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        一種基于傳遞函數(shù)零極點(diǎn)的變壓器繞組變形診斷方法

        2015-04-29 16:38:07閆先斌
        科技尚品 2015年11期
        關(guān)鍵詞:電力變壓器

        閆先斌

        摘 要:為提高變壓器繞組變形診斷的靈敏度,本文提出了一種利用傳遞函數(shù)零極點(diǎn)判斷變壓器繞組變形的方法,該方法相對(duì)于傳統(tǒng)方法而言更加敏感,能夠準(zhǔn)確地反映出變壓器繞組變形。本文分別用本文方法與傳統(tǒng)頻率響應(yīng)法進(jìn)行理論分析,闡述了本文所提方法具有良好的檢測(cè)效果和實(shí)用價(jià)值。

        關(guān)鍵詞:電力變壓器;繞組變形;頻響分析法;零極點(diǎn)

        0 引言

        電力變壓器繞組變形會(huì)對(duì)變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重隱患,進(jìn)而影響發(fā)電系統(tǒng),乃至整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行,同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間停電檢修也帶來了巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此,在現(xiàn)場(chǎng)工作和科學(xué)研究中,分析變壓器繞組產(chǎn)生形變的各種原因、判斷變壓器繞組形變的方法和預(yù)防變壓器繞組形變發(fā)生的措施,對(duì)發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定都有重要的意義。

        目前,檢測(cè)變壓器繞組形變的方法,大多延續(xù)由加拿大的E.P.DicK和C.C.Erven提出的頻率響應(yīng)法,其基本原理是通過傳遞函數(shù)來描述繞組等效網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部特性。隨后,有學(xué)者提出利用相關(guān)系數(shù)作為繞組形變判斷基礎(chǔ),以克服全頻域分析時(shí)繞組變形位置及程度不能有效反應(yīng)的缺點(diǎn)。但是,當(dāng)繞組發(fā)生較小變形時(shí),該方法的靈敏度較低,不能有效判斷出繞組變形和明確繞組變形的位置。

        為此,本文在傳統(tǒng)頻率響應(yīng)法的基礎(chǔ)上,利用零極點(diǎn)有效反應(yīng)傳遞函數(shù)特征的特點(diǎn),提出了一種基于傳遞函數(shù)零極點(diǎn)的方法(零極點(diǎn)法)來診斷變壓器繞組的變形。并通過理論分析,該方法相對(duì)于相關(guān)系數(shù)法而言更加敏感,能夠準(zhǔn)確地反映出變壓器繞組變形。

        1 變壓器繞組變形對(duì)傳遞函數(shù)極點(diǎn)分布的影響

        當(dāng)變壓器繞組發(fā)生變形時(shí),由繞組形變所引起的電感和電容值的變化,主要是對(duì)變壓器繞組傳遞函數(shù)零極點(diǎn)虛部產(chǎn)生影響。傳遞函數(shù)零點(diǎn)的虛部與其頻響波谷所在的頻率相對(duì)應(yīng),極點(diǎn)的虛部與其頻響波峰所在頻率相對(duì)應(yīng),比較頻響波峰或波谷的頻率偏移百分比實(shí)質(zhì)上也就是比較傳遞函數(shù)極點(diǎn)或零點(diǎn)的虛部變化量百分比;同時(shí),極點(diǎn)實(shí)部的變化與對(duì)應(yīng)頻響波峰幅值的變化相一致。

        考察變壓器繞組的等效電路,其實(shí)質(zhì)是一個(gè)梯形網(wǎng)絡(luò),其入端阻抗函數(shù)和電壓傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)與該網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)接入或并聯(lián)接入阻抗的零極點(diǎn)有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即串聯(lián)接入阻抗在頻率上的極點(diǎn),對(duì)應(yīng)電壓傳遞函數(shù)的一個(gè)傳輸零點(diǎn),并聯(lián)接入導(dǎo)納在頻率上的極點(diǎn),電壓傳遞函數(shù)在ωi也為一個(gè)傳輸零點(diǎn)。

        我們可以得出結(jié)論:變壓器等效電路的電壓傳遞函數(shù)傳輸零點(diǎn)和入端阻抗函數(shù)極點(diǎn),只可能在串聯(lián)接入阻抗或并聯(lián)接入導(dǎo)納的極點(diǎn)頻率處存在,相反,電壓傳遞函數(shù)傳輸極點(diǎn)和入端阻抗函數(shù)零點(diǎn)只能在串聯(lián)接入阻抗或并聯(lián)接入導(dǎo)納的零點(diǎn)頻率處存在。

        當(dāng)實(shí)際運(yùn)行變壓器的繞組發(fā)生形變后,其對(duì)應(yīng)等效模型的電感值、電容值將會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生變化,從而其對(duì)應(yīng)等效網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)阻抗和并聯(lián)導(dǎo)納的零極點(diǎn)隨之改變,必然會(huì)影響到傳遞函數(shù)零極點(diǎn)的分布。

        2 算例

        本文選用RLC電路模型作為變壓器繞組仿真等效模型,級(jí)數(shù)n=7,各級(jí)的電感Li、對(duì)地電容Ci、縱向電容Ki等參數(shù)取值。

        串聯(lián)電感L代表變壓器繞組匝與匝之間的匝間電感;K代表的是變壓器繞組延繞組方向的縱向電容,C代表的是變壓器繞組與大地或接地系統(tǒng)之間的電容;Ri則代表端口輸入的附加匹配電阻;Ro代表端口輸出的測(cè)量電阻;Vi代表外界施加的掃頻信號(hào)源,Vo代表端口輸出的頻響。

        仿真時(shí),選擇AC Analysis進(jìn)行交流分析,設(shè)置掃頻頻率范圍從1kHz至1MHz,在對(duì)每一個(gè)數(shù)量級(jí)進(jìn)行掃頻時(shí),掃頻點(diǎn)數(shù)均設(shè)置為200。同時(shí)方便期間,在外加的掃頻信號(hào)源上,輸入幅值均設(shè)定為l,利用Multisim對(duì)其進(jìn)行仿真,可以得到帶模型正常情況下的仿真波形通過理論分析后可以得出結(jié)論。

        令各節(jié)電感參數(shù)和對(duì)地電容參數(shù)保持不變,增大各節(jié)縱向電容參數(shù)的5%,分別用頻響分析法和極點(diǎn)分布法分析縱向電容參數(shù)變化后的變形情況。

        2.1 頻響分析法判斷縱向電容參數(shù)變化的繞組變形

        通過繞組第一級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)的縱向電容改變后頻響曲線與正常情況的比較。

        繞組變形前后頻響曲線重合度很高,只有在局部放大圖中可看出細(xì)小差別,且不同位置的縱向電容增大對(duì)頻響曲線的影響差別不大。

        同樣以相關(guān)系數(shù)為特征量分析變形后頻響曲線與正常情況下的頻響曲線的相似程度。

        分析得出,同樣是電容增大5%,中間電容的增大對(duì)頻響曲線的影響是更為明顯的。但是以上幾項(xiàng)的相關(guān)系數(shù)都大于0.99,也就是說改變之后的曲線與正常曲線相似程度還是很高的。因此,僅僅依靠相關(guān)系數(shù)來判斷繞組變形,仍有一定困難。這一點(diǎn)和前面電感變化的情況是相似的。

        2.2 診斷縱向參數(shù)變化的繞組變形

        利用本文方法對(duì)縱向電容增大5%時(shí)進(jìn)行分析,計(jì)算極點(diǎn)的實(shí)部和虛部的變化量,由此可見,縱向電容變化僅對(duì)繞組低頻段頻響特性有較大影響,并且各個(gè)不同部位的縱向電容值的變化對(duì)頻響特性影響效果均能很好地體現(xiàn)出來。因此,本文方法相比傳統(tǒng)頻響分析法有著更高的精度和準(zhǔn)確度。

        通過極點(diǎn)的分析可以得出以下觀點(diǎn),縱向電容增大對(duì)較低頻段內(nèi)的極點(diǎn)影響相對(duì)較大,并且繞組等效模型中各個(gè)部位的縱向電容對(duì)極點(diǎn)虛部的影響效果相當(dāng)。從算例可以看出,利用極點(diǎn)分布變化可以輕易判斷出縱向電容參數(shù)變化后的故障情況。

        3 小結(jié)

        本文首先對(duì)傳統(tǒng)變壓器繞組變形的分析方法進(jìn)行總結(jié),歸納了傳統(tǒng)頻響法的優(yōu)缺點(diǎn),并在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上,提出了通過求解頻響傳遞函數(shù)的零極點(diǎn),利用零極點(diǎn)的分布變化來判斷變壓器繞組變形的方法。該方法通過零極點(diǎn)的位置變化及變化量大小來判斷變壓器繞組的變形狀況。分析可以得出本文所提方法具有較高的靈敏度和可靠性。

        參考文獻(xiàn)

        [1]黃華,周建國(guó),姜益民,等.阻抗法和頻響法診斷電力變壓器繞組變形[J].高電壓技術(shù),1999,25(2):70-73.

        [2]辜超,謝峰,劉金云.利用頻率響應(yīng)分析法測(cè)量變壓器繞組變形的試驗(yàn)研究[J].山東電力技術(shù),2000,(6):1-3.

        [3]何文林.變壓器繞組變形測(cè)試方法探討[J].浙江電力,1996,28(6):28-29.

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