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  電力變壓器繞組參數頻率響應計算分析

摘要:本文是用電力變壓器的三維模型來分析其中磁場分布和繞組參數.所用的變壓器是幾百千伏安到幾百兆伏安大容量變壓器的典型代表.本文所采用的模型旨在分析變壓器分層鐵心的頻響特性及鐵芯片層中的渦流特性.為了了解盡可能大的頻率范圍內繞組參數和電磁場特性,我們的仿真是在10Hz~10MHz頻率范圍內進行的.仿真結果反駁了"在1kHz以下,1MHz以上頻率范圍內,鐵心不影響繞組參數的變化"的論斷.

頻響分析(簡稱FRA)是一種通過分析系統頻率響應來分析系統特征個方法.在近幾十年中這種方法在變壓器分析研究中已漸漸成為一種重要的方法.FRA已成功地應用于變壓器繞組,核心,鐵軛等結構的機械故障中.如今,無論在室內還是在野外,這種技術都得到了廣泛的應用.

系統的頻率響應主要研究頻率對系統輸入輸出關系的影響.在線性系統中,系統的傳輸函數與輸入信號無關,而只取決于系統的參數.而變壓器通常是一個非線性系統,其等效電路圖是一個有電阻,電感,電容,及高低壓繞組建電導組成的復雜網絡.因此,變壓器的頻率響應還取決于系統串并聯回路參數的配合.

用于目的的頻響分析研究的主要參數有:繞組的開路短路阻抗,轉移阻抗,一次二次電壓端口的傳輸比測量這些參數時,變壓器通常可以當作一個未知網絡來處理,從數據結果中分析可能的故障.通過計算機仿真結果與實驗數據結果作比較就可以獲得得更細致的相關信息.

對電力變壓器高頻率特性的建模已經研究好多年了,變壓器高頻模型一般等效為集總電路來處理,這樣一來,繞組,鐵心,鐵軛等部件都可以等效為相應的電參量R,L,C等.這些電參量可以通過測試來確定,也可以用一些已知的計算公式求得.模型參數的選擇應以理想狀態下能最方針為前提.關于鐵心對計算仿真中的電感值是否有影響這一問題已經討論了很長一段時間了,因為在高頻下,穿過鐵心的磁通量的確是減小了.然而研究卻表明,即使當頻率超過100kHz時,鐵心效應依然是極為重要的.這一點卻常被人們所忽視.最近一項研究也討論了電力變壓器的高頻模型下對鐵心準確描述的重要性.因此對鐵心效應的討論依然需要更進一步研究.值得一提的是,高頻下,繞組參數的試驗測定是一項相當復雜的工作.例如在繞組LC諧振頻率附近測量其電感幾乎是不可能的.這時,計算機仿真無疑是一種行之有效的解決方法.