变压器的数学模型及等效电路分析方法
放大电路的微变等效电路分析法
放大电路的微变等效电路分析法 （简化h 参数等效电路法） 一．晶体管微变等效电路 （晶体管微变等效模型） U CE I I (b ) I U CE (a )c 1．从输入端看，be 间等效为晶体管输入电阻b be be i u r = )() (26)1(003)1(mA I mV I U r r EQ EQ T bb be ββ++=++'= bb r '：晶体管基区电阻，一般取Ω200 2．从输出端看，ce 间等效为流控流源b c i i β= ∞=ce r 3．注意： 1）电流源b i β方向由b i 决定； 2）be r 、i R 和bb r '的区别。be r :晶体管输入电阻，i R :放大器输入电阻；bb r ':晶体管基区电阻。'i R ：晶体管输入端放大 器输入电阻 3）等效电路对管外等效，管内不等效，be r 、CCCS b i β并不存在，是等效模型；
4）放大器分析时，注意b 、e 、c 与管外电路的对应关系。（管外电路不变）。 5）等效关系：be 间电阻be r ；ce 间电流源b i β；bc 间开路。(标注b i 和b i β以及各自方向)_ 4．画放大器微变参数等效电路的步骤： 1）画交流通路； 2）将放大器交流通路中的晶体管用微变等效模型代替，管外电路不变。 注意：（1）b i 、b c i i β=及方向的标注； （2）放大器i u 、o u 物理量及方向的标注。 （3） be 间电阻be r ；ce 间电流源b i β；bc 间开路。 （4）计算be r （)() (26)1(003mA I mV r EQ be β++=） 2．放大器的动态分析（性能指标求法） 1）画放大器的交流通路； 2）画放大器的微变等效电路并求出be r （晶体管用简化h 参数等效模型代替，管外电路不变）。 3）求出放大器动态性能指标（按定义）。 （1）放大倍数 i o u u u A = （o u 、 i u 按照b i 流经的路径求、注意参考方向）；
电力系统各元件的参数和数学模型
2电力系统元件的运行特性和数学模型 2－1隐极式发电机的运行限额和数学模型 1.发电机的运行额限 发电机的运行总受一定条件，如绕组温升、励磁绕组温升、原动机功率等的约束。这些约束条件决定了发电机组发出的有功、无功功率有一定的限额。 （1）定子绕组温升约束。定子绕组温升取决于定子绕组电流，也就是取决于发 电机的视在功率。当发电机在额定电压下运行时，这一约束条件就体现为其运 行点不得越出以O为圆心，以BO为半径所作的圆弧S。 （2）励磁绕组温升约束。励磁绕组温升取决于励磁绕组电流，也就是取决于发 电机的空载电势。这一约束条件体现为发电机的空载电势不得大于其额定值 E Qn,也就是其运行点不得越出以O’为圆心、O’B 为半径所作的圆弧F。 （3）原动机功率约束。原动机的额定功率往往就等于它所配套的发电机的额定 有功功率。因此，这一约束条件就体现为经B点所作与横轴平行的直线的直线 图2－5运行极限图 BC 。 （4）其它约束。其它约束出现在发电机以超前功率因数运行的场合。它们有定 子端部温升、并列运行稳定性等的约束。其中，定子端部温升的约束往往最为 苛刻，从而这一约束条件通常都需要通过试验确定，并在发电机的运行规范中 给出，图2－5中虚线T只是一种示意，它通常在发电机运行规范书中规定。 归纳以上分析可见，隐极式发电机的运行极限就体现为图2－5中曲线OA、AB、BC 和虚线T所包围的面积。 发电机的电抗和等值电路： 2－2变压器的参数和数学模型 一、双绕组变压器的参数和数学模型 变压器做短路实验和空载实验测得短路损耗、短路电压、空载损耗、空载电流可以用来求变压器参数。 1．电阻 由于短路试验时，一次侧外加的电压是很低的，只是在变压器漏阻抗上的压降，所以铁芯中的主磁通也十分小，完全可以忽略励磁电流，铁芯中的损耗也可以忽略，由于变压
电力变压器状态评估及故障诊断方法
电力变压器状态评估及故障诊断方法 发表时间：2017-05-26T15:26:45.210Z 来源：《电力设备》2017年第5期作者：李东 [导读] 摘要：电力变压器是我国电力系统中的核心设备，其运行状态直接影响了整个电力系统的运行，是居民和工业用电的可靠保障。 （江苏省电力公司无锡供电公司 214000） 摘要：电力变压器是我国电力系统中的核心设备，其运行状态直接影响了整个电力系统的运行，是居民和工业用电的可靠保障。电力变压器已广泛应用于电力系统中，如何对电力变压器的运行状态和故障的现象进行准确地掌握和判断，并及时采取正确的措施进行处理，对于提高电力系统运行的安全性、可靠性和经济性具有非常重要的意义。因此在建设电力系统时，一定要采购质量过硬，运行可靠的变压器，同时还要对变压器的运行状态参数进行检测，及时发现和预测变压器可能出现的故障，提前采取措施，避免发生事故。 关键词：电力变压器；状态评估；故障诊断方法 1 引言 电力变压器已广泛应用于电力系统中，是电力系统中重要的设备之一。因此，如何对电力变压器的运行状态和故障的现象进行准确地掌握和判断，并及时采取正确的措施进行处理，对于提高电力系统运行的安全性、可靠性和经济性具有非常重要的意义。由于变压器的绝缘材料长期工作在高温高压条件下，其物理、化学和机电等各方面的性能逐渐下降，导致绝缘损坏，进而造成事故的发生。引发变压器故障和事故的原因是多方面的，特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化，已成为导致变压器发生故障的主要因素。 2 电力变压器评估需要的状态参量 电力系统的变压器运行状态的正常与否，可以通过变压器的运行状态参数来判断，因此研究变压器的运行状态参数，就非常有必要。通过研究分析变压器的运行状态参数，不仅可以判断其运行状态，还能预测变压器的使用寿命，以便于提早做计划。下面介绍几种分析判断变压器运行状态参数的方法：电力变压器的电气试验项目。通过电气试验可以获得系统中变压器的一些绝缘及电气参数，通过这些参数可以判断出设备的运行状态包括电流、电阻、发热量、功耗等。油气中溶解的气体。变压器都是工作在油箱中，被导热油淹没。通过放射性映射功能来检测油的挥发气体可以判断变压器的运行状态，主要是通过空气中油气的比重根据相关的公式来获得变压器参数。其他因素。前面两种方式是监控变压器状态的主要手段，其他的方法都可以归结为其他因素，主要包括设备的备件属性、设备运行记录、设备工作环境记录等。通过对这些参数和数据的收集分析，可以得到变压器的运行状态，预测其可以发生的潜在隐患。 3 电力变压器状态评估方法 3.1 油色谱分析判断 若变压器油色谱分析有异常时，可采用的针对性检测方法有：检测变压器绕组的直流电阻，铁芯的绝缘电阻和铁芯接地电流，空载损耗和空载电流，在运行中进行油色谱和局部放电追踪监测，检查变压器潜油泵及相关附件运行中的状态，用红外测温仪检测运行中变压器的油箱表面温度分布及套管端部接头温度，进行绝缘电阻、吸收比、极化指数、介质损耗、泄露电流等绝缘特性试验，绝缘油的击穿电压、油介质损耗、油中含水量、油中含气量等检测，变压器运行或停电后的局部放电检测，绝缘油中糖醛含量及绝缘纸材聚合度检测，交流耐压试验检测。 3.2 温度检测 通过对变压器本身及辅助设备的温度进行监测，可以及时发现变压器的工作状态是否稳定。变压器的温度最直接可以通过检测导热油色谱来判断。 3.3 测量局部放电量实验 变压器的局部放电量实验主要有两种方式：带电监测和停电监测。不停电监测所采用的方法有超声法和电测法，这两种方法可以在不影响变压器正常运行的情况下进行，超声波法就是通过监测局部放电产生的超声波信号，电测法监测的是局部放电产生的电脉冲信号。停电监测的方法就非常容易理解了，具体方式跟前面提到的试验相似。测量局部放电量实验只能从定性角度进行监测，在定量方面还无法做到足够的准确性。 3.4 变压器振动及噪声异常 若发现变压器振动及噪声异常，则要进行振动检测，噪声检测，油色谱分析，变压器阻抗电压测量，进行空载试验，测量三相空载电流和空载损耗值，以此判断变压器的铁芯硅钢片之间有无故障或磁路有无短路以及绕组短路故障等现象。 4 电力变压器故障的诊断方法 4.1 变压器漏油 变压器漏油是一个对变压器安全运行造成巨大影响的事故，如果发生漏油，将直接导致变压器运行瘫痪，产生环境污染，给企业带来巨大的经济损失，影响国民经济生活。变压器漏油根据大量的经验总结，主要发生在两个位置，一个是油箱的焊接处，一个是油箱的防爆管。防爆管由于结构中存在一个玻璃膜，在变压器运行时产生震动，震动会将玻璃膜震破碎，如果不能及时发现，就会造成漏油的后果。因此后期可以通过加装调压阀来取消安装防爆管所带来的隐患。焊接处漏油往往是因为焊接质量不过关造成，因此一方面要加强焊接工艺，另一方面要加强巡检，及时发现及时处理。 4.2 变压器接头过热 变压器在设计时就按照接头过热，自动熔断的机制进行设计，这是一种保护变压器不被烧坏的方式。但是为了让变压器在发生接头过热后，能继续恢复工作，可以用下面两种方法：普通链接。虽然变压器的设计是过热熔断，但是变压器工作起来难免发热，因此需要对接头的过热熔断机制接头换成普通连接，这样就能保证过热也能连接，使变压器继续工作。铜质或铝质的电线连接变压器的接头都是采用的铜材质，但是铜材质在潮湿的环境内会发生电解反应，所以同接头无法与铝接头相连接，所有可以通过给变压器加装一端铜接头一端铝接头的接线，就可以解决连接问题。 4.3 变压器铁芯多处接地 根据国家标准规定，电力变压器的铁芯位置，只允许有一个位置接地，如果铁芯的接地位置超过一个，就会使铁芯停止工作，导致变压器不能正常运行。针对变压器铁芯出现多处接地的现象，可以通过对铁芯和变压器油箱上施加直流电冲击，将接地线全部烧断，为了确保接地线完全烧断，可以多次电冲击。另外就是停机，打开油箱检测，发现多余的接地线，剪除多余的接地线。
电力变压器状态评估及故障诊断方法研究 杜育红
电力变压器状态评估及故障诊断方法研究杜育红 发表时间：2018-12-24T17:03:13.040Z 来源：《基层建设》2018年第32期作者：杜育红杜爽[导读] 摘要：负责转换电网能量以及传输电网能量的电力变压器，在整个电力传输系统中占据着很重要的地位。 沈阳昊诚电气有限公司辽宁沈阳 110027 摘要：负责转换电网能量以及传输电网能量的电力变压器，在整个电力传输系统中占据着很重要的地位。不难发现，电力变压器的稳定性能和可靠性会影响到电力输送网的稳定性以及安全性。所以，在对输电系统进行建设的时候就必须要选择那些质量好的变压器，除此之外还要保证定期对变压器进行检查、修复工作，只有这样才能够保证电力变压器正常工作。在本文中，在使用电力变压器所需的状态参 数作为评估基础的同时，还描述了经常使用的几种方法，最后，描述了几种诊断变压器故障的方法，希望可以提供一些帮助。 关键词：变压器；故障诊断；研究方法；状态评估我国的电网处于飞速发展的状态，因此就有着越来越多先进的变压器被引用到电网的工作中，比如说：大容量变压器。电力变压器在电力系统中饰演着十分重要的角色，无论是在运输方面还是安装方面可能对变压器造成破坏。这就会对电力系统带来一定的损害，这就会导致不能及时供电，进而给人民的经济财产安全带来一定的损失。因此，要想保证变压器具有一定足够的可靠性，就必须要做好相应的维护工作。 一、电力变压器评估所需的状态参数 只有在分析和研究了电力变压器的状态参量，分析和判断了其中的数据之后，才能得知变压器的使用寿命，之后所进行的工作才能保证电力变压器可以处于正常运行的工作状态。但是这些内容仅仅依靠几个单一的参量是不能达到理想状态的，因此这就会用到多个状态参量，进而得出科学的分析，下面是几个方面的分析内容： 1.1电气试验项目 电力变压器的电气试验项目主要包括但不限于以下参数：电阻变压器的电阻、吸热比、泄露电流等，电力变压器的电气以及绝缘特性依次由这些参数反映出来。此外，电力变压器有16个项实验项目，主要包括：非纯瓷套管的试验、相位检查、绕组连同套管的交流耐压试验、噪音测量等等。 1.2油气中溶解的气体 在使用电力变压器时，会用到一个系统---神经网络非放射性系统，它主要通过借助油中气体的体积分数来完成对电力变压器状态参数的一个统计，这样做是因为可以借助油中的气体来观察电力变压器的工作状态。 1.3其他参量 除评估状态的参数外，还有一些其他可以反应电力变压器的数据，这些数据也可以评估出变压器的工作情况。比如说，通过检修电力变压器得来的数据，除此之外还有电力变压器在运行时的各种资料，工作的环境等等。这里所说的运行的资料主要有电力变压器在工作时体现出的温度、变压器的载荷情况等等。工作环境主要有温度、湿度以及环境的污染程度，在部件的运行状态则主要包括其是否可以正常使用。 二、评估电力变压器状态几种研究方法 要想保证可以有评估电力变压器时有全面的结果，就要对评估状态有一定的专业判断，通常会借助以下几种方法来完成评估： 2.1分析油中的色谱图确定工作状态 通过这种方法，我们可以分析电力变压器是否有局部受热过多或者放电问题出现，这种方法美中不足的就是不能够反映出因为绕组出现问题而导致局部受热过多或者放电的问题。但是，这种方法有着比直接测量的方法更为准确的测量结果。 2.2分析水分来确定工作状态 这种方法主要用来检测储油柜或者油箱中的水分，除了这种方法，还可以采用检测纸绝缘的方法来检测其中油箱中的水分。 2.3分析检测温度来确定工作状态 在对油箱表面或者套管的温度进行检测时可以使用温度计，同样还可以借助红外测温仪来进行测量，这种方法较前两种方法更为简单，并且获取的数据也相对有效，电力变压器的温度会受到绕组线圈电阻和铁心电流的影响，其温度也会通过这两点表现出来。 2.4分析和检测变压器的位移和形变，确定工作状态 有两种方法可以检测电力变压器的位移和形变。一是停电时，对绕组的阻抗值参数进行检测，进而大致估计绕组发生形变的范围是多少；二是采用故障录波的方法，这种方法是通过测量在出口处出现短路时会持续的时间以及电流的变化情况，进而确定电力变压器的位移和形变。 2.5分析测量局部放电的实验 变压器测量局部放电的实验主要会用到两种方法：一是带电检测，二是停电检测。前者会用到超声法以及电测法，这两种方法在使用时均不会影响电力变压器的运行，超声波法用到的是超声波信号，而电测法用到的则是电脉冲信号；后者就是在断电时进行检测，具体内容同前面所说的是类似的。这种方法只是从定性的角度展开了研究分析，在定量方面还没有足够的准确性。 三、诊断电力变压器故障的方法 3.1变压器漏油 变压器漏油不仅仅会给企业造成一定的损失，而且还会对周围的环境造成污染，这就会防止变压器的正常工作，漏油的主要原因如下：一是焊接处发生漏油，这种情况需要对焊接点进行重新焊接工作，如果焊接位置是两个面的，为了方便焊接，可以将焊接板处理成纺锤的形状，如果焊接位置是三个面的，可以将其焊接成三角形的；其次是防爆管漏油，防爆管主要用来保护变压器，但是因为其特殊的材料，很容易出现破裂的情况。如果发生这种情况可以拆下防爆管，并可以修改电力变压器泄压阀。 3.2变压器铁心多处接地的情况 按照要求，变压器要保证只有一处接地，否则会致使变压器出现故障。因此，可以采用直流电流冲击法断开铁丝上的接地线，并且在铁心和燃料箱之间连接直流电，之后对其进行冲击就可以烧断其接地线，或者打开油箱查看接地线。 3.3接头过热产生
电力变压器的参数与数学模型
.-电力变压器的参数与数学模型
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电力变压器的参数与数学模型 2.3.1理想变压器 对于理想变压器，假定： 绕组电阻为零；因此绕组损耗I2R为零。铁心磁导率是无穷大，所以铁心磁阻为零。不计漏磁通；即整个磁通为铁心和一次侧绕组、二次侧绕组相交链的磁通。不计铁心损耗。 图2-20双绕组变压器内部结构图2-21 双绕组变压器示意图从安培和法拉第定律知: （2-46） 磁场强度矢量Hc 为 （2-47） 其中，磁场强度、磁感应强度和磁通量的关系为 由于理想变压器铁心磁导率为无限大，则磁阻R c近似为零。 （2-48） 上式可写为： 图2-21为双绕组变压器的示意图。 （2-49） 或者 图2-21中的标记点表示电压E1和E2，在标记点侧是＋极，为同相。如果图2-21中的其中一个电压极性反向，那么E1与E2相位相差180o。 匝数比k定义如下：
理想单相双绕组变压器的基本关系为 （2-50） （2-51） 由推导可得两个关于复功率和阻抗的关系如下。图2-21中流进一次侧绕组的复功率为 （2-52） 代入（2-50）和（2-51） （2-53） 可见，流进一次侧绕组的复功率S1与流出二次侧绕组的复功率S2相等。即理想变压器没有有功和无功损耗。 如果阻抗Z2与图2-21中理想变压器的二次侧绕组相连，那么 （2-54） 这个阻抗，当折算到一次侧时，为 （2-55） 因此，与二次侧绕组相连的阻抗Z2折算到一次侧，需将Z2乘以匝数比的平方k2。 2.3.2实际双绕组变压器 1.简化条件 实际单相双绕组变压器，与理想变压器的区别如下： 计及绕组电阻；铁心磁导率为有限值；磁通不完全由铁心构成；计及铁心有功和无功损耗。 图2-22实际单相双绕组变压器的等效电路图 电阻串联于图中一次侧绕组，用于计及该绕组损耗I2R。电抗为一次绕组的漏电抗，串联于一次绕组用于计及一次绕组的漏磁通。这个漏磁通是仅与一次绕组交链的磁通的组成部分，它引起电压降落，对应且超前。漏电抗引起无功损耗。类似的，二次绕组中串联了电阻和电抗。 由于变压器铁心磁导率为有限值，式（2-48）中磁阻为非零。除以，化简后得到，
电力变压器状态评估及故障诊断方法研究 程智鹏
电力变压器状态评估及故障诊断方法研究程智鹏 发表时间：2018-03-09T11:15:07.613Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：程智鹏[导读] 摘要：电力变压器在电力传输系统中占据重要地位，其工作是负责电网中的能量转换和能量传输，所以电力输送网能否具有良好的稳定性和安全性很大程度上取决于电力变压器是否稳定可靠。 （国网冀北电力有限公司检修分公司北京市 102488） 摘要：电力变压器在电力传输系统中占据重要地位，其工作是负责电网中的能量转换和能量传输，所以电力输送网能否具有良好的稳定性和安全性很大程度上取决于电力变压器是否稳定可靠。因此实际的输电系统建设中，需要选择质量比较可靠的变压器，另外还需要随时对变压器的运行状态做好监控和评估工作，对变压器产生的故障做好随时修复的准备，从而确保变压器能够稳定工作。文章论述了几种电力变压器故障的诊断方法，望能给读者提供一些参考。 关键词：电力变压器；状态评估；故障诊断 以往电力企业都会采用定期检修和预防性试验等方法对电力变压器故障进行预防，这样虽然能够提前预防到故障的发生并加以阻止，但是采取这种检修模式会增加变压器的停电次数，以至于影响电力系统的稳定和可靠运行。如果采取状态评估和故障诊断方法进行变压器检修，就可以使这些问题得到解决。因此，有必要对电力变压器状态评估和故障诊断方法进行研究，以便促进电力企业的发展。 一电力变压器状态评估研究现状 电力变压器状态评估是状态检修的基础，对运行中的电力变压器健康状态进行有效地评估是当今国内外研究的热点问题之一。目前的评估方法多集中在定性评估，没有更细致地进行相对优劣的划分，一直没有可靠准确的状态评估体系，不利于状态检修工作的实施。目前国内外对该方面研究已经取得了一定的成果，但也存在一定的不足。如以模糊学习矢量量化网络作为变压器状态评估的决策支持系统，用一个模糊分类将DGA数据划分为不同的子类，对每个类分别用一个模糊学习矢量量化网络进行训练，以提高评估的正确率。这样效果优于以前的模糊诊断和BP神经网络法，但评估结果的可靠性和有效性有所降低。 二电力变压器状态评估 2.1评估的状态参量 想要对电力变压器的状态进行评估，首先要评估变压器的状态参量，这样能够对变压器的使用寿命有一个初步的了解，还能对变压器能否正常运行做出科学的分析。分析状态参量首先需要对电力变压器电阻、介质损耗和泄露电流等电气参数进行评估。获取这些参数需要进行变压器的电气试验，根据实验结果分析参数，才能得到变压器的电气性能和绝缘性能。由于变压器油中的气体可以进行变压器运行状态信息的反映，所以需要对变压器油中各气体体积分数进行计算，通常采取神经网络映射功能计算的方法，去了解变压器运行状态。 2.2评估的具体方法 想要全面评估变压器状态，还需要采取适当的方法。例如色谱图分析法可以对变压器油中气体的色谱图进行分析，从而发现变压器是否存在局部过热或者放电现象，继而了解变压器的运行状态。相较于直接测量变压器电阻，采用色谱图分析法可以更准确的判断变压器是否出现局部放电等问题。但是有一点需要注意，这个方法无法判断因绕组变形而产生的局部放电或过热问题。测量变压器纸绝缘中水分含量可以采用检测储油柜和油箱的水分含量来间接达到目的，以便于测量变压器铁芯及绕组的绝缘电阻。还可以采取电测法接收来自铁芯引下线的电脉冲信号，或者采用超声法接收油箱上的超声波信号去判断变压器是否出现了局部放电。 三电力变压器故障诊断方法 3.1漏油故障诊断 电力变压器在运行的过程中很容易出现漏油故障，一旦出现该故障，不仅会给输电单位带来经济损失，还会影响变压器运行的稳定性和安全性，并且给周围环境带去一些污染。常见的变压器漏油故障主要有两种，即防爆管漏油故障和油箱漏油故障。其中防爆管漏油是因为其内部玻璃膜结构受震动而出现破裂。防爆管本身的作用是进行变压器油箱的保护，如不及时更换破裂的玻璃膜将导致其中纸绝缘受潮，继而导致漏油故障发生。处理该故障需拆除防爆管，改装变压器压力释放阀门，这样才能解决问题。油箱漏油故障则一般来源于焊接处漏油，需要采用适合尺寸的铁板进行漏油点的焊接修补。 3.2铁芯接地故障诊断 变压器运行时电磁能量的传递主要依赖于铁芯和绕组，所以需要确保铁芯的质量，以便为变压器的稳定运行提供保障。然而实际上变压器铁芯总是会出现多点接地故障，从而影响到变压器稳定运行。依规范变压器铁芯只能有一个部位接地，一旦多点接地就会出现故障。检测中通常反应为铁芯绝缘电阻不合格，故障诊断时采用直流电刺激的方法即可，就是先将铁芯上的接地线全部拆除，然后利用直流电对铁芯和油箱之间器件进行刺激，多次刺激后多余的接地线将会被烧掉。此外还可以直接打开油箱进行故障检测并根据检测结果进行多余接地线的拆除。 3.3接头过热故障诊断 接头过热故障在电力变压器运行时很容易发生，一旦多次产生便会导致接头被烧断，继而影响变压器的正常运行。诊断接头过热故障时首先要分析变压器接头材质，通常铜、铝制成的电线都会受到周围环境的影响，而变压器接头一般为铜质，一旦周围环境湿度较大，与铝制电线接触就容易产生化学反应导致接头过热。采用专用接头进行连接可以解决这一问题，同时采用普通连接方式，使得连接处为一个平面，并保持一定清洁度，这样能够有效避免接头过热故障的发生。 结束语 总之，电力变压器在运行过程中会出现很多复杂的障碍，如果能有效地评估变压器的运行状态，就能及时的避免一些障碍的发生，这就可以减少输电单位的经济损失，还能保证消费者稳定安全的用电。电力变压器状态评估和故障诊断的方法还有很多，这就需要电力工程人员结合先进的理论知识，在实践中不断探索。 参考文献 [1]石金光.电网远程运维管理系统的设计与实现[D].吉林大学，2017. [2]郑含博.电力变压器状态评估及故障诊断方法研究[D].重庆大学，2013. [3]郑娜.电力变压器状态评估和故障诊断的研究[D].华北电力大学（河北），2015.
2.3-电力变压器的参数与数学模型
2.3-电力变压器的参数与数学模型
电力变压器的参数与数学模型 2.3.1理想变压器 对于理想变压器，假定： 绕组电阻为零；因此绕组损耗I2R为零。铁心磁导率是无穷大，所以铁心磁阻为零。不计漏磁通；即整个磁通为铁心和一次侧绕组、二次侧绕组相交链的磁通。不计铁心损耗。 图2-20双绕组变压器内部结构图2-21 双绕组变压器示意图从安培和法拉第定律知: （2-46） 磁场强度矢量Hc 为 （2-47） 其中，磁场强度、磁感应强度和磁通量的关系为 由于理想变压器铁心磁导率为无限大，则磁阻R c近似为零。 （2-48） 上式可写为： 图2-21为双绕组变压器的示意图。 （2-49） 或者 图2-21中的标记点表示电压E1和E2，在标记点侧是＋极，为同相。如果图2-21中的其中一个电压极性反向，那么E1与E2相位相差180o。 匝数比k定义如下：
理想单相双绕组变压器的基本关系为 （2-50） （2-51） 由推导可得两个关于复功率和阻抗的关系如下。图2-21中流进一次侧绕组的复功率为 （2-52） 代入（2-50）和（2-51） （2-53） 可见，流进一次侧绕组的复功率S1与流出二次侧绕组的复功率S2相等。即理想变压器没有有功和无功损耗。 如果阻抗Z2与图2-21中理想变压器的二次侧绕组相连，那么 （2-54） 这个阻抗，当折算到一次侧时，为 （2-55） 因此，与二次侧绕组相连的阻抗Z2折算到一次侧，需将Z2乘以匝数比的平方k2。 2.3.2实际双绕组变压器 1.简化条件 实际单相双绕组变压器，与理想变压器的区别如下： 计及绕组电阻；铁心磁导率为有限值；磁通不完全由铁心构成；计及铁心有功和无功损耗。 图2-22实际单相双绕组变压器的等效电路图 电阻串联于图中一次侧绕组，用于计及该绕组损耗I2R。电抗为一次绕组的漏电抗，串联于一次绕组用于计及一次绕组的漏磁通。这个漏磁通是仅与一次绕组交链的磁通的组成部分，它引起电压降落，对应且超前。漏电抗引起无功损耗。类似的，二次绕组中串联了电阻和电抗。 由于变压器铁心磁导率为有限值，式（2-48）中磁阻为非零。除以，化简后得到，
MATLAB变压器仿真
扬州大学 专业软件应用综合设计报告 水能学院13级电气专业题目变压器综合仿真设计二 学生某某某学号131504207指导教师张建华 2015年12月30日
目录 一、设计题目 (2) 二、正文 (2) 1、引言 (2) 2、设计依据及框图 (3) 2.1 设计平台 (3) 2.2 设计思想 (4) 2.3 设计结构框图或流程图 (6) 2.4各模块功能简介 (6) 3、软件调试分析 (10) 4、结语 (23) 5、参考文献 (25) 6、致谢 (25) .
变压器综合仿真设计二 摘要：随着变压器技术的进步，传统仿真已经受到了很大的限制。并且当下要推动变压器技术的发展，已经不能再依靠传统仿真。因此，对于变压器的计算机仿真技术势在必行。 本为通过MATLAB软件，对变压器的运行特性进行了仿真。主要仿真的内容包括：变压器磁路电流畸变以及变压器负载运行特性曲线研究。仿真所用到的方法为数值计算方法，通过插值的方法实现了对曲线的拟合。仿真时，结合实际情况可输入不同参数便于研究。文中给出了各种运行特性的仿真结果图，并且结合理论对其做了简单的分析，验证了仿真方法的准确性和可行性。 关键字：变压器；MATLAB仿真分析；曲线拟合 1 引言 设随着科学技术进步，电工电子新技术的不断发展，新型电气备不断涌现，人们使用电的频率越来越高，人与电的关系也日益紧密，对于电性能和电气产品的了解，已成为人们必需的生活常识。 变压器是一种静止的电气设备，它是利用电磁感应原理把一种电压的交流电能转变成同频率的另一种电压的交流电能，以满足不同负载的需要。在电力系统中，变压器是一个重要的电气设备，它对电能的经济传输，灵活分配和安全使用具有重要的作用，此外，也使人们能够方便地解决输电和用电这一矛盾。由于计算机仿真技术的出现，传统的物理仿真系统逐渐的被计算机仿真系统代替。计算机仿真系统所具有的效率高、精度高、重复性和通用性好、容易改变仿真参数等优点，还可以实现物理仿真无法实现的有危险性的或者是成本昂贵的仿真。在我国电力行业发展迅速的今天，变压器的仿真技术不能够再依托于传统的物理仿真系统，而是需要能够采用能够促进变压器技术发展的仿真技术。 对变压器特性的仿真涉及到很多方面，比如变压器空载励磁电流在饱和和磁滞影响时的特性、变压器磁滞回环在不同电压等级下的数据仿真、变压器空载合闸时的过电流现象、变压器在突发短路时的过电流现象，还有基本的比如效率特性、外特性、短路试验、空载试验等。 在学习完本课程后，运用MATLAB相关仿真技术对变压器进行仿真研究，本文的仿真主要以变压器磁路电流畸变以及变压器负载运行特性曲线为主要研究对象，通过结合实际进行曲线拟合、波形分析，得出相应结论。
过程特性与数学模型
第四章过程特性与数学模型 教学要求：了解过程特性的类型的四种类型 掌握描述过程特性的参数的物理意义及对控制通道、扰动通道的影响 学会一阶对象、二阶对象的建模 掌握机理分析法建模的一般步骤 了解实验测试法 重点：描述过程特性的参数的物理意义及对控制通道、扰动通道的影响 运用机理分析法建模 难点：时间常数的物理意义 过程特性的参数对控制通道、扰动通道的影响 过程控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定。过程即为被控对象，它是否易于控制，对整个系统的运行情况有很大影响。 §4.1过程特性 被控过程的种类常见的有：换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、贮液槽罐、加热炉 等。这些被控过程的特性是由工艺生产过程和工艺设备决 定的。 被控过程特性-----指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。通道------被控过程的输入量与输出量之间的信号联系 控制通道-----操纵变量至被控变量的信号联系 扰动通道-----扰动变量至操纵变量的信号联系 一、过程特性的类型 多数工业过程的特性可分为下列四种类型： 1.自衡的非振荡过程 2. 无自衡的非振荡过程 3. 有自衡的振荡过程 4. 具有反向特性的过程 二、描述过程特性的参数 用放大系数K、时间常数T、滞后时间τ三个物理量来定量的表示过程特性。（主要针对自衡的非振荡过程） 1.放大系数K ⑴K的物理意义 K的物理意义：如果有一定的输入变化量ΔQ作用于过程，通过过程后被放大了K倍，变为输出变化量ΔW。
⑵放大系数K对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 2. 时间常数T ⑴时间常数T的物理意义 时间常数是被控过程的一个重要的动态参数，用来表征被控变量的快慢程度。 时间常数T的物理意义还可以理解为：当过程受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间就是时间常数T。 ⑵时间常数T对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 3. 滞后时间τ ⑴纯滞后τ0（P142） ⑵容量滞后τn ⑶滞后时间τ对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 §4.2 过程数学模型的建立 过程的（动态）数学模型---是指表示过程的输出变量与输入变量间动态关系的数学描 述。 过程的输入是控制作用u（t）或扰动作用f（t）, 输出是被控变量ｙ（t）． 数学模型：非参数模型，即用曲性或数据表格来表示，如阶跃响应曲线、脉冲响应曲线 和频率特性曲线；另一种是 参数模型，即用数学方程式来表示，如微分方程（差分方程）、传递函数、 状态空间表达式等。本节所涉及的模型均为用微分方程描述的 线性定常动态模型。 建立数学模型的基本方法 机理分析法-----通过对过程内部运动机理的分析，根据其物理或化学变化规律， 在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后得到过程特性方 程，用微分方程或代数方程。这种方法完全依赖于足够的先验 知识，所得到的模型称为机理模型。机理分析法一般只能用于 简单过程的建模。机理分析法 实验测试法-----由过程的输入输出数据确定模型的结构和参数。 4.2.1机理分析法 微分方程建立的步骤归纳如下： ⑴根据实际工作情况和生产过程要求，确定过程的输入变量和输出变量。 ⑵依据过程的内在机理，利用适当的定理定律，建立原始方程式。 ⑶确定原始方程式中的中间变量，列写中间变量与其他因素之间的关系。 ⑷消除中间变量，即得到输入、输出变量的微分方程。 ⑸若微分方程是非线性的，需要进行线性化处理。
2.3 电力变压器的参数与数学模型.
电力变压器的参数与数学模型 2.3.1理想变压器 对于理想变压器，假定： 绕组电阻为零；因此绕组损耗I2R为零。铁心磁导率是无穷大，所以铁心磁阻为零。不计漏磁通；即整个磁通为铁心和一次侧绕组、二次侧绕组相交链的磁通。不计铁心损耗。 图2-20双绕组变压器内部结构图2-21 双绕组变压器示意图从安培和法拉第定律知: （2-46） 磁场强度矢量Hc 为 （2-47） 其中，磁场强度、磁感应强度和磁通量的关系为 由于理想变压器铁心磁导率为无限大，则磁阻R c近似为零。 （2-48） 上式可写为： 图2-21为双绕组变压器的示意图。 （2-49） 或者 图2-21中的标记点表示电压E1和E2，在标记点侧是＋极，为同相。如果图2-21中的其中一个电压极性反向，那么E1与E2相位相差180o。 匝数比k定义如下：
理想单相双绕组变压器的基本关系为 （2-50） （2-51） 由推导可得两个关于复功率和阻抗的关系如下。图2-21中流进一次侧绕组的复功率为 （2-52） 代入（2-50）和（2-51） （2-53） 可见，流进一次侧绕组的复功率S1与流出二次侧绕组的复功率S2相等。即理想变压器没有有功和无功损耗。 如果阻抗Z2与图2-21中理想变压器的二次侧绕组相连，那么 （2-54） 这个阻抗，当折算到一次侧时，为 （2-55） 因此，与二次侧绕组相连的阻抗Z2折算到一次侧，需将Z2乘以匝数比的平方k2。 2.3.2实际双绕组变压器 1.简化条件 实际单相双绕组变压器，与理想变压器的区别如下： 计及绕组电阻；铁心磁导率为有限值；磁通不完全由铁心构成；计及铁心有功和无功损耗。 图2-22实际单相双绕组变压器的等效电路图 电阻串联于图中一次侧绕组，用于计及该绕组损耗I2R。电抗为一次绕组的漏电抗，串联于一次绕组用于计及一次绕组的漏磁通。这个漏磁通是仅与一次绕组交链的磁通的组成部分，它引起电压降落 ，对应且超前。漏电抗引起无功损耗。类似的，二次绕组中串联了电阻和电抗。 由于变压器铁心磁导率为有限值，式（2-48）中磁阻为非零。除以，化简后得到，
电力系统各元件的参数和数学模型
2电力系统元件的运行特性和数学模 型 2－1隐极式发电机的运行限额和数学模型 1. 发电机的运行额限 发电机的运行总受一定条件，如绕组温升、励磁绕组温升、原动机功率等的约束。这些约束条件决定了发电机组发出的有功、无功功率有一定的限额。 （1） 定子绕组温升约束。定子绕组温升取决于定子绕组电流，也就是取 决于发电机的视在功率。当发电机在额定电压下运行时，这一约束 条件就体现为其运行点不得越出以 O 为圆心，以BO 为半径所作的圆弧S 。 （2） 励磁绕组温升约束。励磁绕组温升取决于励磁绕组电流，也就是取 决于发电机的空载电势。这一约束条件体现为发电机的空载电势不得大于其额定值E Qn ,也就是其运行点不得越出以O ’为圆心、O ’B 为半径所作的圆弧F 。 （3） 原动机功率约束。原动机的额定功率往往就等于它所配套的发电机 的额定有功功率。因此，这一约束条件就体现为经B 点所作与横轴平行的直线的直线 BC 。 （4） 其它约束。其它约束出现在发电机以超前功率因数运行的场合。它 们有定子端部温升、并列运行稳定性等的约束。其中，定子端部温升的约束往往最为苛刻，从而这一约束条件通常都需要通过试验确定，并在发电机的运行规范中给出，图2－5中虚线T 只是一种示意，它通常在发电机运行规范书中规定。 归纳以上分析可见，隐极式发电机的运行极限就体现为图2－5中曲线OA 、AB 、BC 和虚线T 所包围的面积。 发电机的电抗和等值电路： 2－2变压器的参数和数学模型 一、 双绕组变压器的参数和数学模型 变压器做短路实验和空载实验测得短路损耗、短路电压、空载损耗、空载电流可以用来求变压器参数。 F P O C Q B S A O 图2－5运行极限图
电力变压器状态评估及故障诊断方法
电力变压器状态评估及故障诊断方法 摘要：变压器是电力系统的关键设备，变压器状态的好坏与可靠性直接决定了电力系统是否能够有效运行，是否能够进行可靠的电力设备运行。因此，电力变压器的状态评估及故障诊断就显得尤为重要。本文对这两个问题进行了探讨，期望可以为相关人士在变压器的改进方面提供一点思路。 关键词：电力变压器；状态评估；故障诊断 前言：随着我国经济的发展，对于电力系统的依赖性越来越大，对于电力系统的运行也提出了更高的、更严格的标准和要求。而对电力系统产生极大影响的则为其变压器的运行情况，其运行是否可靠性、安全与电力系统的安全运行密切相关，对于保障电力的运行具有非常重要的意义。因此，变压器状态评估及故扎根诊断方法就显得尤为重要，通过对变压器的状态进行评估与检测，达到对其运行情况的时时管控，通过对其故障的诊断，将其潜在的隐患扼杀在摇篮中，从而更好的保障电力系统的运行，保证电力系统更好的为祖国的建设服务。 一、电力变压器状态评估需考量的状态量 对电力变压器进行准确评估，需要对其状态量进行诊断，保证其状态量检测的准确、有效，从而获得变压器的运行数据情况。一般情况下，需要对一些参数或者一些相关的数据进行分析，以便对变压器的运行情况进行判定，这些数据和现象所对应的量被称为特征量，也就是我们所需要进行考虑的因素，即状态量。状态量的运行需要通过电力测试、历史运行资本、不良运行记录等获得，常规性的测试包括数据、图像、声音、现象等。变压器构建包括五个部分，即冷却系统、套管、本体、分接开关以及非电量保护。全面、正确评价变压器的运行需要考虑以下几种因素。 1.变压器电气试验项目 电气试验所进行的是对其绝缘所需要的参数尽心检测和分析，对其吸收比进行获取，对其介质损耗的情况进行分析，对其电阻、绕组角流电阻进行检测，以及对其泄露电流进行测定。 2.油气溶解中的气体分析 电力变压器内部存在气体，此气体是在油中溶解，其中蕴含着关于其本身运行的各种信息，并且此信息内容量大，信息非常丰富。因此，采用精神网络的非
电力变压器状态评估及故障诊断方法研究 周保萍
电力变压器状态评估及故障诊断方法研究周保萍 发表时间：2018-05-14T17:00:04.487Z 来源：《电力设备》2017年第35期作者：周保萍 [导读] 摘要：变压器在整个电力系统中发挥着非常重要的作用，随着电力系统的迅速发展，对变压器状态监测与故障预防显得尤为重要。 （大唐太原第二热电厂山西省太原市 030041） 摘要：变压器在整个电力系统中发挥着非常重要的作用，随着电力系统的迅速发展，对变压器状态监测与故障预防显得尤为重要。变压器状态检修的核心工作是及时掌握变压器的运行状态，并采用合理的方法对存在的风险和隐患进行准确评估，从而制定出科学的检修计划，进而维护电力系统安全地运行。本文就电力变压器状态评估及故障诊断方法进行了分析研究。 关键词：电力变压器；状态评估；故障诊断方法 变压器在整个输变电系统中占有着举足轻重的地位，因为整个输电系统的系统化、安全化运行以及经济效益都取决于变压器能可靠、稳定性地运行。所以，正确评估电力变压器的运行状态，合理使用电力变压器，及时地维修电力变压器的运行故障等有着比较深远的意义，变压器的健康运行将给电力企业带来良好的经济和社会效益。 1 强化电力变压器状态检修的必要性 电力变压器进行状态检修的时候，往往会涉及到许多检测和监测手段，还需要收集大量的信息，这是获得有效检测结果的必要保证。利用状态检修不仅可以有效节约检修成本，而且状态检修属于事前控制范畴，它可以在故障发生之前提前对其加以预测，从而使得检修工作可以更顺利地开展。原因有二：状态检修是以可靠性和预防性为中心的。状态检修基于对设备运行状态的掌握，可以做到该修必修，增强了对事故的预防性，从而有利于节约人力和物力，尽可能地降低停电检修时间和因此带来的其他损失，为电网的效益提升做出贡献；其次，状态检修降低了因检修引发其它故障的可能性。由于状态检修提高了对事故的预见性，降低了对电力变压器盲目停电检修带来的损失，也降低了停电检修时，引发其它故障的可能性，从而更加有利于系统内运行变压器的寿命和经济运行水平。 2 变压器状态在线监测技术 2.1铁心接地在线监测技术 该技术相对比较成熟，可以及时发现铁心及夹件多点接地，防止形成环流，降低变压器的使用寿命。当铁心上沉淀有油泥或金属碎屑时，会出现多点接地，进而形成闭合回路。因为变压器在强磁场下运行，主磁通穿过上述回路时，会形成感应电流，危及变压器的安全运行。单点接地时，电流非常小，接近于零；当多点接地时，匝内将有环流流通，通常可达几十安，严重威胁变压器的使用寿命。该法中，使用钳形电流表测试接地电流时，要注意排除干扰，一般采用钳形电流表紧靠接地线，测得一个电流值，再将地线钳入，测第二次电流值，两次电流值之差则为实际接地电流。可以在变压器铁心回路中串接入铁心接地电流表，通过定期对铁心接地电流表电流值监测，从而发现变压器铁心是否存在多点接地现象，及时发现变压器故障。 2.2 变压器局部放电带电检测技术 变压器局部放电，指的是在一定电场作用下，导体之间的绝缘部分被击穿而放电。变压器之所以会出现局部放电现象，主要就是因为在变压器的绝缘处，电场强度较为集中，而电场就有可能导致绝缘部分被击穿，从而出现放电现象。虽然局部放电能量较小，而且绝缘结构被击穿的部分往往也很小，但如果长时间地破坏绝缘材料，最终将使得变压器故障。所以对局部放电进行检测是非常必要的。要对变压器局部放电带电进行检测，需要依赖于专门的检测设备。另外，对变压器油中气体含量进行监测也可发现变压器局部放电现象。 2.3 油色谱在线监测技术 变压器油色谱在线监测技术主要是通过监测油中微量气体的变化来掌握变压器是否出现放电、过热等缺陷。按照油气分离和检测原理可以分为：气相色谱法、燃料电池法、光声光谱法等。 气相色谱法主要是通过气相色谱分析仪分析油中气体含量，包括CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO、CO2、H2等气体，一般采用N2作为载气，通过色谱柱对气体进行分离，再由检测器对各气体含量进行检测，该法需要定期补充载气和更换色谱柱。 光声光谱法是利用气体分子吸收特定频率的电磁波后，温度上升，从而使气体热能升高，致使气体与周围介质产生压力波动，根据气体的光声效应，会产生特定的声信号，再通过高灵敏微音传感器和压电陶瓷传声器检测到声信号，来判断变压器的状态。该法无需载气，维护也比较简单。 燃料电池法，是利用渗透膜原理将油中的气体析出，再通过燃料电池原理来检定气体，检定器燃料就是被检定的气体，所以无须外源，整个装置结构相对简单。因为变压器发生放电或过热的故障时都有H2产生，所以该法以监测H2为主，成本较低，能够起到预警的作用。 2.4 其他在线监测方法 变压器状态的在线监测方法还有很多，如绕组变形法，当变压器绕组发生变形或位移时，会使得短路阻抗发生变化，通过在线测量变压器三相电压和电流值，采用递推最小二乘法计算出短路电抗和电阻，从而掌握变压器的状态；变压器振动法，此法是在变压器上安装振动加速度传感器，来监测变压器运行时的振动信号，通过对振动信号的分析，来掌握变压器绕组运行状态；此外还有：绝缘电阻法、红外热像法、绝缘功率因数测试法、激励电流法等。 将来对在线监测技术研究，首先应研究技术标准，对运行条件、测量精度、安全性等都应该提出统一的要求；再者，目前在线监测设备还缺少数据传输功能，这限制了在线监测功能的发挥，加强监测设备通信功能的研究，建设综合的在线监测设备平台，实现远程分析电力系统各变压器的运行状态，是今后一个重要发展方向。 3 电力变压器故障诊断方法研究 3.1 变压器漏油 此故障不仅会造成严重的环境污染和经济损失，还将影响变压器安全稳定地运行。变压器漏油可分为以下几种情况： 第一，油箱焊接处漏油。对于渗漏点能利用铁板补焊；对于两个面的连接位置，先将铁板剪裁为纺锤状，再实施补焊；对于三个面的连接部位，就要结合实际情况把铁板剪裁为三角形状，再实施补焊。 第二，防爆管漏油。防爆管的主要作用是当变压器内部压力升高时，防爆管首先释放掉多余能量，保证变压器油箱不发生破裂、变形。然而防爆管自身的玻璃膜却很容易因震动而破裂，又不能及时的更换防爆管的玻璃膜，进而使变压器绝缘纸容易受潮。对于此故障，