[發明專利]一種用于掃頻阻抗法的變壓器繞組仿真模型建立方法

在審

• 申請號: 201611059231.5
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN107037312A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 王文華;朱哲然;丁衛平
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網河南省電力公司焦作供電公司
• 主分類號: G01R31/06
• 分類號: G01R31/06;G01R31/02
• 代理公司: 焦作市科彤知識產權代理事務所(普通合伙)41133
• 代理人: 張莉

技術領域

本發明屬于變壓器技術領域，特別涉及一種用于掃頻阻抗法的變壓器繞組仿真模型建立方法。

背景技術

掃頻阻抗法是一種結合頻率響應分析法和短路阻抗法優點的新型變壓器無損檢測方法，該方法通過比較50 Hz短路阻抗值的偏差，可以準確判別繞組的狀況，根據變壓器頻率-阻抗曲線即掃頻阻抗曲線的改變，能夠確定故障的類型和位置。測試時由于采用大功率掃頻信號，測試信號較強，這樣抗干擾能力就較強，環境因素引起的不利影響就大大降低，采用此方法對變壓器繞組進行一次測量，既能得到變壓器的短路阻抗值又可以得到變壓器阻抗隨頻率的變化情況，但是現有的研究都是基于該方法對變壓器進行實際測試研究的，實際操作往往存在由于操作不規范、不熟練造成人身和設備傷害的問題，同時耗費的成本與時間也較大，故研究一種高效、準確、安全且成本較低的仿真方法是非常有必要的。

發明內容

本發明針對以上問題，提出了一種用于掃頻阻抗法的變壓器繞組仿真模型建立方法，采用該方法建立的變壓器繞組等效模型可以有效的仿真模擬掃頻阻抗法下的變壓器繞組在整個頻率區間內的頻率特性，從而為基于掃頻阻抗法檢測變壓器繞組變形提供一種準確的仿真方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于掃頻阻抗法的變壓器繞組仿真模型建立方法，包括以下步驟：

S1、在實驗室中搭建阻抗測試系統，包括掃頻信號源、功率放大器、數據采集卡、采樣電阻 、采樣電阻 、計算機和若干測試連接線及夾具，所述掃頻信號源與功率放大器串聯接于變壓器繞組一次側用于施加掃頻信號，所述數據采集卡與計算機串聯接于變壓器繞組一次側用于采集和測試激勵和響應信號；

S2、阻抗測試系統搭建好后，用導線將變壓器繞組二次側短路，在變壓器繞組一次側注入由掃頻信號源產生的掃頻信號，經過功率放大器的放大作用后加載于變壓器繞組一次側；

S3、分別利用采樣電阻和采樣電阻得到變壓器繞組一次側首端激勵信號及末端響應信號，從而得到變壓器掃頻阻抗和掃頻阻抗曲線；

S4、找出該掃頻阻抗曲線的第一個峰值對應的頻率點，在整個頻率區間內以所述的頻率點劃分低頻段和高頻段；

S5、針對步驟S4所述低頻段建立滿足其低頻段阻抗特性要求的低頻段變壓器繞組集中參數等效電路模型；

S6、針對步驟S4所述高頻段建立滿足其高頻段阻抗特性要求的高頻段變壓器繞組梯形等效電路模型；

S7、根據步驟S5和S6，在仿真軟件中分別建立用于掃頻阻抗法的低頻段變壓器繞組集中參數和高頻段變壓器繞組梯形等效電路仿真模型，通過仿真模擬掃頻阻抗法下的變壓器繞組在整個頻率段內的阻抗頻率特性。

較佳地，所述掃頻信號是正弦電壓信號。

較佳地，所述采樣電阻R1和采樣電阻R2均為50。

較佳地，所述頻率區間為10Hz～1MHz。

較佳地，所述低頻段變壓器繞組集中參數等效電路模型包括一次側繞組的電阻與漏電感、二次側折算到一次側的電阻與漏電感以及變壓器的勵磁電阻與勵磁電感，所述電阻與漏電感可以利用公式法或有限元法依據變壓器繞組的結構得到，所述變壓器勵磁電阻與電感可由具體變壓器型號得到。

較佳地，所述高頻段變壓器繞組梯形等效電路模型是以餅為單元建立的，該模型包括電感、電阻、每個單元的對地電容和縱向電容以及高低壓繞組之間的餅間電容，模型中對應的電感、電阻、對地電容、縱向電容等電路參數則通過公式法或有限元法計算得到。

本發明變壓器設計的關鍵在于分頻段建立相應的變壓器繞組等效電路模型，在低頻段時，起主導作用的是鐵芯磁場，掃頻阻抗曲線第一個峰值對應的頻率點是變壓器繞組的第一個頻率諧振點，諧振的存在必然是電感、電容共同作用的結果，然而在第一個波峰之前，阻抗值是隨頻率單調遞增直到第一個峰值之后，所以在第一個波峰之前可以認為其等效電路是含有電感和電阻的集中參數電路，分布電容的影響可以忽略。而隨著頻率的升高，鐵芯的導磁能力逐漸減弱，到高頻段時，鐵芯的作用只對電場分布有影響，此時用分布參數的梯形等效電路模型進行描述較為合適。