一种利用扫频阻抗法检测变压器绕组变形的方法与流程

本发明涉及变压器绕组生产技术领域，特别涉及一种利用扫频阻抗法检测变压器绕组变形的方法。

背景技术：

变压器是电力系统中重要的电气设备之一，其安全运行对于保证电网安全意义重大。据有关统计资料介绍，变压器绕组是变压器事故损坏的主要部位。变压器绕组抗短路能力差是造成变压器运行损坏的主要原因。随着电网容量的不断增大，超高压与特高压电力系统的逐步建立，大容量、大区域互联和西电东送等复杂系统的即将形成，对电力系统的安全运行和供电可靠性都提出了更高的要求。特别是随着超高压输电系统全国联网、紧凑型输电线路的建成、带有静补或串补的交流柔性超高压输电系统的采用，输电系统的短路电流将达到较高水平，如63ka。这就要求各变压器产品都能承受较高短路电流所产生的较大电动力和机械力。随着电网容量的日益增大，短路容量亦随之增大，短路故障造成的变压器损坏事故呈上升趋势。

国内用扫频阻抗分析法诊断变压器绕组变形还主要建立在通过经验比较扫频曲线的基础上，数据分析手段较少，对变压器绕组变形的检测还没有一套系统的方法。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明根据等效电路获得扫频阻抗曲线，可以对扫频阻抗曲线进行辨识，据此反推出等值电路中的电路元件参数值，并根据元件参数值的变化情况进行变压器绕组变形的智能检测，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术方案：本发明还提供了一种利用扫频阻抗法检测变压器绕组变形的方法，包括短路阻抗法和频率响应分析法，其步骤为：

步骤1：、计算流过变压器绕组的电流i，并获得将短路阻抗法及频率响应分析法有效结合的扫频阻抗法接线方式；

步骤2：利用导线将变压器绕组一侧短路，另一侧绕组的首端注入正弦扫频信号并利用采样电阻rc1和rc2分别得到该绕组的激励信号和响应信号通过以上参数可得变压器的阻抗

步骤3：为了满足阻抗匹配因素减小测试波过程，测试系统中的采样电阻rc1和rc2的阻抗值取50ω，计算流过步骤2中非短路侧的电流、变压器扫频电阻r以及扫频电抗x。

步骤4：根据上诉步骤得到等效电路，根据等效电路获得扫频阻抗曲线，对其进行辨识，反推出等值电路中的电路元件参数值，并根据元件参数值的变化进行变压器绕组变形的智能检测。

进一步地，所述步骤2中正弦扫频信号的频率为10hz～1mhz。

进一步地，所述步骤2中的变压器的阻抗为：

其中，为变压器的阻抗值，j为虚数单位，ω为加载信号的角频率，和分别为被测绕组的首端电压及末端电压，为被测绕组的电流，r为被测变压器的电阻，x为被测变压器的电抗。

进一步地，步骤4等效电路为两种，分别为低频等效测试电路和中高频等效测试电路。

进一步地，所述低频等效测试电路为变压器绕组首端加载电压频率较低，变压器可看做由电阻和电感组成的t型电路。

进一步地，所述中高频等效测试电路为加载电压频率大于1khz，变压器铁心的励磁作用减弱，变压器绕组可被看做由一系列电感、电容及电阻分布参数组成的线性双端口网络。

进一步地，所述步骤3中流过步骤2中非短路侧的电流、变压器扫频电阻r以及扫频电抗x分别为：

其中，相位差θ＝(θi-θo)，其中θi和θo分别为激励电压和响应电压的相位。

有益效果：

本发明提出的利用扫频阻抗法检测变压器绕组变形的方法，利用扫频阻抗法测试时，变压器可看作由电阻、电感和电容等元件组成的等效电路，一旦绕组出现变形便会造成以上电路元件的数值发生变化，并最终引起扫频阻抗值的改变。因此，扫频阻抗法能够有效地检测变压器绕组变形缺陷。而由于扫频阻抗曲线是根据上述等效电路获得的，因此，可以对扫频阻抗曲线进行辨识，据此反推出等值电路中的电路元件参数值，并根据元件参数值的变化情况进行变压器绕组变形的智能检测。

附图说明

图1为本发明的扫频阻抗法测试原理图；

图2为本发明的扫频阻抗法低频等效测试电路图；

图3为本发明的扫频阻抗法中高频等效测试电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的介绍。

一种利用扫频阻抗法检测变压器绕组变形的方法，包括短路阻抗法和频率响应分析法，短路阻抗法和频率响应分析法具有一定的相似性，皆为通过绕组首端向变压器内部注入电压信号，且两者都对该电压信号进行采集，不同的是短路阻抗法需获得流过测试绕组的电流，而频率响应分析法则要得到绕组末端采样电阻上的电压，其步骤如下：

步骤1：由电路原理可知，在采样电阻r与其电压u已知的情况下，通过公式i＝u/r，即可得到流过绕组的电流i，可获得将短路阻抗法及频率响应分析法有效结合的扫频阻抗法接线方式，如图1所示；

步骤2：由图1可知，测试时利用导线将变压器绕组一侧(一般为低压绕组)短路，另一侧绕组的首端注入频率为10hz～1mhz的正弦扫频信号并利用采样电阻rc1和rc2分别得到该绕组的激励信号和响应信号通过以上参数可得变压器的阻抗

式中，为变压器的阻抗值/ω，j为虚数单位，ω为加载信号的角频率/rad/s，和分别为被测绕组的首端电压及末端电压/v，为被测绕组的电流/a，r为被测变压器的电阻/ω，x为被测变压器的电抗/ω。

步骤3：考虑到测试中的连接线多为50ω阻抗的同轴线，为了满足阻抗匹配因素减小测试波过程，测试系统中的采样电阻rc1和rc2的阻抗值一般为50ω(如图1)，因此流过非短路侧的电流为：

将式(2)代入式(1)得：

式(3)可继续转化为：

式(4)的模即为变压器的扫频阻抗zk(jω)，即：

同时，利用式(4)可进一步得到变压器的扫频电阻r及扫频电抗x：

式(6)与(7)中，相位差θ＝(θi-θo)，其中θi和θo分别为激励电压和响应电压的相位。

步骤4：根据上诉步骤，该测试方法包含2种等效电路，一种为低频等效测试电路，另一种为中高频等效测试电路，根据等效电路获得扫频阻抗曲线，对其进行辨识，反推出等值电路中的电路元件参数值，并根据元件参数值的变化进行变压器绕组变形的智能检测。具体如下：

(1)低频等效电路

当绕组首端加载电压频率较低时，变压器可看做由电阻和电感组成的t型电路，如图2所示。其中，和分别为加载于绕组的激励电压和响应电压，r1、x1和z1分别为被测绕组的电阻、电抗及阻抗，r′2、x′2和z′2分别为短路侧绕组变比到被测绕组的电阻、电抗及阻抗，r3、x3和z3分别为变压器的励磁电阻、励磁电抗及励磁阻抗，rc1和rc2分别为绕组首、末端的采样电阻，为流过被测绕组的电流，z为变压器的阻抗。

由图2可知，在低频段时，扫频阻抗法测试电路完全等效于短路阻抗法，因此扫频阻抗曲线50hz处的值可作为短路阻抗值对变压器绕组状态进行判定。如要与变压器铭牌值进行比较，该50hz处的扫频阻抗值还需进行归一化处理，对于单相变压器而言，其短路阻抗百分数zke为：

式中，zk为50hz处的扫频阻抗值/ω，ie和ue分别为变压器的额定电流/a与电压/v，而对于三相变压器，还需考虑相电压与线电压之间的转换：

(2)中高频等效电路

当加载电压频率大于1khz时，变压器铁心的励磁作用减弱，绕组可被看做由一系列电感、电容及电阻等分布参数组成的线性双端口网络，扫频阻抗测试电路如图3所示。其中，和分别为加载于变压器绕组的激励电压和响应电压，l、r和ck分别为被测变压器绕组的电感、电阻及饼间电容，cd为被测变压器的对地电容，为流过被测绕组的电流，rc1和rc2分别为绕组首、末端的采样电阻。

由图3可知，如该电路中的变压器分布参数发生变化，则必然导致式(5)中的扫频阻抗值改变，故扫频阻抗曲线与频响曲线相似，能够描述变压器绕组状态。

综上，利用扫频阻抗法测试时，变压器可看作由电阻、电感和电容等元件组成的等效电路，一旦绕组出现变形便会造成以上电路元件的数值发生变化，并最终引起扫频阻抗值的改变。因此，扫频阻抗法能够有效地检测变压器绕组变形缺陷。而由于扫频阻抗曲线是根据上述等效电路图2和图3获得的，因此，可以对扫频阻抗曲线进行辨识，据此反推出等值电路中的电路元件参数值，并根据元件参数值的变化情况进行变压器绕组变形的智能检测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。