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绕组变形测试之频率响应分析法

发布时间:2021-06-17 18:59人气:

概述

频率响应分析法(Frequency Response Analysis Method)简称为FRA法。

频率响应分析法是将一稳定的正弦电压扫描信号施加到被试变压器的一端,同时记录该端和其它端点上的电压幅值及相角,从而得到被试变压器绕组的一组频响特性,即H(jw),则该频响特性在变压器绕组变形前后的变化反映出绕组变形的信息。

为了克服LVI方法的一些缺陷,1978年,加拿大的E.P.Dick和C.C.Erven提出了频率响应分析法,并获得了广泛的应用。1990年以来国内一些单位开展了FRA法的研究,并取得了一定的成效。

变压器绕组在当电压频率大于1kHz时可视为一个由电阻、电容和电感等分布参数构成的无源双端口网络,其特性可以用绕组频谱描述,变压器制成以后,其线圈和内部结构及绕组频谱也随之确定。绕组变形时,其电阻、电容和电感等分布参数随之发生改变,对变形前后频谱特征,如谐振数目、谐振频率及幅值变化、绕组频谱的相关性等进行定性、定量分析比较即可判断变压器变形的情况。

绕组变形的诊断方法有纵向比较法和横向比较法。前者利用变压器受冲击后测得的各绕组频谱与出厂投运前或冲击前绕组频谱进行比较。后者利用同一台变压器各侧三相绕组进行比较,并参照同厂同型变压器绕组频谱特征进行判断。


诊断原理

在小信号频率响应分析法中,当变压器绕组的电阻与测试回路的匹配电阻相比可以忽略不计时,电力变压器绕组可以看作“纯粹的L-C"二型网络。如图所示的变压器绕组等效电路。

在正确的匹配输入和输出电阻的情况下,由这样的L-C网络的一端注入一定的电压激励,在绕组网络的另一端就可以得到相应的响应。如果将电压的输入和输出的量值比气Vout(f)/Vin(f)作为对应电压频率的函数,得到该网络的响应频谱,即
              
在选定的频率范围内,响应幅度比值的变化在0.0001-1.3之间。为了进行量值分析,上式通常以对数的形式表示:

式中,K是对数函数的加权系数。

加权系数K的取值的大小,决定于同屏显示和分析图谱变化的最小分辨率的要求。

在小信号频域的测试分析中,当响应幅度的分辨率优于1/10000时,且响应频谱可以精确描述-80dB的量值时,加权系数K=20即可以满足全频域分析的需要。在确定测量频率范围时,考虑到工频仅为50Hz,如果高端频率设定为500kHz,则高于工频约10000倍,对应的电抗和相应的变化可以充分满足响应频谱的分析要求。采用过高的频率,在实测中因试验回路中的能量和信号散失较大,对于绕组的变形分析并无助益。


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