【摘要】变压器绕组材料对变压器的性能有重要影响，为了防止设备制造厂家在材质方面以次充好，并且做到在不破坏变压器结构的情况下完成对变压器绕组材质进行无损检测及鉴别。本文利用铜铝材质作为绕组时其不同的电气及物理特性，并结合了容量体积比法，恒温加热法，自然降温法及频率响应法对配电变压器绕组材质无损鉴别进行研究。
【关键词】变压器，绕组材质，无损检测
1.引言
配电网是电网的重要组成部分，而配电变压器在配电系统中承担着电压变换、电能分配和转移的重要的任务，其安全可靠运行对保障配电系统的稳定运行有着重大意义。但出于成本考虑有些厂商以次充好，用铝带代替铜作为变压器的绕组，给配电变压器的运行带来了一定的安全隐患，同时为了做到在不破坏变压器的结构的情况下对配电变压器的材质进行鉴别，本文从铜和铝的电气特性和物理特性的差异着手，利用尺寸重量法，恒温加热法，自然降温法及频率响应法四种方法对该问题进行探究，以保障我国电力系统中配电变压器的安全、稳定、高效运行。
2.研究方法介绍
2.1 容量体积比法
容量体积比法主要依据不同材质绕组的变压器容量与其体积的关系，对变压器的绕组进行无损鉴别。首先变压器在使用之前最需要鉴别的四项参数为空载损耗，空载电流，负载损耗和短路阻抗。如果铝绕组变压器想要在以上四个方面性能与铜绕组变压器达到相同水平，势必要在变压器绕组的尺寸上做文章，具体来说就是铝绕组变压器为了使损耗参数满足国标，只能通过增大绕组导线横截面积的方法来实现。在这种情况下，由于绕组导线线径变大，铁芯的窗宽、窗高将变大，从而导致整个铁芯以及变压器整体体积的变大。由电机设计的基本统计规律可知，一般的非全密封型变压器铜绕组换成铝绕组后体积增大为原来的1.3倍以上，对于全密封型变压器，由于没有储油柜，体积的增大倍数将更加明显。所以，根据以上所说的原理可知，对于未知材质的变压器，首先测量其体积，再与同型号常规变压器的体积进行比较。体积偏大则判定为铝绕组变压器，体积接近则认为是铜绕组变压器。但同时，这个方法比较繁琐的一点是，对变压器绕组材质鉴别前需要各种型号变压器的损耗参数和体积参数的参考值，而且此方法仅能做到一种粗略的工程性判断，其无损检测结果的可信性要低于恒温加热法和自然降温曲线法。
2.2恒温加热法
通常情况下，运维人员主要通过测量配电变压器的电气量对其运行性能进行评估，这种单一手段，无法准确辨识出配电变压器绕组材质。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了达到对变压器绕组进行精确的无损检测，同时考虑到不同材质温度系数的差异，本文提出采用恒温加热测试技术来研究在加热过程中采用不同绕组材质时变压器的电气特性的变化规律，进而获得能够反映不同绕组材质的性能指标。而恒温加热法的难点在于有效的把整个放入温箱的变压器均匀加热，这样就保证了变压器绕组温度的均匀，只有对温度和电阻进行精确的测量，才能实现对变压器绕组材质的精确无损检测。这种方法是配电变压器绕组材质无损检测中的一种十分精确的评测方法，但缺点是实验门槛高，温升时间长，不适合工程现场的大规模快速检测。
2.3自然降温曲线法
自然降温曲线法的关键是搭建配电变压器热量传递模型，分析不同绕组材质变压器在相同运行环境下的热传导特性，进一步通过对变压器绕组自然降温曲线进行拟合，并通过与已知的纯铜与纯铝的对比进行判定。此外，由此无损检测过程可知，自然降温曲线法与恒温加热法在电阻的判别过程的原理基本类似，都是测量不同材质绕组在一定温度下的电阻，再根据这些测试数据计算出衡量电阻的一些参数，进而拟合成曲线。但自然降温曲线法与恒温加热法有一个明显的区别就是自然降温曲线升温和降温过程都不借助外加温度元，所以其绕组的温度可能很难达到处处均匀，所以其拟合的结果精确度也会跟恒温加热法有所差距。但优点是实验条件相对简单，适合于工程条件下的变压器绕组材质的快速无损检测。
2.4 频率特性法
频率特性法主要通过对铜材质和铝材质加不同频率的高频信号，其集肤效应和邻近效应的对其电阻特性的产生一定的影响，所以配电变压器采用不同绕组材质时，对不同频率激励的响应特性也是判别绕组材质的重要判据，通过该项研究也可以对不同绕组材质进行有效辨别。由于变压器绕组线圈有很强的电感效应，所以此方法更适合铜铝材质的纯电阻情况下的频率特性研究，这样虽然不太适合直接应用到变压器绕组的辨识，但对其不同材质应用于变压器的导电特性研究有很大的帮助，并间接的为变压器的设计选材提供了基础。
3.结语
本文通过对变压器不同材质绕组的电气特性进行分析，在分析基本理论的基础上，运用四种方法，辨别出不同材质绕组的特性曲线。在工程方面可以得到实际应用，并精确辨别出变压器绕组的材质，进而快速判断配电变压器绕组是否合格。
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论文作者:李超群,秦永保,宋玉鼎,李德强
论文发表刊物:《电力技术》2016年第9期
论文发表时间:2017/1/6
标签：绕组论文; 变压器论文; 材质论文; 体积论文; 特性论文; 恒温论文; 电阻论文; 《电力技术》2016年第9期论文;