CN107037312A - 一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法 - Google Patents

一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107037312A
CN107037312A CN201611059231.5A CN201611059231A CN107037312A CN 107037312 A CN107037312 A CN 107037312A CN 201611059231 A CN201611059231 A CN 201611059231A CN 107037312 A CN107037312 A CN 107037312A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transformer winding
frequency
impedance
simulation
frequency sweep
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611059231.5A
Other languages
English (en)
Inventor
王文华
朱哲然
丁卫平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, State Grid Henan Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201611059231.5A priority Critical patent/CN107037312A/zh
Publication of CN107037312A publication Critical patent/CN107037312A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/72Testing of electric windings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/62Testing of transformers

Abstract

本发明公开了一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法,该方法通过分频段分别建立低频段的变压器绕组集中参数等效模型和高频段变压器双绕组梯形等效模型来构建用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型,其优点在于可以有效利用所述低频段和高频段两种等效电路模型各自的优势,采用该方法建立的变压器绕组等效模型,可以有效仿真模拟扫频阻抗法下的变压器绕组在整个频率区间内的频率特性,从而为基于扫频阻抗法检测变压器绕组变形提供一种准确的仿真方法,该发明一方面保证了试验人员和设备安全,另一方面也能为变压器绕组故障研究节约成本与时间,为扫频阻抗法的变压器绕组等效电路仿真实验提供依据。

Description

一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法
技术领域
[0001] 本发明属于变压器技术领域,特别涉及一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模 型建立方法。
背景技术
[0002] 扫频阻抗法是一种结合频率响应分析法和短路阻抗法优点的新型变压器无损检 测方法,该方法通过比较50 Hz短路阻抗值的偏差,可以准确判别绕组的状况,根据变压器 频率-阻抗曲线即扫频阻抗曲线的改变,能够确定故障的类型和位置。测试时由于采用大功 率扫频信号,测试信号较强,这样抗干扰能力就较强,环境因素引起的不利影响就大大降 低,采用此方法对变压器绕组进行一次测量,既能得到变压器的短路阻抗值又可以得到变 压器阻抗随频率的变化情况,但是现有的研究都是基于该方法对变压器进行实际测试研究 的,实际操作往往存在由于操作不规范、不熟练造成人身和设备伤害的问题,同时耗费的成 本与时间也较大,故研究一种高效、准确、安全且成本较低的仿真方法是非常有必要的。
发明内容
[0003] 本发明针对以上问题,提出了一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方 法,采用该方法建立的变压器绕组等效模型可以有效的仿真模拟扫频阻抗法下的变压器绕 组在整个频率区间内的频率特性,从而为基于扫频阻抗法检测变压器绕组变形提供一种准 确的仿真方法。
[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现: 一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法,包括以下步骤: 51、 在实验室中搭建阻抗测试系统,包括扫频信号源、功率放大器、数据采集卡、采样电 阻、采样电阻、计算机和若干测试连接线及夹具,所述扫频信号源与功率放大器串联接于 变压器绕组一次侧用于施加扫频信号,所述数据采集卡与计算机串联接于变压器绕组一次 侧用于采集和测试激励和响应信号; 52、 阻抗测试系统搭建好后,用导线将变压器绕组二次侧短路,在变压器绕组一次侧注 入由扫频信号源产生的扫频信号,经过功率放大器的放大作用后加载于变压器绕组一次 侧;
Figure CN107037312AD00031
53、 分别利用采样电阻和采样电阻得到变压器绕组一次侧首端激励信号R及末端响 应信号防>,从而得到变压器扫频阻抗
Figure CN107037312AD00032
和扫频阻抗曲线; 54、 找出该扫频阻抗曲线的第一个峰值对应的频率点
Figure CN107037312AD00033
,在整个频率区间内以所述的 频率点/1划分低频段和高频段; 55、 针对步骤S4所述低频段建立满足其低频段阻抗特性要求的低频段变压器绕组集中 参数等效电路模型; 56、 针对步骤S4所述高频段建立满足其高频段阻抗特性要求的高频段变压器绕组梯形 等效电路模型; S7、根据步骤S5和S6,在仿真软件中分别建立用于扫频阻抗法的低频段变压器绕组集 中参数和高频段变压器绕组梯形等效电路仿真模型,通过仿真模拟扫频阻抗法下的变压器 绕组在整个频率段内的阻抗频率特性。
[0005] 较佳地,所述扫频信号是正弦电压信号。
[0006] 较佳地,所述采样电阻Rl和采样电阻R2均为
Figure CN107037312AD00041
[0007] 较佳地,所述频率区间为I OHz〜IMHz。
[0008] 较佳地,所述低频段变压器绕组集中参数等效电路模型包括一次侧绕组的电阻与 漏电感、二次侧折算到一次侧的电阻与漏电感以及变压器的励磁电阻与励磁电感,所述电 阻与漏电感可以利用公式法或有限元法依据变压器绕组的结构得到,所述变压器励磁电阻 与电感可由具体变压器型号得到。
[0009] 较佳地,所述高频段变压器绕组梯形等效电路模型是以饼为单元建立的,该模型 包括电感、电阻、每个单元的对地电容和纵向电容以及高低压绕组之间的饼间电容,模型中 对应的电感、电阻、对地电容、纵向电容等电路参数则通过公式法或有限元法计算得到。
[0010] 本发明变压器设计的关键在于分频段建立相应的变压器绕组等效电路模型,在低 频段时,起主导作用的是铁芯磁场,扫频阻抗曲线第一个峰值对应的频率点
Figure CN107037312AD00042
是变压器绕 组的第一个频率谐振点,谐振的存在必然是电感、电容共同作用的结果,然而在第一个波峰 之前,阻抗值是随频率单调递增直到第一个峰值之后,所以在第一个波峰之前可以认为其 等效电路是含有电感和电阻的集中参数电路,分布电容的影响可以忽略。而随着频率的升 高,铁芯的导磁能力逐渐减弱,到高频段时,铁芯的作用只对电场分布有影响,此时用分布 参数的梯形等效电路模型进行描述较为合适。
[0011] 本发明提出的一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法,其优点是, 该方法可以有效利用低频段集中参数等效电路模型和高频段梯形等效电路模型两种电路 模型各自的优势,建立的变压器绕组等效模型可以有效仿真模拟扫频阻抗法下的变压器绕 组在整个频率区间内的频率特性,从而为基于扫频阻抗法检测变压器绕组变形提供一种准 确的仿真方法,该发明一方面保证了试验人员和设备安全,另一方面也能为变压器绕组故 障研究节约成本与时间,为扫频阻抗法的变压器绕组等效电路仿真实验提供依据。
附图说明
[0012] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0013] 图1是扫频阻抗法的测试系统示意图; 图2是对一个变压器模型进行测试后的扫频阻抗曲线图; 图3是低频段变压器绕组集中参数等效电路模型; 图4是高频段变压器绕组等效的分布参数梯形等效电路模型; 图5是仿真与实测阻抗曲线对比图。
具体实施方式
[0014] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施例,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
[0015] 如图1、图2、图3、图4所示,一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法, 其特征在于,包括以下步骤: 51、 在实验室中搭建阻抗测试系统,如图1所示,包括扫频信号源、功率放大器、数据采 集卡、采样电阻
Figure CN107037312AD00051
、采样电阻
Figure CN107037312AD00052
、计算机和若干测试连接线及夹具,所述的扫频信号源与功率 放大器串联接于变压器绕组一次侧用于施加扫频信号,所述的数据采集卡与计算机串联接 于变压器绕组一次侧用于采集和测试激励和响应信号; 52、 阻抗测试系统搭建好后,用导线将变压器绕组二次侧短路,在变压器绕组一次侧注 入由扫频信号源产生的扫频信号,经过功率放大器的放大作用后加载于变压器绕组一次 侧;
Figure CN107037312AD00053
53、 分别利用采样电阻和采样电阻得到变压器绕组一次侧首端激励信号汰及末端
Figure CN107037312AD00054
响应信号以:11,从而得到变压器绕组阻抗
Figure CN107037312AD00055
和如图2所示的扫频阻抗曲线,图2中横坐标 表示频率(Hz),纵坐标表示阻抗
Figure CN107037312AD00056
; 54、 找出该扫频阻抗曲线的第一个峰值对应的频率点
Figure CN107037312AD00057
,如图2所示,在整个频率区间 内以所述的频率点
Figure CN107037312AD00058
划分低频段和高频段; 55、 如图3所示,针对步骤S4所述的低频段建立低频段变压器绕组集中参数等效电路模 型,图3中,与
Figure CN107037312AD00059
分别为一次侧绕组的电阻和漏电感,
Figure CN107037312AD000510
Figure CN107037312AD000511
,分别为二次侧折算到一次侧
Figure CN107037312AD000512
的电阻与漏电感:
Figure CN107037312AD000513
Figure CN107037312AD000514
^分别为变压器的励磁电感与励磁电阻; 56、 如图4所示,针对步骤S4所述的高频段建立高频段变压器绕组梯形等效电路模型, 图4中是输入电阻,是输出电阻,
Figure CN107037312AD000515
为高压侧每饼的电阻,
Figure CN107037312AD000516
%低压侧每饼的电阻
Figure CN107037312AD000517
Figure CN107037312AD000518
Figure CN107037312AD000519
Figure CN107037312AD000520
分别为高压侧与低压侧的纵向电容,
Figure CN107037312AD000521
Figure CN107037312AD000522
分别是高压侧与低压侧每饼的电感参 数,
Figure CN107037312AD000523
I和
Figure CN107037312AD000524
分别是高压侧和低压侧的每一饼对地电容参数,
Figure CN107037312AD000525
是高低压绕组间的饼间电 容
Figure CN107037312AD000526
为高压侧绕组间的互感,
Figure CN107037312AD000527
为低压绕组间的互感,
Figure CN107037312AD000528
为高低压绕组间的互感
Figure CN107037312AD000529
与 4为低压侧短路线的等效电阻与电感; 57、 根据步骤S5和S6,在仿真软件中分别建立用于扫频阻抗法的低频段变压器绕组集 中参数和高频段变压器绕组梯形等效电路仿真模型,通过仿真模拟扫频阻抗法下的变压器 绕组在整个频率段内的阻抗频率特性。
[0016] 本例中,所述的扫频信号是正弦电压信号;所述的采样电阻和采样电阻均为50
Figure CN107037312AD000530
Figure CN107037312AD000531
Ω;所述的频率区间为I OHz〜IMHz。
[0017] 本例中,所述低频段变压器绕组集中参数等效电路模型包括一次侧绕组的电阻
Figure CN107037312AD000532
与漏电感
Figure CN107037312AD000533
,二次侧折算到一次侧的电阻与漏电感
Figure CN107037312AD000534
以及变压器的励磁电阻
Figure CN107037312AD000535
与励磁
Figure CN107037312AD000536
电感
Figure CN107037312AD000537
,所述电阻与漏电感可以利用公式法或有限元法依据变压器绕组的结构得到,所述 变压器励磁电阻与励磁电感可由具体变压器型号得到。所述高频段变压器绕组梯形等效电 路模型是以饼为单元建立的,该模型包括电感、电阻、每个单元的对地电容和纵向电容以及 高低压绕组之间的饼间电容,模型中对应的电感、电阻、对地电容、纵向电容等电路参数则 通过公式法或有限元法计算得到。
[0018] 如图5所示,为了更好的对变压器进行故障判断,对阻抗模值进行了分贝化转换
Figure CN107037312AD000538
的单位为Ω,则定义Z的单位为
Figure CN107037312AD000539
仿真与实测阻抗曲线通过对比可 以看出,低频段内模型仿真与试验测量的扫频阻抗曲线一致性较好,阻抗值随着频率的增 大而增大,并且仿真得到的50Hz处的阻抗值与试验测量得到的短路阻抗值基本一致,这两 点说明如图3所示低频段集中参数等效电路模型的正确性。进入高频段后,虽然谐振点对应 的阻抗峰值有差别,但是谐振点出现的位置大致相同并且频率末端对应的阻抗值基本趋于 一致,这两点也说明了如图4所示高频段分布参数梯形等效电路的正确性。
[0019]综上所述,低频段的集中参数等效电路以及高频段的分布参数梯形等效电路都较 好的反应了整个频段内扫频阻抗值随频率变化的情况。

Claims (6)

1. 一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法,其特征在于,包括以下步骤: 51、 在实验室中搭建阻抗测试系统,所述阻抗测试系统包括扫频信号源、功率放大器、 数据采集卡、采样电阻苟、采样电阻^、计算机和若干测试连接线及夹具,所述扫频信号源与 所述功率放大器串联接于变压器绕组一次侧,所述数据采集卡与所述计算机串联接于变压 器绕组一次侧; 52、 阻抗测试系统搭建好后,用导线将变压器绕组二次侧短路,在变压器绕组一次侧注 入由扫频信号源产生的扫频信号,经过功率放大器的放大作用后加载于变压器绕组一次 侧; 53、 分别利用所述采样电阻负和采样电阻巧得到变压器绕组一次侧首端激励信号防及 末端响应信号从而得到变压器绕组扫频阻抗A (J'w)和扫频阻抗曲线; 54、 找出该扫频阻抗曲线的第一个峰值对应的频率点/1,在整个频率区间以所述频率 点划分低频段和高频段; 55、 针对步骤S4所述低频段建立满足其低频段阻抗特性要求的低频段变压器绕组集中 参数等效电路模型; 56、 针对步骤S4所述高频段建立满足其高频段阻抗特性要求的高频段变压器绕组梯形 等效电路t吴型; 57、 根据步骤S5和S6,在仿真软件中分别建立用于扫频阻抗法的低频段变压器绕组集 中参数和高频段变压器绕组梯形等效电路仿真模型。
2. 根据权利要求1所述的用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法,其特征在 于,所述扫频信号是正弦电压信号。
3. 根据权利要求1所述的用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法,其特征在 于:所述频率区间为I OHz〜IMHz。
4. 根据权利要求1所述的用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法,其特征在 于,所述采样电阻氏和采样电阻^均为50Ω。
5. 根据权利要求1所述的用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法,其特征在 于,所述低频段变压器绕组集中参数等效电路模型包括一次侧绕组的电阻与漏电感、二次 侧折算到一次侧的电阻与漏电感以及变压器的励磁电阻与励磁电感。
6. 根据权利要求1所述的用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法,其特征在 于,所述高频段变压器绕组梯形等效电路模型是以饼为单元建立的,该模型包括电感、电 阻、每个单元的对地电容和纵向电容以及高低压绕组之间的饼间电容。
CN201611059231.5A 2016-11-28 2016-11-28 一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法 Pending CN107037312A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611059231.5A CN107037312A (zh) 2016-11-28 2016-11-28 一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611059231.5A CN107037312A (zh) 2016-11-28 2016-11-28 一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107037312A true CN107037312A (zh) 2017-08-11

Family

ID=59531110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611059231.5A Pending CN107037312A (zh) 2016-11-28 2016-11-28 一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107037312A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108872764A (zh) * 2018-05-23 2018-11-23 安徽省神虹变压器股份有限公司 一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法
CN110146777A (zh) * 2019-05-13 2019-08-20 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种发电机/调相机转子匝间短路故障检测方法
CN110672003A (zh) * 2019-09-23 2020-01-10 国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司 一种利用扫频阻抗法检测变压器绕组变形的方法
CN110807243A (zh) * 2019-09-23 2020-02-18 国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司 一种计及频变参数的变压器绕组等值电路模型建立方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203629536U (zh) * 2013-12-20 2014-06-04 国家电网公司 一种变压器绕组分析仪
CN104535955A (zh) * 2015-01-15 2015-04-22 国网四川省电力公司电力科学研究院 变压器频响法绕组变形测试仪的检定装置及其检定方法
CN204347165U (zh) * 2015-01-15 2015-05-20 国网四川省电力公司电力科学研究院 变压器绕组变形故障模拟装置
CN105004260A (zh) * 2015-07-02 2015-10-28 贵阳供电局 采用扫频短路阻抗法对变压器绕组进行变形测试的方法
CN105203853A (zh) * 2015-09-11 2015-12-30 国网智能电网研究院 一种大容量高频变压器寄生电容的测量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203629536U (zh) * 2013-12-20 2014-06-04 国家电网公司 一种变压器绕组分析仪
CN104535955A (zh) * 2015-01-15 2015-04-22 国网四川省电力公司电力科学研究院 变压器频响法绕组变形测试仪的检定装置及其检定方法
CN204347165U (zh) * 2015-01-15 2015-05-20 国网四川省电力公司电力科学研究院 变压器绕组变形故障模拟装置
CN105004260A (zh) * 2015-07-02 2015-10-28 贵阳供电局 采用扫频短路阻抗法对变压器绕组进行变形测试的方法
CN105203853A (zh) * 2015-09-11 2015-12-30 国网智能电网研究院 一种大容量高频变压器寄生电容的测量方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘勇 等: "检测变压器故障的扫频阻抗法特性研究及应用", 《高电压技术》 *
孙翔 等: "基于扫频阻抗法的变压器匝间短路故障检测", 《高压电器》 *
朱生鸿 等: "扫频阻抗法检测变压器绕组匝间短路故障", 《绝缘材料》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108872764A (zh) * 2018-05-23 2018-11-23 安徽省神虹变压器股份有限公司 一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法
CN110146777A (zh) * 2019-05-13 2019-08-20 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种发电机/调相机转子匝间短路故障检测方法
CN110672003A (zh) * 2019-09-23 2020-01-10 国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司 一种利用扫频阻抗法检测变压器绕组变形的方法
CN110807243A (zh) * 2019-09-23 2020-02-18 国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司 一种计及频变参数的变压器绕组等值电路模型建立方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102721465B (zh) 电力变压器铁芯松动故障诊断与故障初步定位系统及方法
CN103018705B (zh) 电流互感器励磁特性测试方法及装置
CN103487780B (zh) 一种gis电子互感器测试系统及其方法
Pham et al. A new method for purposes of failure diagnostics and FRA interpretation applicable to power transformers
CA2908579C (en) Method and device for testing a transformer
CN103235170B (zh) 差分式D-dot电压传感器
CN101706535B (zh) 高电压互感器介质损耗测试装置及测试方法
CN102721897B (zh) 电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法
CN103926514B (zh) 一种带电运行状态下的高压设备绝缘诊断方法
CN102654571B (zh) 电流互感器综合测试仪
CN102735969B (zh) 电力变压器绕组故障模拟试验方法
CN102253283B (zh) 一种基于小波包能量谱的分布式微网并网孤岛检测方法
CN104748838B (zh) 基于有限元分析的变压器绕组松动判断系统和方法
CN105093140B (zh) 一种变压器剩磁检测及消磁的方法及其装置
CN104374312B (zh) 一种电力变压器绕组变形的检测方法
CN100373166C (zh) 利用扫频电源激振检测变压器绕组状态的装置
CN101943719B (zh) 一种同频异步核相方法
CN101738567A (zh) 利用恒流扫频电源激振检测变压器绕组状态的系统和方法
CN105116283A (zh) 一种井下电力电缆绝缘监测装置
CN203324463U (zh) 小电流接地选线装置性能试验与评价平台
CN204536469U (zh) 一种变电站二次回路电压电流互感器检测装置
CN205608139U (zh) 一种换流变局放试验装置
CN105158543B (zh) 基于双霍尔元件对特高压直流避雷器泄漏电流的采集单元
CN104917148B (zh) 一种发电机注入式定子接地保护方法和保护装置
CN102737828B (zh) 带暂态过电压监测单元的电容式电压互感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170811

RJ01 Rejection of invention patent application after publication