性故障。但由于电力变压器结构复杂,而且电力变压器的故障往往由多种原因引起，不同故障所表现出的征兆有时具有相似性、随机性、人为的干扰因素以及诊断设备和手段存在的误差等因素，因此，常规的电力变压器故障诊断方法远远不能满足现代故障诊断的要求。 实现从油气量和电气量两个方面同时去监测变压器的运行状况，从而提出一种新的电力变压器的在线运行监测方法。由于油气量的工作已经非常成熟，只侧重于电气量方面的研究。 1变压器绕组匝间短路分析及在线监测原理 变压器涉及电气量的部件主要就是绕组，据统计资料表明，变压器中最常发生故障的部件之 一就是变压器的绕组，它的损坏率约占整个变压器故障的60%～70%，而在变压器绕组故障中，其中因绝缘老化而导致的绕组匝间短路、相间短路、绕组对地短路占整个故障的70%～80%。变压器绕组故障都能归于绕组匝间短路故障引起。随着输电电压越来越高，人们发现传统的连续式线圈已经不能满足超高压输电的需要，因此引入了纠结式线圈。纠结式线圈的特点在于，它在线圈的相邻数序线匝间插入了不相邻数序的线匝，形成了交错纠连的纠结线段并组成了纠结式线圈，从而使线圈的纵向电容增加，这样沿线圈的轴向高度上冲击梯度分布特性就得到了很大的改善，所以在各种高电压线圈上得到了广泛的应用。由于纠结式线圈的两个相邻匝间的电压比连续式线圈大n/2倍（n为绕组线圈的匝数），其绝缘水平也要求更高，更容易发生匝间短路。对于变压器绕组故障特别是匝间短路故障，有必要找出新 的故障特征量，从而实现对变压器绕组的在线监测。 众所周知，变压器发生匝间短路故障时，尽管短路匝电流很大，但流出一次侧电流非常小。 传统的保护措施是通过整定继电保护的参数来实现的，这对一些尚不致于产生保护动作的匝间短路故障的诊断就无能为力。对于瓦斯继电器，只有当气体积累到某一最小容积时才能动作，故瓦斯保护反应变压器内部这种匝间短路故障的速度慢、时间长。因此，如何在继电保护动作之前及时地监测这种潜伏性故障，避免变压器非正常退出运行就显得非常必要。 对变压器有功损耗物理机理的研究是新的变压器匝间短路故障在线监测方法的基础。电力变压器的有功损耗分为负载损耗和空载损耗两大部分，其中，负载损耗包括基本损耗（欧姆损耗）和由漏磁场引起的附加损耗（杂散损耗）；空载损耗（铁心损耗）包括基本损耗（涡流损耗和磁滞损耗）和由漏磁场引起的附加损耗。 空载损耗包括基本损耗和附加损耗两部分，前者包括磁滞损耗和涡流损耗，后者主要是由漏 磁场在变压器内部产生的各种附加损耗。变压器匝间短路后，一方面，由于短路匝中电流很大，造成铁心局部严重饱和，导致损耗增加；另一方面，由漏磁场的变化将直接影响到附加损耗的变化原理可知，绕组如果发生了匝间短路故障，将直接影响到漏磁场在变压器内部的分布，从而直接影响变压器内部附加功率损耗的大小。变压器绕组发生匝间短路后，故障相所引起的漏磁场变化很强烈，非故障相的不明显，从而可得到结论：变压器绕组发生匝间短路后，故障相的附加损耗就会发生比较大的变化，其他绕组的附加损耗也有变化，但是变化很小。总之，变压器绕组发生匝间短路故障后，由其内部磁场的变化所引起的功率损耗将会增大。 正常运行时，变压器的附加负载损耗是指变压器线圈导线中的涡流损耗，线圈内部的环流损耗以及结构件中的涡流损耗，这些附加损耗都是负载电流引起的漏磁通所感应产生的。 当变压器发生匝间短路时，会引起下列变化： ①由于短路使短路所在相绕组匝数减少了，短路后将产生一个短路电流，此短路电流使变压器产生一个附加的损耗，同时，在短路的线匝之间形成一个短路环，短路环的电流较大，也产生了一个附加的功率损耗。被短路的绕组相当于一个匝数等于短路匝数的短路环加在变压器的铁芯上，该短路绕组内的电流近似等于变压器的短路电流（环流），可以达额定电流的20倍以上（但变压器绕组引出线上的电流变化并不大）。短路环流引起变压器局部发热，造成铁心的局部饱和，也引起额外的功率损耗（与电流平方成正比），而且对于不同的匝间短路，此增加损耗不同，增加损耗随着短路匝数的增加而增大。 ②对多台变压器并联运行，若原方短路，则副方电压将略有升高，若副方短路，则副方电 压略有降低，这都会使并联运行的变压器之间产生环流，也将会使变压器损耗增加。 ③从能量的观点来分析，当变压器发生匝间短路故障后，在故障点将形成一个放电点，随 着弧光放电产生，必将消耗大量的功率损耗，其具体的数值将依赖于过渡电阻的大小。 综上所述，可以得出结论：当变压器绕组发生匝间短路，会使变压器的负载铁耗和空载损耗 均增加从而导致总损耗增加，而且对于匝间短路严重程度的不同，此增加损耗也不同，损耗会随着短路匝数的增加而增大，具体的数值依赖于短路故障的严重程度以及过渡电阻大小等因素。
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