[发明专利]一种用于扫频阻抗法的变压器绕组仿真模型建立方法

说明书

技术领域

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

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

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。

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：

S1、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；

S2、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；

S3、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及末端响应信号，从而得到变压器扫频阻抗和扫频阻抗曲线；

S4、找出该扫频阻抗曲线的第一个峰值对应的频率点，在整个频率区间内以所述的频率点划分低频段和高频段；

S5、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；

S6、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。

较佳地，所述扫频信号是正弦电压信号。

较佳地，所述采样电阻R1和采样电阻R2均为50。

较佳地，所述频率区间为10Hz～1MHz。

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。

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。

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。