频响测试仪讲义VIP

1、变压器绕组变形频响测试仪讲义电力变压器在运行或者运输过程中不可避免地要遭受各种故障短路电流的冲击或者物理撞击，在外界的运输、 短路电磁力动力作用下，变压器绕组可能失去稳定性，导致局部扭曲、绕阻结构的变形、移位，这样将严重影响变压器的安全运行。按国家电力行业标准DL/T9112004采用频率响应测试法测量变压器的绕组变形，是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的变化程度，判断变压器绕组可能发生的变形情况。大型电力变压器的多数绝缘和机械事故最初均由绕阻结构的机械变化引起。在变压器事故之前检测绕阻变形可降低维护费用，提高系统可靠性。一、变压器绕组变形

2、测量方法国内外大量研究成果表明， 利用现代网络测试技术的典型方法频率响应测试法（ FRA），在较高频率的电压作用下，通过测量变压器各个绕组的传递函数 H（jw ），并对测试结果进行纵向或横向（三相之间）比较，可灵敏有效的诊断出绕组的局部扭曲、绕阻结构的变形、移位等变形现象。变压器的每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感（互感） 、电容等分布参数构成的无源线性双口网络，设绕组单位长度的分布电感、纵向电容和对地电容分别为 L、K、C，并且忽略绕组的电阻（通常很小），则绕组的等值网络可用图 1 表示。根据电工学理论，它是可以通过传递函数 H(jw) 对其特性进行描述的。如果绕组发生了轴向、径向尺寸变化

3、等机械特性变形现象，势必会改变网络的 L、K、C 等分布参数，导致其传递函数 H(jw) 的零点和极点分布发生变化。图 1 变压器单相电气原理图图中： L 单位长度电感量K单位长度电容量C单位长度对地电容量由于电力变压器绕组的传递函数H(jw) 主要取决于其内部电感、电容等分布参数，变压器绕组的频率响应特性通常具有如下特征：a. 当频率低于 1kHz 时，其频率响应特性主要由线圈的电感所决定，谐振点通常较少，对分布电容的变化较不敏感；b. 当频率超过 1MHz时，绕组的电感又被分布电容所旁路，谐振点也会相应减少，对电感的变化较不敏感，而且随着频率的提高，测试回路 ( 引线 ) 的杂散电容也会对

4、测试结果造成明显影响，反而不利于判断；c. 在 1kHz1MHz的范围内，绕组的分布电容和电感均发挥作用，其频率响应特性具有较多的谐振点， 能够灵敏地反映出绕组电感、 电容的变化情况；变压器结构一定时， 变压器绕组的分布参数确定， 相对应的传递函数特征曲线也就随之确定， 当变压器绕组变形或移动后， 其绕组的分布参数就会发生改变，相应的传递函数特征曲线也会随之改变。为了测量传递函数， 必须在一端施加测量电压， 一般为正弦信号，称其为激励信号（ U1 ）。另一端产生的电压称为响应信号（ U2），测量 U1 和 U2 的幅度和相位，可得传递函数 H(jw) 。输入信号和输出响应的幅度关系称为幅频响应

5、曲线，相位关系称为相频响应曲线工程上为简化传递函数 H(jw)( 复变函数 ) 的表达 , 可用幅度（模）和相位变量表达 . 由于相位测量要求高 , 测量重复性不如幅度量 , 而且幅度量实际物理意义明确易懂， 实际应用一般用幅度变化来替代复杂的传递函数 H(jw) 的表达 , 把复杂的复数计算简化为实数计算。为了进一步直观，把传递函数 H(jw) 的幅度变化通过曲线来表达，就得到一条幅度 - 频率曲线，并以此作为绕组变形判断的依据。用频率响应测试法检测变压器绕组变形，是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性， 并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的差异，来判断变压器可能发生的绕组变形

6、。二、绕组变形频响测试仪工作原理变压器绕组的幅频响应特性采用图 2 所示的频率扫描方式获得。连续改变外施正弦波激励源 US 的频率 f ，测量在不同频率下的响应端电压 U2和激励端电压 U1 信号的幅值之比，获得指定激励端和响应端情况下绕组的幅频响应曲线。图中 L 为绕组单位长度的分布电感、 K 为绕组单位长度的分布电容、 C 为绕组单位长度的对地分布电容，在前面解释过了。频响测试仪一般都包含正弦波发生电路（频率合成）用于正弦波激励输出，中心控制单元控制正弦波发生电路输出扫描频率（ 1K 1MHz），同时采集激励输入和响应输入这两路信号到输入处理电路，计算两路信号的电压幅值之比， 并逐点描绘出

7、幅值之比跟随频率变化的响应曲线。图2 频率响应测试法的基本检测回路图中： U1 等效网络的激励端电压U2 等效网络的响应端电压US 为正弦波激励信号源电压RS 为信号源输出阻抗R 为响应端匹配电阻频率响应测试仪测量系统的结构如图3图 3 中测量模块的功能如下：1、扫频电压发生器产生激励信号，一般为正弦波发生器。采用DDS（频率直接合成）技术，产生一个频率可准确控制，波形畸变小的正弦波，通过功率放大后输出，作为激励信号Vs。输出电压较低，一般3-20V。提高Vs 的输出电压有利于提高测试系统的信噪比。图 3 测量系统组成框图2、双通道检测单元输入两路电压信号（ Vo，Vi ），完成信号的模数转换

8、，将电压信号转换为数字信号，传送到计算单元（计算机）处理。Vi分滤波A/D 转换处理单元压信号放大Vo分滤波A/D 转换处理单元压信号放大检测单元示意图3、处理单元（计算机）信号数字化后传到处理单元（计算机），完成信号的处理。 由 Vo和 Vi 计算得到幅度比（ dB），显示线圈频响曲线。4、测试线测试线是测量系统的重要组成，对测量结果有一定影响。测试线按要求为 50同轴电缆线。在实际变压器变形测试中，采用频率响应测试方法时的工作原理可分为两类：1、传统方法， 将交流信号输入电压转换成有效值，再通过 AD采集数据进行计算。该方法所转换得到的有效值包含整体信号的各个频率分量，容易受现场杂波干扰和

9、波形畸变的影响。其原理框图如4 所示。功率放正弦波频率合成激励输出大发生1K1MHz显示激励输入交流滤波转换放大有效值交流转换响应输入放大滤波有效值直流中AD 采集心按键计算直流控外部制接口AD 采集存储PC图 4 采用有效值转换方法的频率响应测试仪原理框图2、采用数字信号处理方法， 通过 AD同步采集大量数据， 采用 DFT（离散傅里叶变换） 算出基波信号的有效值再进行计算。该方法排出了杂波干扰和波形畸变的影响， 所得到的响应曲线稳定度极高。其原理框图如 5 所示。功率放正弦波频率合成激励输出大发生1K1MHz显示交流放大滤波AD 采集中激励输入采用心按键同步采集DFT计计算算基波控外部交流

10、AD 采集幅值制接口响应输入放大滤波存储PC图 5 采用 DFT数字信号处理方法的频率响应测试仪原理框图四、变压器绕组变形测试仪（频响法）操作规范变压器绕组变形的频率响应法试验操作步骤1、准备工作1）检测前应拆除与变压器套管端部相连的所有引线，并使拆除的引线尽可能远离被测变压器套管。2）变压器绕组变形检测应在所有直流试验项目之前或者在绕组充分放电以后进行。3）宜将变压器绕组的分接开关放置最大分接档，并保证每次检测时分接开关处于相同的位置。4）准备好合格有效的试验仪器、笔记本电脑及测试线等。5）试验人员在试验区域设置安全围栏，并向外悬挂“止步，高压危险”标示牌，试验区域的面积应能满足高压试验的安

11、全要求。6）应采用吊传的方法进行上下工具和试验引线的传递。7）试验人员用专用接地线在变压器主接地端引出，将变形试验装置的金属外壳可靠接地，接地线应采用mm2及以上的多股裸铜线或外覆透明绝缘层的铜质软绞线。8）试验人员将变形装置主机与笔记本电脑用专用连接线连接，并用专用信号线（输入和检测） 将主机与对应的激励、响应端绕组相连接（各种仪器不同， 接线方式也有所不同， 操作人员应根据实际操作的仪器要求进行接线操作），同时保证各部分连接可靠。9）试验人员将两个信号检测端的接地线均应可靠连接在变压器外壳上的明显接地端 ( 如铁芯接地端 ) ，接地线应尽可能短并不缠绕。10）连接电源盘与动力电源箱的连线。

12、2、试验装置可靠性确认1）试验负责人检查试验接线，确认正确无误，试验负责人下令“非试验人员撤离试验现场，试验人员各就各位。”2）试验操作人员将变形试验装置主机电源线与电源相连，打开电源确认主机工作指示灯正常；3）将笔记本电脑里的测试软件打开，并确认与主机连接正常，汇报工作负责人“仪器装置正常，可以试验”。3、开始试验1）试验负责人再次检查试验接线，确认正确无误，试验负责人下令“非试验人员撤离试验现场，试验人员各就各位。”2）试验操作人员汇报试验负责人：“各项准备工作已就绪， 可以试验。”3）试验负责人下令：“试验开始。”试验操作人员复合：“开始试验。”试验操作人员合上仪器电源，启动开始测量，并通知所有试验人员：“注意！试验已开始。 ”4）试验操作人员等待频率扫描完成， 测试结束，将试验曲线保存 （各种仪器不同，操作方式也不同， 操作人员应根据实际操作的仪器要求进行操作），断开仪器电源，汇报试验负责人： “试验已结束，结果已保存，电源已断开”。5）试验负责人检查试验结果是否符合要求，确认就绪后，下令：“更改试验接线”。6）重复 1） 5）步骤进行其他相别和绕组的测试工作，直至所有测试工作完毕，试验结束。4、试验结束1