[发明专利]一种基于变压器宽频模型的频率响应测试方法及应用

说明书

本发明涉及一种基于变压器宽频模型的频率响应测试方法及应用，根据待测变压器绕组结构确定两侧绕组的层数，形成待测变压器共模宽频电路模型，每层包括绕组电感和绕组电阻形成的串联结构，串联结构两端经接地电容接地并并联匝间电容，层间通过层间电容连接，各个电容并联电阻，不同层之间存在绕组互感；确定模型中各元器件的特性参数；基于变压器宽频模型计算频率响应曲线。该模型能够更为准确地表征电参数宽频段内频变特性，提升描述绝缘老化或绕组形变造成的高频段谐振点变化的准确性，更准确地探究宽频响应测试曲线的变化规律。能够更好地服务于基于FRA方法的电力变压器状态监测与评估，能够服务于老化状态检测，准确评估老化前后的状态差别。

技术领域

本发明涉及电力变压器建模技术领域，尤其涉及一种基于变压器宽频模型的频率响应测试方法及应用。

背景技术

电力设备运行状态健康良好是电力系统安全、稳定和经济运行的重要保障。电力变压器作为造价最贵、可靠性等级最高的电力设备之一，其故障率很大程度地影响了电力系统运行的可靠性和经济性。根据CIGRE WG A2.37统计数据，传统输配电系统的电力变压器总体故障率在1％左右。

在电力变压器运行过程中，短时雷电过电压、短路冲击应力都会给其绕组和绝缘系统带来危害，如绕组变形、绝缘失效等。计及累积效应后，电力变压器的寿命大大降低，给电力系统带来安全隐患。因此，避免电力变压器内部缺陷进一步衍变成系统级重大事故，需为其提供可靠的运行状态监测技术，实现预防性保护与综合诊断。

频率响应分析(Frequency Response Analysis,FRA)方法是工程上广泛应用于电力变压器状态监测的技术。通常，在电力变压器出厂测试或大修检查中，利用阻抗分析仪进行宽频段的频谱扫描，获得频率响应测试的曲线。在出厂时的测试，电力变压器绝缘和绕组状态健康，测得的频率响应曲线作为参照基准。在每次大修检查时测得的频率响应曲线为电力变压器当前状态下的频率响应曲线。通过与基准曲线的对比，观察曲线移动、谐振点变化等，判定电力变压器状态的健康状况。一般地，电力变压器内部不同的绕组绝缘部分状态能够反映在宽频测试曲线的不同频率段上。但评估方法通常是基于大量实验总结经验和图形形态变化，不具备通用性。换言之，面对不同的监测变压器，宽频测试曲线的分布规律将发生改变，不同位置处的绝缘老化和绕组形变在宽频曲线上的变化规律不一，为实现基于频率响应测试的电力变压器状态监测与评估带来难题。

服务于FRA的电力变压器电路模型通常采用N-ladder电路模型。图1(a)给出了三相双绕组变压器的N-ladder电路模型，模型划分为N层，各层内的同类型参数相等。N-ladder电路模型能够描述沿着双侧绕组分布的各类绝缘分布以及双侧绕组各线圈之间的感性耦合作用。以第一层为例，如图1(b)所述各类绝缘包括:①一次侧绕组匝间绝缘、②一次侧绕组对地主绝缘、③一/二次侧绕组间绝缘、④二次侧绕组匝间绝缘和⑤二次侧绕组对地主绝缘的共五种绝缘类型；如图1(a),所述感性耦合作用包括:Ⅰ.同侧绕组不同层线圈之间的互感、Ⅱ.不同侧绕组同一层之间的互感，Ⅲ.不同侧绕组不同层之间互感的三种互感类型。

电路模型中各个容性元件和感性元件在宽频段内的阻抗特性不一，形成不同的谐振点。当电力变压器某位置机械特性改变或绝缘发生老化，会导致电路模型中对应容性元件增大，进而改变其宽频阻抗、影响整体响应的谐振点分布，从而实现电力变压器绝缘老化的监测。