基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法。本方法首先將單個(gè)頻率正弦激勵(lì)信號ui(t)疊加，以此得到其混合頻率激勵(lì)信號up(t)，然后將up(t)激勵(lì)加入待測變壓器，通過示波器采集四分之一周期的變壓器的電流響應(yīng)，通過正弦擬合得到響應(yīng)電流數(shù)值表達(dá)式ip(t)，然后通過正弦分解ip(t)得到單個(gè)頻率正弦激勵(lì)信號ui(t)的電流響應(yīng)ii(t)，最后將ui(t)，ii(t)代入油隙的復(fù)電容計(jì)算模型得到油隙的復(fù)電容，該方法在準(zhǔn)確得到油隙復(fù)電容的基礎(chǔ)上，利用正弦擬合的方法解決了傳統(tǒng)測試方法離線測試時(shí)間長的問題，減少測試時(shí)間90％以上，提高頻域介電響應(yīng)法在實(shí)際工程中的應(yīng)用效率。
【專利說明】
基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于變壓器絕緣狀態(tài)檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于正弦擬合的低頻混合激 勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油浸式變壓器是電力系統(tǒng)中的核心設(shè)備，油紙絕緣狀態(tài)是決定油浸式變壓器絕緣 壽命的重要因素之一，頻域介電響應(yīng)法是能夠有效診斷油紙絕緣水分含量及其老化狀態(tài)的 公認(rèn)方法之一。油浸式變壓器油紙絕緣系統(tǒng)由油隙、紙筒壓板與撐條等構(gòu)成，油隙是油紙絕 緣系統(tǒng)的重要組成部分。油紙絕緣系統(tǒng)進(jìn)行頻域介電響應(yīng)測試時(shí)，外施正弦激勵(lì)電壓由高 頻到低頻進(jìn)行逐頻掃描測試，低頻測試的時(shí)候，油隙的介電響應(yīng)特性是決定油紙絕緣系統(tǒng) 整體介電特性的主要因素之一。
[0003] 現(xiàn)場進(jìn)行變壓器頻域介電響應(yīng)測試時(shí)，由于溫度的影響，傳統(tǒng)的測試方法需將變 壓器離線并待其內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度平衡后再進(jìn)行測試，且目前測試一般采用傅里葉變換 去計(jì)算介電譜需要對每個(gè)單一頻譜測試一個(gè)完整周期，頻域介電響應(yīng)測試頻率越低所需測 試時(shí)間越長，一般測試由1 κ Η Z逐頻掃描至1 m Η Z需要4 0 m i η，而僅僅1 m Η Z頻率的測試就需 15min，對于特殊工況，如牽引變壓器檢修時(shí)間(開天窗)僅為2個(gè)小時(shí)左右，則此時(shí)變壓器檢 修時(shí)間不足以完成變壓器離線冷卻與頻域介電響應(yīng)測試兩個(gè)環(huán)節(jié)，即便激勵(lì)為混合頻率的 正弦電壓信號，采用傳統(tǒng)傅里葉變換去計(jì)算介電頻譜測試時(shí)間達(dá)到15min，也難以滿足變壓 器離線冷卻與頻域介電響應(yīng)測試兩個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響了頻域介電響應(yīng)法在實(shí)際工程中的應(yīng) 用效率，因此急需一種方法能夠在準(zhǔn)確得到變壓器油紙絕緣系統(tǒng)復(fù)電容頻域譜的基礎(chǔ)上， 可以減少變壓器油紙絕緣系統(tǒng)復(fù)電容測試時(shí)間，提高頻域介電響應(yīng)法在實(shí)際工程中的應(yīng)用 效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了能夠準(zhǔn)確得到變壓器油紙絕緣系統(tǒng)復(fù)電容頻域譜，減少變壓器油紙絕緣系統(tǒng) 復(fù)電容測試時(shí)間，提高頻域介電響應(yīng)法在實(shí)際工程中的應(yīng)用效率，本發(fā)明提供了一種基于 正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法。
[0005] 基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法，其特征在于包含以下 步驟：
[0006] 1.1單個(gè)頻率正弦激勵(lì)信號m(t)疊加，得到其混合頻率激勵(lì)信號uP(t);
[0007] 1.2混合頻率激勵(lì)信號uP(t)加入油隙測試系統(tǒng)的電壓電極；
[0008] 1.3示波器采集油隙測試系統(tǒng)測量電極的四分之一信號周期的響應(yīng)電流數(shù)據(jù)點(diǎn)；
[0009] 1.4電流數(shù)據(jù)點(diǎn)正弦擬合得到響應(yīng)電流表達(dá)式ip(t);
[0010] 1.5響應(yīng)電流信號表達(dá)式iP⑴正弦分解，得到單個(gè)頻率正弦激勵(lì)信號Ul(t)的響應(yīng) ii(t)；
[0011] 1.6步驟1.1和1.5中的數(shù)據(jù)代入低頻正弦激勵(lì)下油隙復(fù)電容計(jì)算模型，得到低頻 正弦激勵(lì)下油隙復(fù)電容。
[0012] 所述的混合頻率激勵(lì)信號m(t)，uP(t)，其特征表達(dá)式為：
[0013] 、 卜冬
[0014] 式中，U為參考信號的幅值，其中參考信號指的是所有信號中周期最大的信號，z表 示正弦激勵(lì)信號的個(gè)數(shù)，z的值取決于激勵(lì)源的最大幅值和示波器采集的響應(yīng)電流信號精 度，fi表示低頻正弦信號m(t)的頻率，lu為正弦信號與參考信號的比值；
[0015] 這種基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法的測試時(shí)間主要 由混頻信號uP(t)的周期T P決定，為提高測試的速度，混頻信號的周期TP須小于每個(gè)單一頻 率信號周期之和，由數(shù)學(xué)推理知混頻信號周期是每個(gè)正弦信號周期1\的最小公倍數(shù)， 即：
[0016] Τρ = ΙΧΜ{Τι，Τ2，···，Τζ} (2)
[0017] 式中LCM{…}為取各項(xiàng)的最小公倍數(shù)，為使ΤΡ最小，制定如下規(guī)則:選擇周期最大 即頻率最小的正弦激勵(lì)信號為參考信號，參考信號的頻率^ = = 其余正弦激勵(lì)信號 頻率應(yīng)滿足：
[0018] fi = ki · fo(kieN+nki = l) (3)
[0019] 式中正弦信號的最小公倍數(shù)等于參考信號的周期，此時(shí)
[0020] 由于變壓器油隙在頻域介電響應(yīng)測試過程中具有電容性，結(jié)合傳統(tǒng)測試方法測量 變壓器油隙頻域介電響應(yīng)的數(shù)據(jù)，其在低頻正弦激勵(lì)電壓下的電流響應(yīng)與頻率近似成反 比，為最小化變壓器電容性的影響，提高擬合精度，輸入的混頻信號的幅值與頻率成反比；
[0021] 所述的示波器采集四分之一信號周期的響應(yīng)電流信號，主要是實(shí)際測試發(fā)現(xiàn)，在 滿足測試精度的前提下，測試四分之一周期時(shí)間最少。
[0022] 所述的示波器采集的電流信號正弦擬合得到響應(yīng)電流表達(dá)式iP(t)和對iP⑴進(jìn)行 正弦分解得到iKt)，其表達(dá)式為：
[0023]
[0024] 式中，表示響應(yīng)信號h(t)的幅值，f為流過油隙的電流h(t)與低頻正弦激勵(lì)m (t)間的相位角；；
[0025]所述的低頻正弦激勵(lì)下油隙復(fù)電容計(jì)算模型表達(dá)式為：
[0026]
[0027] 式中，為油隙復(fù)阻抗，(^為復(fù)電容，C'為復(fù)電容實(shí)部，C"為復(fù)電容虛部，U為輸入正 弦激勵(lì)電壓的幅值，I為響應(yīng)電流的幅值，ω為輸入正弦激勵(lì)電壓的角頻率，f為流過油隙 的電流ii (t)與低頻正弦激勵(lì)m (t)間的相位角；
[0028] 本發(fā)明能夠在準(zhǔn)確地計(jì)算得到變壓器油紙絕緣系統(tǒng)復(fù)電容頻域譜的基礎(chǔ)上減少 測量時(shí)間90%以上。
【附圖說明】
[0029] 圖1基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法流程圖。
[0030] 圖2,圖3基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法示例。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0032] 圖1所示為基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法流程圖。從 圖中可以看出基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法流程圖主要包括 以下步驟：
[0033] 1.1單個(gè)頻率正弦激勵(lì)信號m(t)疊加，得到其混合頻率激勵(lì)信號uP(t);
[0034] 1.2混合頻率激勵(lì)信號uP(t)加入油隙測試系統(tǒng)的電壓電極；
[0035] 1.3示波器采集油隙測試系統(tǒng)測量電極的四分之一信號周期的響應(yīng)電流數(shù)據(jù)點(diǎn)；
[0036] 1.4電流數(shù)據(jù)點(diǎn)正弦擬合得到響應(yīng)電流表達(dá)式iP(t);
[0037] 1.5響應(yīng)電流信號表達(dá)式iP(t)正弦分解，得到單個(gè)頻率正弦激勵(lì)信號m(t)的響應(yīng) ii(t)；
[0038] 1.6步驟1.1和1.5中的數(shù)據(jù)代入低頻正弦激勵(lì)下油隙復(fù)電容計(jì)算模型，得到低頻 正弦激勵(lì)下油隙復(fù)電容。
[0039] 圖2和圖3所示為基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法示例。 由圖2和圖3可知采用本發(fā)明測得的低頻激勵(lì)下油隙復(fù)電容能較好的與商用儀器IDAX300穩(wěn) 合，誤差在5%內(nèi)，在可接受的范圍內(nèi)，說明本發(fā)明能夠在準(zhǔn)確測得變壓器油紙絕緣系統(tǒng)頻 復(fù)電容頻域譜的基礎(chǔ)上，利用正弦擬合的方法解決了傳統(tǒng)測試方法測試時(shí)間長的問題；由 圖2和圖3可知，若采用傳統(tǒng)方法測試，其測試時(shí)間達(dá)到35min，由于測試時(shí)間長，受溫度的影 響大，離線測試需在變壓器油溫與環(huán)境溫度一致時(shí)才能測試，無法滿足牽引變壓器離線測 試的需要;采用本發(fā)明公開的基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法其 測試時(shí)間不到4min，由于測試時(shí)間短，受溫度的影響小，其在牽引變壓器離線測試時(shí)可直接 測試，減少測試時(shí)間90%以上，提高頻域介電響應(yīng)法在實(shí)際工程中的應(yīng)用效率。
[0040] 本案例在實(shí)施過程中，編輯混頻激勵(lì)電壓信號表達(dá)式為：
[0041]
[0042] 正弦擬合得到的混頻響應(yīng)響應(yīng)電流表達(dá)式為：
[0043]
[0044] 將表達(dá)式(6)，（7)對應(yīng)頻率的電壓激勵(lì)與電流響應(yīng)代入油隙復(fù)電容計(jì)算模型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法，利用正弦擬合縮短 離線測試時(shí)間，W提高頻域介電響應(yīng)法在實(shí)際工程中的應(yīng)用效率，包含W下步驟： 1.1單個(gè)頻率正弦激勵(lì)信號Ui(t)疊加，得到其混合頻率激勵(lì)信號Up(t); 1.2混合頻率激勵(lì)信號up(t)加入油隙測試系統(tǒng)的電壓電極； 1.3示波器采集油隙測試系統(tǒng)測量電極的四分之一信號周期的響應(yīng)電流數(shù)據(jù)點(diǎn)； 1.4電流數(shù)據(jù)點(diǎn)正弦擬合得到響應(yīng)電流表達(dá)式ip(t); 1.5響應(yīng)電流信號表達(dá)式ip(t)正弦分解，得到單個(gè)頻率正弦激勵(lì)信號m(t)的響應(yīng)ii (t); 1.6將步驟1.1和1.5中的數(shù)據(jù)代入低頻正弦激勵(lì)下油隙復(fù)電容計(jì)算模型，得到低頻正 弦激勵(lì)下油隙復(fù)電容。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法， 其特征在于，混合頻率激勵(lì)信號m (t)，Up (t)表達(dá)式為：式中，U為參考信號的幅值，其中參考信號指的是所有信號中周期最大的信號，z表示正 弦激勵(lì)信號的個(gè)數(shù)，Z的值取決于激勵(lì)源的最大幅值和示波器采集的響應(yīng)電流信號精度，fi 表示低頻正弦信號m(t)的頻率，ki為正弦信號與參考信號的比值； 選擇周期最大即頻率最小的正弦激勵(lì)信號為參考信號，參考信號的頻率fi = f〇，ki=l， 其余正弦激勵(lì)信號頻率應(yīng)滿足： fi = ki · f〇(kieN+nki = l) (3) 式中護(hù)為自然數(shù)，正弦信號的最小公倍數(shù)等于參考信號的周期，此時(shí)有Τρ = Τι。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法， 其特征在于，響應(yīng)電流信號表達(dá)式ip(t)和正弦分解后的信號表達(dá)式ii(t)為：式中，Ii表示響應(yīng)信號ii(t)的幅值，《>為流過油隙的電流ii(t)與低頻正弦激勵(lì)m(t)間 的相位角。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正弦擬合的低頻混合激勵(lì)下油隙復(fù)電容加速測試方法， 其特征在于，低頻正弦激勵(lì)下油隙復(fù)電容計(jì)算模型表達(dá)式為：式中，Re(L)為取數(shù)值實(shí)部，Im(L)為取數(shù)值虛部，Z^3油隙復(fù)阻抗，復(fù)電容，C'為復(fù) 電容實(shí)部，C"為復(fù)電容虛部，U為輸入正弦激勵(lì)電壓的幅值，I為響應(yīng)電流的幅值，ω為輸入 正弦激勵(lì)電壓的角頻率，巧力流過油隙的電流ii(t)與低頻正弦激勵(lì)ui(t)間的相位角。
【文檔編號】G01R27/26GK105974278SQ201610261395
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】劉棟財(cái), 周利軍, 王東陽, 仇祺沛, 張樂樂, 何智杰, 江俊飛, 陳穎
【申請人】西南交通大學(xué)