NT3000扫频短路阻抗法变压器绕组变形测试仪

NT3000扫频短路阻抗法变压器绕组变形测试仪产品说明书国电南京自动化股份有限公司一、系统简介电力变压器作为重要的电气设备，其安全可靠运行对电力系统极为重要。

对变压器进行绕组变形测试，已经成为变压器在受到短路电流冲击后重要的测试项目。

国内应用较广泛的主要采用以下两种方法：一是频率响应分析法（简称频响法）；二是低电压短路阻抗法。

频响法是利用精确的扫频测量技术，对被试绕组施加lkHz ～1MHz 的低压扫频信号（<10Vp-p ），测量绕组的频率响应特性曲线。

如果绕组发生了机械变形现象，等值网络中的分布参数随之变化，其幅频特征曲线的谐振点就会发生变化。

短路阻抗法现场应用时，通常在变压器的高压绕组侧加工频的低电压，低压绕组侧短路，测量工频时变压器的短路阻抗。

短路阻抗值主要是漏电抗分量，由绕组的几何尺寸所决定，变压器绕组结构状态的改变势必引起变压器漏电抗的变化，从而引起变压器短路阻抗数值的改变。

频响法和短路阻抗法在变压器绕组变形测试已经有了成功的应用经验，并取得一定的效果，相关的标准也已经颁布。

但是，两种方法都各有优缺点，对不同类型的变形敏感程度不同。

在实际应用中也发现，某些变形在频响法中有反映但在低电压短路阻抗中没有反映，相反的情况也存在。

但许多变形在两种方法中都有反映，因此同时利用两种方法，可以有效减少误判。

为此，一般要利用两台仪器进行两次测试，更换两次接线，极为耗时耗力，给现场测试工作带来了很大不便。

另外也存在两种方法都无法判定变形程度的情况。

NT3000绕组变形测试仪，一次测试可以同时获得全频段的短路阻抗曲线和频响曲线，使新型测试设备兼顾传统的扫频法测试系统和低电压短路阻抗仪的优点，同时通过对短路阻抗频率曲线数据的进一步分析、处理，能够更灵敏地检测电力变压器绕组变形情况，使现场工作人员更容易判断变形的情况，为分析判断绕组的工作状态提供了一种更有效新的手段。

二、扫频短路阻抗法测试原理扫频短路阻抗法结合频响法和短路阻抗法测试技术的优点，在测试原理和分析方法上实现突破，测试时实现一次测量可以同时取得变压器绕组的短路阻抗-频率特征曲线和频响特性曲线。

采用该测试方法，可获得50Hz 下的变压器短路阻抗值，与铭牌值进行比较，参照低电压短路电抗法进行判断；同时中高频段的测试曲线与以前的频响法曲线可以相比较，可以参照频响法进行判断，同时又可以利用阻抗－频率特征曲线、电阻－频率特征曲线、电抗－频率特征曲线等进一步进行判断。

电力变压器图2－1扫频短路阻抗法测量原理接线图扫频短路阻抗法的测试接线原理如图2-1所示：测试系统由DDS 扫频信号发生器、宽频功率放大器、测量装置组成。

测试时候按照短路阻抗法的接线方式，将变压器的副边短接，在原边施加大功率扫频信号（Vp-p ≥100V ，Pmax ≮100W ，Bw=30Hz~1MHz ），通过测量装置测试激励和响应信号。

由于变压器二次侧短路，当DDS 扫频信号发生器发出的扫频信号频率比较低时，宽频功率放大器需要输出比较大的电流和功率。

随着DDS 扫频信号发生器发出的扫频信号频率的提高，电力变压器的铁芯的作用逐渐减弱。

由于感抗的增加，使得宽频功率放大器输出的信号源的输出功率降低，但该信号的幅值较大(是频响法的10倍)，能够有效地增强抗干扰能力。

扫频短路阻抗测试仪同时具备扫频阻抗和频响曲线的能力，分别按照以下算法计算相应的参数：频率响应的计算方法：H(f)=201og(|U2(f)|／|U1(f)|)（2-1）短路阻抗的计算方法：)()()()()()(121f jX f R f I f U f U f Z k +=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=r rr r （2-2）其中阻抗：|Zk （f ）|=|R(f)+jX(f)|（2-3）或22X R Zk +=Zk(f)——阻抗R(f)——电阻X(f)——电抗三、变压器二次短路时的等效模型变压器在二次短路的情况下，由于铁芯导磁能力的不同，从低频到高频很难用统一的模型进行描述。

在低频时（<1kHz ），铁芯的磁场起作用，可以利用变压器的T 型等效模型进行描述；随着频率的升高，铁芯的导磁能力逐渐减弱，高频时（>100kHz ），铁芯的存在仅影响电场分布，可以利用分布参数的模型进行描述。

a)低频时的等效模型如图2－1所示，在低频时（<1kHz ），变压器模型如图3-1所示，在变压器漏磁通回路中油、纸、铜等非铁磁性材料占磁路主要部分。

非铁磁性材料的磁阻是线性的，把漏电感Lk 看作线性，在本检测中所引起的偏差小于千分之一。

图3-1单相变压器T网络等效模型b)高频时的等效模型当频率较高时（>100kHz），铁芯磁场传导能力的大幅下降，使铁芯的影响可以忽略，等效模型如图3-2所示；将变压器作为分布参数。

C 11C 12C 1n图3-2单相变压器分布参数等效模型四、扫频短路阻抗法判断分析方法的研究4．1扫频短路阻抗法与频响法、短路阻抗法的对比研究采用如图1-1所示的电路连接进行试验。

分别在变压器低压绕组开路情况下30Hz~1MHz 进行扫频测试获得频响曲线，再将低压绕组短路，进行30Hz~1MHz 进行扫频测试获得频响曲线及短路阻抗曲线，图4-1低压侧开路的频响曲线与低压侧短路频响曲线的对比曲线图4－2低压侧短路的短路电抗-频率特性曲线（双对数坐标曲线）表4-1测量获得的50Hz 短路阻抗值：Zk(Ω)Zk%R(Ω)Lx(mH)A 相铭牌/33.79//测量值17.4733.500.31854.5通过对比，可以得出以下结论：（1）频响曲线如图4－1所示。

在频率大于125kHz以后，变压器在低压二次开路及短路情况下测的的相应曲线基本重合，与是否短路无关。

因此在变压器二次短路的情况下，扫频短路阻抗法可以获得在中、高频频段与频响法一致的频响曲线；（2）低频段两种方法下获得的曲线差别较大，但二次短路情况下（<1kHz）获得的曲线表现为线性，与频率成正比，可以认为是集中参数的漏抗，如图3-2短路阻抗－频率曲线的低频段所示。

在短路阻抗－频率特征曲线上，可以获得50Hz时的短路阻抗值（表4-1）与铭牌值进行比较；（3）短路电抗-频率曲线基本与短路情况下频响曲线趋势相反；扫频短路阻抗法可以将频响法和短路阻抗法有机的结合在一起，同时获得短路情况下频响曲线和短路阻抗－频率曲线。

4.2扫频短路阻抗法的判断方法的研究对扫频短路阻抗法获得的数据进一步处理，可以获得以下特征曲线：i)阻抗/ω（Zk/ω）-频率特征曲线ii)电阻（R）-频率特征曲线iii)电抗（X）-频率特征曲线iv)电抗/ω（X/ω）-频率特征曲线通过在变压器绕组上串联电感和并联电容，模拟绕组变形引起的参数变化，对比研究在不同特征曲线上的变化特征，来确定利用阻抗－频率特征曲线进行绕组变形判断的方法。

4.2.1模拟绕组电感参数变化的测试曲线分析为了验证扫频短路阻抗法的有效性，在变压器的低压侧串联0.96mH电感值的电感器，模拟变压器变形时参数变化，测试曲线的反映。

图4-3模拟电感参数变化前后的低压侧短路情况下的频响曲线由图4-3可以看出，串联电感后，低频段出现较明显的平移，其他频率部分也发生微弱的平移，但不明显；其中中频100kHz附近出现波峰反相的现象。

由于与频率成正比，变化范围较大，实际应用中较难比较曲线的变化，需要进行进一步的处理。

由于电感变化对低频段影响较明显，对30Hz－10kHz的短路阻抗/ω－频率曲线进行分析，如图4-4所示，在对应位置有明显变化，特别低频段的明显平移。

低频时电抗基本表现为集中参数，与频率成正比，由于绕组变形引起的参数的变化，在30Hz~1kHz的短路阻抗－频率曲线中，表现为曲线平移，向上平移为增加，向下平移为减少。

该位置的变化适合判断低频段漏抗参数的变化。

如图4－3、图4－4所示，在100kHz附近出现的波峰反相的现象，在图4－5电阻－频率特性曲线、图4－6电抗－频率特性曲线中，反映的更明显，因此电阻－频率特性曲线和电抗－频率特性曲线适合于判断绕组变形在中高频频段引起的参数变化。

Y A x i s T i t l eY A x i s T i t l eX Axis Title图4-5全频段电阻（R ）－频率曲线Y A x i s T i t l e图4-6全频段电抗（X ）－频率曲线4.2.2模拟绕组电容参数变化的测试曲线分析在某模型变压器的入口端并联30pF 电容，模拟变压器高压引线移位等变形故障引起的对地分布电容参数改变，测试在曲线上的反映。

图4-8变压器的并联电容前后，频率响应特性曲线如图4－8所示，并联电容后，高频段出现明显的波峰移位现象和曲线平移，但在低频段没有明显变化。

50Hz 的短路阻抗如表4－2所示：表4－2并联电容前后50Hz 短路阻抗值列表Zk(Ω)R(Ω)Lx(mH)并联前1．501．4271．478并联后1．501．4221．500采用短路阻抗－频率曲线对数据进行进一步分析，如图4－9～图4－11所示。

Z k /wfreq(kHz)图4－9并联电容前后全频段Zk/ω-频率特征曲线Y A x i s T i t l eX Axis Title图4－10并联电容前后全频段Zk －频率特征曲线freq(kHz)图4－11并联电容前后全频段电阻（R）－频率特征曲线通过对比几个波形可以看出，在电容性的改变引起的影响，在频率响应曲线上较明显，在阻抗－频率特征曲线，阻抗/ω－频率特征曲线上仅有微弱反映，但在图4－11的电阻－频率特征曲线上出现明显的波峰移位、反相现象，反映较灵敏。