[發明專利]一種基于變壓器寬頻模型的頻率響應測試方法及應用

有效

• 申請號: 202011385705.1
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112595998B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 張品佳;陸格野;鄭大勇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R31/62
• 分類號: G01R31/62;G01R31/72;G01R31/12;G01R31/00;G01R23/02
• 代理公司: 北京中創云知識產權代理事務所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

本發明涉及一種基于變壓器寬頻模型的頻率響應測試方法及應用，根據待測變壓器繞組結構確定兩側繞組的層數，形成待測變壓器共模寬頻電路模型，每層包括繞組電感和繞組電阻形成的串聯結構，串聯結構兩端經接地電容接地并并聯匝間電容，層間通過層間電容連接，各個電容并聯電阻，不同層之間存在繞組互感；確定模型中各元器件的特性參數；基于變壓器寬頻模型計算頻率響應曲線。該模型能夠更為準確地表征電參數寬頻段內頻變特性，提升描述絕緣老化或繞組形變造成的高頻段諧振點變化的準確性，更準確地探究寬頻響應測試曲線的變化規律。能夠更好地服務于基于FRA方法的電力變壓器狀態監測與評估，能夠服務于老化狀態檢測，準確評估老化前后的狀態差別。

技術領域

本發明涉及電力變壓器建模技術領域，尤其涉及一種基于變壓器寬頻模型的頻率響應測試方法及應用。

背景技術

電力設備運行狀態健康良好是電力系統安全、穩定和經濟運行的重要保障。電力變壓器作為造價最貴、可靠性等級最高的電力設備之一，其故障率很大程度地影響了電力系統運行的可靠性和經濟性。根據CIGRE WG A2.37統計數據，傳統輸配電系統的電力變壓器總體故障率在1％左右。

在電力變壓器運行過程中，短時雷電過電壓、短路沖擊應力都會給其繞組和絕緣系統帶來危害，如繞組變形、絕緣失效等。計及累積效應后，電力變壓器的壽命大大降低，給電力系統帶來安全隱患。因此，避免電力變壓器內部缺陷進一步衍變成系統級重大事故，需為其提供可靠的運行狀態監測技術，實現預防性保護與綜合診斷。

頻率響應分析(Frequency Response Analysis,FRA)方法是工程上廣泛應用于電力變壓器狀態監測的技術。通常，在電力變壓器出廠測試或大修檢查中，利用阻抗分析儀進行寬頻段的頻譜掃描，獲得頻率響應測試的曲線。在出廠時的測試，電力變壓器絕緣和繞組狀態健康，測得的頻率響應曲線作為參照基準。在每次大修檢查時測得的頻率響應曲線為電力變壓器當前狀態下的頻率響應曲線。通過與基準曲線的對比，觀察曲線移動、諧振點變化等，判定電力變壓器狀態的健康狀況。一般地，電力變壓器內部不同的繞組絕緣部分狀態能夠反映在寬頻測試曲線的不同頻率段上。但評估方法通常是基于大量實驗總結經驗和圖形形態變化，不具備通用性。換言之，面對不同的監測變壓器，寬頻測試曲線的分布規律將發生改變，不同位置處的絕緣老化和繞組形變在寬頻曲線上的變化規律不一，為實現基于頻率響應測試的電力變壓器狀態監測與評估帶來難題。

服務于FRA的電力變壓器電路模型通常采用N-ladder電路模型。圖1(a)給出了三相雙繞組變壓器的N-ladder電路模型，模型劃分為N層，各層內的同類型參數相等。N-ladder電路模型能夠描述沿著雙側繞組分布的各類絕緣分布以及雙側繞組各線圈之間的感性耦合作用。以第一層為例，如圖1(b)所述各類絕緣包括:①一次側繞組匝間絕緣、②一次側繞組對地主絕緣、③一/二次側繞組間絕緣、④二次側繞組匝間絕緣和⑤二次側繞組對地主絕緣的共五種絕緣類型；如圖1(a),所述感性耦合作用包括:Ⅰ.同側繞組不同層線圈之間的互感、Ⅱ.不同側繞組同一層之間的互感，Ⅲ.不同側繞組不同層之間互感的三種互感類型。

電路模型中各個容性元件和感性元件在寬頻段內的阻抗特性不一，形成不同的諧振點。當電力變壓器某位置機械特性改變或絕緣發生老化，會導致電路模型中對應容性元件增大，進而改變其寬頻阻抗、影響整體響應的諧振點分布，從而實現電力變壓器絕緣老化的監測。