判定变压器绕组变形测试仪选频滤波性能的系统及方法与流程

本发明涉及变压器故障检测领域，具体涉及一种判定变压器绕组变形测试仪选频滤波性能的方法。

背景技术：

变压器是电网的核心设备，绕组变形是电力变压器最常见的内部故障之一，在电动力和机械力的作用下，绕组的尺寸或形状发生不可逆的变化，绕组发生局部变形后，即使没有立即损坏，也有可能留下严重的故障隐患。《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》和《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》把变压器绕组变形试验放在十分重要的位置，规定频响法测试绕组变形为110(66)kV及以上变压器必须进行的试验项目。积极开展变压器绕组变形诊断工作，及时发现有绕组变形故障隐患的变压器，并有计划地进行吊罩检查和检修，不但可节省大量的人力、物力，对防止变压器事故的发生也有及其重要的作用。

为对变压器绕组变形进行测试，各电力生产单位通常采用基于频率响应分析法(Frequency Response Analysis，FRI)的变压器绕组变形测试仪(以下简称测试仪)。频率响应分析法是国内外常用的测试绕组变形的方法，其将变压器的等值电路当作是共地的二端口网络，当绕组变形后，内部参数变化将导致传递函数发生变化，通过分析和比较变压器的频率响应特性曲线，可以发现变压器绕组是否发生变形[9-10]。

测试仪如图1所示，其中，Vs为正弦信号输出端口、V为激励信号检测端口、V2为响应信号检测端口；具备一个正弦波激励信号输出接口和两个独立的信号检测接口，作为一种测试仪器，其通用技术部分应符合《GB/T 6587-2012电子测量仪器通用规范》的要求。为满足现场测试，减小其他频率信号对测试结果的影响，其抗干扰能力，即选频滤波性能，即滤掉除扫频信号以外的干扰信号的能力，作为测试仪的基本功能要求，在电力行业标准《DL/T911-2004电力变压器绕组变形的频率响应分析方法》中虽然已经提及，但缺乏对应的校准方法对该性能指标进行科学的评估和判定。

为判定测试仪选频滤波性能，一般采用频谱分析仪进行测试，然而，测试仪扫频信号输出和响应信号检测均集成在仪器内部，响应信号检测端的滤波器性能测试需要拆解或破坏测试仪。因此需要研究一种更有效的、直接的判定方法，便于测试仪校准时对选频滤波特性进行判定。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题提供一种判定变压器绕组变形测试仪选频滤波性能的系统及方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种判定变压器绕组变形测试仪选频滤波性能的系统，包括：

信号发生器，输出已知频率和幅值的正弦干扰信号；

加法器，对处于单频点检测模式且猪肚固定频率正弦信号的测试仪的输出信号和信号发生器的输出信号进行相加；

衰减器，对加法器的输出信号进行衰减，并将衰减信号发送给测试仪的响应信号检测端口。

本方案的干扰信号对测试仪的影响主要是对激励信号输出的幅值造成干扰，使响应信号检测端口的正弦信号有效值发生变化，影响增益检测的准确度。其基本思路为将标准提出的频带衰减要求转换成增益要求，利用测试仪的检测结果对选频滤波特性进行综合判定，利用增益检测的误差值间接表示测试仪选频滤波特性优劣程度。采用本装置可避免对测试仪的拆解或破坏，符合现场测试和校准，符合仪器的工作原理。

作为优选，还包括用于对信号发生器两个输入端的信号幅值和频率进行检测的示波器。示波器可以显示测试仪输出激励信号的幅值和频率大小，并基于此幅值和频率调节函数信号发生器输出的信号幅值和频率，保证在选频滤波性能判定过程中的信号不会发生变化。

作为优选，所述加法器的幅值运算线性度小于1％。加法器用来函数信号发生器的输出信号和测试仪的激励信号线性相加，为保证本测试系统的准确性，加法器的幅值线性度必须较高，运算线性度小于1％，即测量点的最大理论偏差例如，最大输出电压为20V时，测量点最大偏差<0.2V，保证测试系统判定结果的准确性。

一种判定变压器绕组变形测试仪选频滤波性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、变压器绕组变形测试仪输出正弦信号V₁(t)，其扫描频率为f₀，幅值为A，相位为信号源输出正弦信号V₂(t)，其频率为kf₀，幅 值为αA，相位为

B、对V₁(t)和V₂(t)进行同相比例相加得到V(t)；

C、对V(t)进行衰减操作并得到衰减后的信号V_δ(t)并将该信号发送给变压器绕组变形测试仪的响应信号检测端口；

D、变压器绕组变形测试仪输出信号为V_out(t)，并计算扫频增益；

E、将扫频增益与标准规定值△δ进行比较以判断变压器绕组变形测试仪选频滤波性能。

选频滤波性能判定的结果采用检测增益误差绝对值来表示，检测误差绝对值与信号源输出信号幅值和变压器绕组变形测试仪要求的衰减系数有关，当函数信号发生器输出信号幅值是变压器绕组变形测试仪激励信号幅值的α倍时，且要求变压器绕组变形测试仪的选频滤波系数为β时，检测增益误差表达式为

当信号源输出信号幅值与变压器绕组变形测试仪激励信号幅值相同时，且要求变压器绕组变形测试仪的选频滤波系数为0.5时，变压器绕组变形测试仪选频滤波判定指标为△δ≤0.9691。

优选的，在步骤E中，当扫频增益小于等于标准规定值△δ时变压器绕组变形测试仪选频滤波性能符合要求。

优选的，所述V₁(t)的扫描频率为f₀小于等于600kHz。

本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：

本方法将频带衰减要求转换成增益要求，采用增益的绝对误差值来间接判定测试仪的选频滤波性能，利用测试仪的检测结果对选频滤波特性进行综合判定，无需拆卸测试仪内部的选频滤波器，符合现场 测试和校准，符合仪器的工作原理。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的系统的原理图。

图2为本试验数据绘制折线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本专利开展对变压器绕组变形测试仪的选频滤波性能测试研究，主要依据《DL/T911-2004电力变压器绕组变形的频率响应分析方法》及其2016修订版对性能指标的要求，提出了针对选频滤波试验性能指标的判定方法，并对主流厂家的变压器绕组变形测试仪选频滤波性能进行测试。通过开展四川电力生产单位变压器绕组变形测试仪器现场判定试验和性能评价工作，证实了提出的方法可靠、符合测试仪实际的工作情况。最后对提高测试仪的选频滤波性能提出了建议。

实施例

如图1所示一种判定变压器绕组变形测试仪选频滤波性能的系统，包括信号发生器、加法器和标准的衰减器；信号发生器输出已知频率和幅值的正弦干扰信号；加法器对处于单频点检测模式且猪肚固定频率正弦信号的测试仪的输出信号和信号发生器的输出信号进行 相加；衰减器对加法器的输出信号进行衰减，并将衰减信号发送给测试仪的响应信号检测端口。

还包括用于对信号发生器两个输入端的信号幅值和频率进行检测的示波器。

所述加法器的幅值运算线性度小于1％。

针对上述装置，其判定选频滤波性能的方法为：一种判定变压器绕组变形测试仪选频滤波性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、变压器绕组变形测试仪输出正弦信号V₁(t)，其扫描频率为f₀，幅值为A，相位为信号源输出正弦信号V₂(t)，其频率为kf₀，幅值为αA，相位为

B、对V₁(t)和V₂(t)进行同相比例相加得到V(t)；

C、对V(t)进行衰减操作并得到衰减后的信号V_δ(t)并将该信号发送给变压器绕组变形测试仪的响应信号检测端口；

D、变压器绕组变形测试仪输出信号为V_out(t)，并计算扫频增益；

E、将扫频增益与标准规定值△δ进行比较以判断变压器绕组变形测试仪选频滤波性能。

以一具体实施方式为例：

设变压器绕组变形测试仪输出正弦信号V₁(t)的频率为f₀，幅值为A，相位为信号源输出正弦信号V₂(t)作为干扰信号，频率为k倍信号V₁(t)的频率，即k f₀，幅值为α倍信号V₁(t)的幅值，即αA，相位设为则有式(1)：

加法器对V₁(t)和V₂(t)进行同相比例相加得到V(t)，设比例系数为1，经过加法器后的信号V(t)为：

V(t)＝V₁(t)+V₂(t)；

对V(t)进行衰减操作并得到衰减后的信号V_δ(t)并将该信号发送给变压器绕组变形测试仪的响应信号检测端口，设衰减器的衰减量为δdB，即信号幅值衰减输入信号的10^δ/20倍，则通过标准衰减器后的信号V_δ(t)为：

变压器绕组变形测试仪内部对输入信号在频率f₀处具有选频滤波功能，会对除f₀以外信号幅值衰减。变压器绕组变形测试仪响应信号检测端口的输入信号为V_δ(t)，设变压器绕组变形测试仪选频滤波器对频率为k倍f₀输入的干扰信号幅值衰减为β倍，则经过变压器绕组变形测试仪选频滤波后的信号V_out(t)为：

其中，φ₂为滤波器对干扰信号的移相角，测试仪计算扫频增益Am

其中V_out和V_in为正弦信号的均方根值：

将扫频增益Am与标准规定值△δ进行比较以判断变压器绕组变形测试仪选频滤波性能。

采用检测增益的绝对误差值判定，因此，判定指标与试验时标准衰减器具体值无关，在试验时无需选择特定的衰减器，但应知其衰减量。

根据标准对选频滤波性能的要求，其-6dB带宽应小于扫描频率的2％，即变压器绕组变形测试仪的选频滤波功能对检测到的位于输出正弦频率值±2％处的信号应至少衰减为该信号原幅值的二分之一。那么标准规定值理论为：

即

用绝对误差来表示选频滤波性能时，由于外接的标准衰减器衰减量δ已知，所以：

从上式可知，影响选频滤波性能指标的因素为外部干扰信号对激励信号的幅值倍数α和滤波器自身对干扰信号的衰减倍数β。根据要求，变压器绕组变形测试仪对检测到的位于(1±2％)倍输出正弦频 率值处的信号应至少衰减为该信号原幅值的二分之一，即β≤0.5，校验时设输入干扰信号的幅值与测试信号的相同，即α＝1，可以得出判定的指标为：

因此，在此种情况下选频滤波校准的指标为：

|△δ|≤0.9691dB。

下表给出了在α＝1条件下，不同选频滤波衰减指标下的校准理论要求。

为了对上述判定方法的正确性进行验证，选用目前国内各电力企业普遍配备的两种变压器绕组变形测试仪进行验证，按以下步骤进行试验：

1)变压器绕组变形测试仪设置为单频点扫描检测模式，扫描频率Fo分别设置为1kHz、10kHz、100kHz、500kHz、1000kHz；

2)数字示波器同时测量加法运算器两个输入端的信号幅度及频率；

3)信号发生器输出正弦信号，频率分别设置为0.98Fo和1.02Fo，设置输出幅值与变压器绕组变形测试仪输出正弦波信号幅值 相同；

4)加法器由宽带运算放大器搭建而成，幅值运算线性度宜优于1％，用于把变压器绕组变形测试仪和信号发生器输出的正弦波信号进行同相比例相加，比例系数取为1；

5)选择标准衰减器的衰减量为-20dB；

6)在变压器绕组变形测试仪以频率Fo进行单频点扫描检测过程中，分别记录施加频率为0.98Fo和1.02Fo正弦波信号时的扫频增益检测数据。

试验结果记录如表2所示，试验数据绘制折线图如图2所示。

图2表明了不同中心频率处外加干扰信号的检测增益值。可以看出，在低频段即1kHz～100kHz选频滤波性能最好，干扰信号对变压器绕组变形测试仪的增益检测影响最小；在中频段即100kHz～600kHz，干扰信号对变压器绕组变形测试仪增益检测精度的影响开始凸显，检测结果在一个较小范围内波动；在高频段即>600kHz，干扰信号对增 益检测精度的影响最大，出现最大0.6dB的检测误差，但是仍然满足<0.9691dB的选频滤波指标。因此，从表2和图2可以判定出，试验采用的两个变压器绕组变形测试仪选频滤波性能均符合《DL/T911-2004》的要求。

按照中心频率±2％的选频范围，随着频率增加，选频滤波的中心频率频带增大：扫频为1kHz时，选频带宽为0.98kHz～1.02kHz，测试结果受0.4kHz、较窄带宽的干扰信号影响；当扫频信号为1000kHz时，选频带宽为980kHz～1020kHz，测试结果受40kHz、较大带宽的干扰信号影响。因此，为提高变压器绕组变形测试仪选频滤波性能，模拟滤波时应在高频段设计具有较好滤波性能的滤波器，数字滤波时应提高高频段采样精度和增加采样点数。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。