频响测试仪讲义Word文件下载.docx

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如果绕组发生了轴向、径向尺寸变化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）的杂散电容也会对测试结果造成明显影响，反而不利于判断；

c.在1kHz～1MHz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。

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

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，将电压信号转换为数字信号，传送到计算单元（计算机）处理。

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50Ω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波形畸变的影响。

其原理框图如4所示。

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。

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

4、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４mm2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。

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）试验负责人下令：

“试验结束，拆除试验接线”。

2）试验人员首先将试验装置的电源与试验电源盘断开。

3）再拆除试验装置与变压器绕组之间的信号连接线，以及信号线的接地线。

4）拆除试验装置金属外壳的接地线。

5）拆除连接电源盘与动力电源箱的连线。

拆电源线时，先拆火线后拆零线。

6）将装置及测试线装箱，笔记本电脑关机并装包。

7）拆除试验设置的围栏，打扫试验现场。

变压器绕组变形的频率响应法几种常用的试验接线图