外文翻譯--低電平短路故障對電力變壓器繞組的一個掃描頻率響應分析的診斷-一個實驗研究【中英文文獻譯文】,中英文文獻譯文,外文,翻譯,電平,短路,故障,對于,電力變壓器,繞組,一個,掃描,頻率響應,分析,診斷,實驗,試驗,研究,鉆研,中英文,文獻,譯文 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 學號：10406304 常 州 大 學 畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 （2014屆） 外文題目 Sweep frequency response analysis for diagnosis of low level short circuit faults on the windings of power transformers: An experimental study 譯文題目 低電平短路故障對電力變壓器繞組的一個掃描頻率響應分析的診斷：一個實驗研究 外文出處 艾斯維爾 學 生 陳海 學 院 懷德學院 專 業(yè) 班 級 機制（懷）101 校內指導教師 孫波 專業(yè)技術職務 講師 二○一三年十一月 低電平短路故障對電力變壓器繞組的一個掃描頻率響應分析的診斷：一個實驗研究 Vahid Behjat, Abolfazl Vahedia, Alireza Setayeshmehrc, Hossein Borsic, Ernst Gockenbachc A. 電力系統(tǒng)自動化和運營中心，伊朗科技大學，德黑蘭，伊朗 B. 電氣工程系，工程系，阿塞拜疆的穆阿利姆大學，大不里士大學，伊朗 C. 電力系統(tǒng)研究所，高電壓工程部（先靈葆雅研究所），萊布尼茨漢諾威大學，德國 文章歷史：在2011年4月7號被收到，在2012年2月修訂后的表格29中收到，在2012年10月被接受，在2012年7月提供在線 關鍵詞：電力變壓器 低水平的短路故障 診斷 法 傳遞函數(shù)法 摘要： 這種貢獻的目的是對低級短路故障來檢測整個掃描頻率響應分析（法）的變壓器繞組上的測量，以獲得診斷標準。通過早期的檢測，顯著的優(yōu)勢將會增加在變壓器上的低水平短路故障。因為如果沒有被快速的檢測到，他們通常會發(fā)展成為更嚴重的故障，導致變壓器和電網(wǎng)的不可逆的損傷，從而導致意外中斷和間接成本。一個有限元模型(FEM)的測試變壓器已經(jīng)被開發(fā)出來了，它的用途是協(xié)助證明修改的繞組頻率響應將不會有故障的發(fā)生。通過大量的實驗和測量證明了，（法）方法在精確檢測變壓器繞組匝間的故障已經(jīng)成功運行，甚至可以下降到幾匝間的繞組。提高（法）測量需要互補的統(tǒng)計指標。相關系數(shù)和譜差法測量得到的頻率響應存在量化指標對變壓器繞組故障的嚴重程度和水平的匝間短路會產(chǎn)生故障。 1.介紹 電力變壓器在任何電力傳輸系統(tǒng)中是最昂貴的和具有重要的戰(zhàn)略元素成分的。 然而，他們也遭受從內部繞組故障—主要是由于絕緣故障；這些缺點必須快速，準確地檢測出并適當?shù)牟扇⌒袆觼韽钠溆嗟碾娏ο到y(tǒng)中隔離故障變壓器。如果不能很快的發(fā)現(xiàn)這些缺點，這些缺點就可以傳播出去，從而導致災難性的單相接地或相間故障，導致在一個完整的變壓器毀壞掉，從而由于停電更換，產(chǎn)生維修或損失更大量的成本。因此大多數(shù)電力設施在其早期階段會積極地高度檢測匝間短路故障，防止進一步損害到變壓器和電力網(wǎng)絡。在早期，傳統(tǒng)的檢測電力變壓器油中溶解氣體的分析方法是局部放電分析和功率因數(shù)的測試，從而顯示在變壓器繞組匝間故障檢測的相當大的局限性。同樣的問題，最后開發(fā)電力變壓器評價的方法是，他們只給出了一個通用的指示內部狀態(tài)的變壓器和不允許檢測匝間繞組故障。 頻率響應分析作為一種的公認方法是用于診斷電力變壓器現(xiàn)場—基于這樣一個事實：每個變壓器繞組有一個獨特的特征，其傳遞函數(shù)對應參數(shù)變化的繞組，即電阻，電感和電容。任何幾何或電的變化范圍內的變壓器是由于這對電容或電感變壓器繞組的性行為導致繞組的傳遞函數(shù)的變化，從而改變其頻率響應影響內部故障。在20世紀70年代末，在加拿大，在安大略水文研究實驗室，由于迪克和歐文的開創(chuàng)性工作，從而導致FRA已經(jīng)廣泛應用于研究電力變壓器繞組的機械完整性。這里，有兩種方式可以進行頻率響應分析法（FRA）測量：掃描頻率響應分析（法）和低壓脈沖法（LVI）。許多早期的實踐者嘗試用脈沖系統(tǒng)來分析，并一直繼續(xù)嘗試到現(xiàn)在。雖然在速度方面很具有吸引力，但LVI方法從未能夠在匹配的范圍，分辨率和重復性和信號噪聲比的掃描方法上取得成果。一個詳細的這兩種方法的優(yōu)劣的評價可以發(fā)現(xiàn)在研究工作中進行。鑒于電位的掃描頻率分析，本文連同它的同伴處理發(fā)展的診斷方法也基于掃描頻率分析，用于檢測匝繞組故障。 近年來，在評估機械完整性的核心中（SFRA）方法具有適用性和敏感性。在電力變壓器的繞組和夾緊結構已經(jīng)采用由實驗室和實際案例進行現(xiàn)場的模擬故障測試。然而，盡管它的重要性，但是利用（SFRA）方法，匝間故障診斷的研究是相當有限的。文獻綜述表明，所有對本研究相關的貢獻都集中在計算機磁盤里，這類故障發(fā)現(xiàn)它足以表明變壓器的頻率響應的整體變化所導致的故障。繞組的頻率響應的修改由于跨磁盤故障沒有被系統(tǒng)分析確定現(xiàn)有文獻中。 調查的敏感性和可行性的（SFRA）方法作為診斷工具來檢測繞組匝間故障，特別是低級匝間故障電源變壓器，這個應用程序和可靠信息之間的變化關系，確定最合適的測試配置是繞組傳遞函數(shù)和匝間故障的問題，到目前為止，仍然沒有被報告。這項研究工作的目的是通過系統(tǒng)的研究，利用特征簽名從記錄中提取（SFRA）的匝間的相關敏感故障的檢測從而擴展先前研究的匝間。所采用的方法是保持處理被施加100 kV，35 kV / 400 V配電變壓器的匝間故障，和一個測量裝置組成的網(wǎng)絡分析儀—測量所需的頻率范圍內的傳遞函數(shù)。 現(xiàn)在影響匝間故障是已知問題，目前的研究主要集中在獲得一個更好的在變壓器匝間故障存在復雜的物理行為的理解。為了清楚地看到這些關系，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了一個測試變壓器的有限元模型。顯然，正確理解由于匝間故障所引起的變壓器的物理行為，將有助于判斷繞組的頻率響應的變化，因此開發(fā)了一個可靠的和敏感的故障檢測方法。使用的統(tǒng)計的量化指標來解釋（SFRA）結果和匝間短路故障的嚴重性級別。本文的組織如下：第二部分是著重對（SFRA）方法相關的基本概念和用于做實驗的方法。第三部分給出了一個簡短的描述，解決了測試變壓器的電氣特性，說明了匝間故障發(fā)生在變壓器繞組上。敏感（SFRA）的測量將在第四部分中討論最合適的測試配置。在第五部分，基于檢查傳遞的函數(shù)，幾個特點達到匝間故障的特征可以推斷出正常的測試變壓器和隨后的診斷操作條件。未來的研究結果和影響將在第七部分討論。最后，結論將在最后一節(jié)。2.測量方法 這個（SFRA）方法注入的一側繞組的低電壓的不同頻率的正弦信號，并測量輸出信號作為他們退出繞組，以便取得積分的繞組的傳遞函數(shù)。處理一個電力變壓器，經(jīng)歷（SFRA），作為一個二端口網(wǎng)絡，當初始條件為零時，網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)被定義為商的輸出輸入頻率響應。圖1展示了一個基本的（SFRA），測量電路包括兩端口網(wǎng)絡—工作模型的變壓器，Zij參數(shù)模型是由分布式的電阻，電容形成，自我和變壓器的等效電路互感元件。在測試阻抗的時候，在這種情況下是用Z12的。在這個例子里，輸入和測量信號通常被作為參考的：通過套管絕緣，Z11和Z22代表阻抗的路徑與地面。通過變壓器的測試表明，Z21代表兩個阻抗之間的參考依據(jù)，在實踐中接近零，因為上面圖表中的負端是短路。最后，S是源用于生成輸入正弦信號和Zs是阻抗的來源。一般來說，存在兩種類型的傳輸，通常用在FRA分析—診斷目的：電壓比（Vout /VIN）和阻抗（VIN / Iin）。應該指出的是，每一個轉換函數(shù)在變壓器組件上的缺陷和變化的敏感性是不同的。因此該方法的用戶必須找到最敏感的傳遞函數(shù)的缺陷檢測。 在這項研究中，確定傳遞函數(shù)在頻域和網(wǎng)絡分析儀內進行，用于生成輸入正弦信號，也使電壓測量和操縱的結果。在這篇文章中，OMICRON測試系統(tǒng)（波特100）被用于測量數(shù)據(jù)。跟蹤發(fā)生器的網(wǎng)絡分析儀產(chǎn)生一個交變電壓為5V的振幅信號被用來充當測量系統(tǒng)的參考信號。兩條線索攜帶輸入（參考）和輸出（測試）的信號被用于連接網(wǎng)絡分析儀和套管的兩端測試繞組。變壓器油箱和引線的接地屏蔽連接在一起，以確保沒有外部阻抗測量并降低噪聲和環(huán)境的影響。這個測量設置伴隨著實驗的測試對象，將在下面介紹部分完成測試裝置執(zhí)行（SFRA）的測量。在本文的測試報告中，測量的頻率范圍為每十年400分100HZ-1 MHz。對點所導致增加的時間使每個測量都缺少真正的共振點和失去了分辨率，從而使在近似的傳遞函數(shù)和收集的數(shù)據(jù)點的概率上降低了合理性。在用掃描設置時，（SFRA）掃描可能需要幾分鐘。 3.實驗設置 （SFRA）測量在高電壓實驗室的一三階段進行了兩個繞組，35 kV / 400 V，一個匝比為4550 / 60的100 kV配電變壓器。低壓和高壓繞組的變壓器有層式和盤式2種配置。匝間故障強加了最外層的高壓磁盤，這是唯一可以訪問的變壓器繞組的一部分。在制定匝間短路故障的步驟中，變壓器油被抽走和變壓器箱前壁被揭露。在繞組被允許曬干后，選擇了最遠圖層的高壓繞組階段 ' U '，位于這個圖層 變壓器的網(wǎng)絡模型 圖1.變壓器的二端口網(wǎng)絡模型 （SFRA） 測量的基本電路 的兩個端點，從第二個磁盤上的兩個導體和絕緣過他們的每個點都被仔細地移除，以便作為攻絲點。下一步是在選定的導體中提取攻絲點。低阻抗絕緣電線通過特定的夾具在攻絲點連接到導線上。然后這些導線被帶出變壓器，以方便訪問內部匝間，從而提供了外部生產(chǎn)匝間故障的可能性。因為很難知道到底什么原因導致的故障，所以在繞組連接完成后，記錄的都是由低電壓電源和水龍頭開路電壓導體之間的數(shù)據(jù)。這個測得的是電壓抽頭之間的，除以線施加到繞組電壓測量的價值中立，是由故障涉及分數(shù)的精確測量。故障級別可以通過分流水龍頭導體來實現(xiàn)，因為它涉及一個非常小的比例的繞組—0.2%的打開繞組。 在重新裝配變壓器之前，進行了絕緣電阻測試，用來實驗的是一個電阻大于1*106歐姆的絕緣電阻。作為變壓器油箱的前壁通過螺釘螺栓被固定到罐上，然后再用油重新灌裝。圖2顯示了一個被測試的變壓器的物理視圖和被油填充之后的變壓器油箱。重組后的變壓器匝間故障，可以通過兩個水龍頭來連接， （a） （b） 圖2.（a）加氣油前的試驗變壓器的前視圖和（b）加氣油后的變壓器側視圖 Core（核心） Phase U（相U） LV Winding（低壓繞組） Phase V （相V） HV Winding（高壓繞組） Phase W （相W） Shorted Turns（匝間短路） （a） 幾何領域 （b）電路領域 圖3.夸張的表現(xiàn)了在第二盤的線端的變壓器線圈、分階段的故障的高壓繞組相“U” （a） （b） 圖4.沿高壓繞組變壓器的水龍頭位置：（a）加汽油前 （b）加汽油后 并且通過一個低阻抗開關來處理較高的電流流過線圈短路時的故障。要調整短路故障時的嚴重程度，可以用一個可變電阻器串聯(lián)在導電路徑之間的終端故障區(qū)域。通過更改此路徑中故障電阻值的數(shù)值，就能實現(xiàn)各種級別的故障嚴重程度。在圖3的草圖中，闡釋了一個夸張的演示文稿相應的幾何和電路域的變壓器線圈和詳細信息的階段性故障相應的“U”的變壓器的高壓繞組。在圖中，外部限制故障電阻和啟動故障的時間控制開關可由“S”和“Rf” 符號分別表示。圖4給出了一個密切的觀點：認為在油填充變壓器油箱之前還是之后，該引入變壓器的高壓繞組和水龍頭之間的故障。在進行這些實驗之前，要做一個變壓器與水龍頭之間的滿負荷試驗以保證這些驗證沒有改變變壓器的正常運行特性。一旦完成了這個測試，就可以用（SFRA）測量可能發(fā)生的故障情形。 4.確定最敏感的測試配置 作者努力地找出最適當?shù)呐渲脕頊y量敏感的頻率響應。分別對兩個不同的傳輸函數(shù)， 各種終端配置和測量類型的三個類別進行了研究。由調查分析確定了的每個方法的頻率響應，敏感性的兩個傳遞函數(shù)：即電壓增益和阻抗。一旦故障檢測相應的傳遞函數(shù)被確定，下一步就是確定最適當?shù)慕M合終端連接和測量達到最大故障時的檢測能力。對開路和短路終端配置和三類繞組進行了測量，包括高電壓，低電壓和繞組間的測量，以便確定檢測繞組故障的最敏感配置。通過這些研究發(fā)現(xiàn)測量電壓增益跨高壓繞組的變壓器，保持所有高壓和低壓的非測試終端浮動，而且能提供更高的靈敏度和故障檢測能力，是因為準備了更多數(shù)量的共振點和有效地考慮到在核心效應較低的頻率。作者發(fā)現(xiàn)可以在研究工作的開展中對匝間可能存在的故障，探測出更詳細更合適的測試設置。以下部分則側重于評估（SFRA）測量診斷匝間故障繞組的變壓器。 5.（SFRA）測量 為了獲取的匝間繞組故障檢測的診斷標準，可以在變壓器0.2%的高壓繞組的階段 “U”上 輪流發(fā)生故障。應該指出的是，對故障涉及到的繞組只占了一個很小的百分比。同時，故障電阻的最小值要被選到交流計數(shù)中作為金屬與金屬接觸的處理，這樣有助于評估趨勢的極值。在實驗的過程中，進行了一系列的試驗，在某些情況下與各實驗一起驗證了測量記錄的正確性。圖5給出了兩個痕跡：在正常和有故障的變壓器的情況下運行裝滿油的變壓器。顯然從結果中表明，出現(xiàn)故障的響應是大不同于低于1KHz低頻范圍內非故障的響應。 dB（分貝） Gain （dB）-U-Normal（正常） Frequency（Hz）（頻率）（赫茲） Gain （dB）-U-Fault （有故障的） 圖5.階段 'U' 的高壓繞組的變壓器在正常和有故障時運行條件的傳遞函數(shù) （a）在正常操作條件下的電磁流分布（每個表/顏色在變壓器內代表的是磁通密度的大?。ㄌ厮估? （b）電磁通量分布在沿第二盤短路故障的線端的高壓繞組相“U”（每個表/顏色在變壓器內代表的是磁通密度的大?。ㄌ厮估? 圖6.變壓器在正常和有故障時的操作條件和損壞的磁盤的詳細信息。 要理解造成短路輪流的低頻率偏差的關鍵點可以在法拉第定律中找到解釋。法拉第定律說明：電動勢（EMF），在轉彎引起的電動勢等于它里面的磁通變化率。從這個法律中可以知道一個眾所周知的結論，在一個固定的頻率下，磁通進入轉彎的量等于被固定在其末端的電動勢。從這個假設中我們知道，當發(fā)生短路時，在一個給定的轉向下，電壓是被迫下降的，因此循環(huán)電流在在短期內短路打開，以限制進入的留通量。讓我們考慮理想的情況下，零電阻短路是零故障電阻。在這種情況下，線圈短路時在其終端會有一個零電壓，因此將沒有流量進入在其輪廓內。該故障的電阻越大，就會有更多的流量進入其內部。相反，隨著短路嚴重程度的增加，就意味著，發(fā)生短路時的故障阻力越小，大量的流量將圍繞周圍的匝間短路轉。 為了最清楚地看到這些關系，開發(fā)了一個測試變壓器的有限元模型。為了介紹變壓器的有限元模型，在附錄中可以找到用于模擬繞組短路故障的原理和更詳細的描述。在圖6的a和b中分別給出了：通量圖（雙面輻射線）和顏色陰影圖，在研究變壓器所產(chǎn)生的有限元模型的變壓器的電磁通量密度在正常工作條件下和在短路故障發(fā)生在變壓器高壓繞組的相位的磁盤上的“U”，故障電阻等于1*106歐姆。可以清楚地從圖6看到，如何從根本上改變繞組發(fā)生故障后的磁通分布。盡管在正常的漏磁情況下，有一種強烈的漏磁，由于故障發(fā)生在核心肢體內，環(huán)繞受損的通過空中路徑減少線圈短路磁通線損壞的匝數(shù)。密集的磁通軌跡圖如圖6b所對應的故障區(qū)域之外的更高水平的磁通密度，在受損的輪流和減少變壓器的鐵心柱可以清楚地識別顏色陰影的電磁磁通密度。 考慮到這些所有的觀察，可以得出結論，繞組短路故障可以改變磁化特性的變壓器核心進而導致低頻偏差的繞組頻率響應。核心效應位于最低頻率帶寬的繞組頻率響應，當測量時，在繞組與其他繞組之間浮動，而不是做空。 匝間故障，除了在較低頻率的頻率響應，也會在中間頻率存在差異。范圍從10千赫到100千赫的差別還是很明顯的?？梢悦黠@地從圖5中的響應的痕跡看出，匝間故障的一般影響是朝著更高的頻率的傳遞函數(shù)轉移。在右圖中，由于匝間故障，發(fā)生在10赫茲到60千赫的頻率范圍內的諧振頻率點的運動更加明顯。增加和減少的響應的絕對值的趨勢也可以再這個頻率范圍內檢測出。仔細看看圖5中的傳遞函數(shù)圖可以表明：在諧振頻率為38千赫左右錯誤的情況下，高達6分貝的傳遞函數(shù)變化的幅度在故障電阻幾乎等于零的情況屬于正常反應。這個絕對的效果與測量的不確定度相媲美。有一些專家的語言之間的協(xié)議，任何相差約0.2分貝從一組（SFRA）測量到下一個通常被認為是變壓器內部的物理變化的指示。正常和有故障的痕跡在所有頻率約100千赫以上幾乎是相同的，因為這里的痕跡覆蓋在這個范圍之內。 第 9 頁 共 9 頁