繞組變形測試之頻率響應分析法

來源：揚州國浩電氣有限公司 2025年07月07日 07:34

概述

頻率響應分析法(Frequency Response Analysis Method)簡稱為FRA法。

頻率響應分析法是將一穩定的正弦電壓掃描信號施加到被試變壓器的一端，同時記錄該端和其它端點上的電壓幅值及相角，從而得到被試變壓器繞組的一組頻響特性，即H(jw)，則該頻響特性在變壓器繞組變形前后的變化反映出繞組變形的信息。

為了克服LVI方法的一些缺陷，1978年，加拿大的E.P.Dick和C.C.Erven提出了頻率響應分析法，并獲得了廣泛的應用。1990年以來國內一些單位開展了FRA法的研究，并取得了一定的成效。

變壓器繞組在當電壓頻率大于1kHz時可視為一個由電阻、電容和電感等分布參數構成的無源雙端口網絡，其特性可以用繞組頻譜描述，變壓器制成以后，其線圈和內部結構及繞組頻譜也隨之確定。繞組變形時，其電阻、電容和電感等分布參數隨之發生改變，對變形前后頻譜特征，如諧振數目、諧振頻率及幅值變化、繞組頻譜的相關性等進行定性、定量分析比較即可判斷變壓器變形的情況。

繞組變形的診斷方法有縱向比較法和橫向比較法。前者利用變壓器受沖擊后測得的各繞組頻譜與出廠投運前或沖擊前繞組頻譜進行比較。后者利用同一臺變壓器各側三相繞組進行比較，并參照同廠同型變壓器繞組頻譜特征進行判斷。

診斷原理

在小信號頻率響應分析法中，當變壓器繞組的電阻與測試回路的匹配電阻相比可以忽略不計時，電力變壓器繞組可以看作“純粹的L-C"二型網絡。如圖所示的變壓器繞組等效電路。

在正確的匹配輸入和輸出電阻的情況下，由這樣的L-C網絡的一端注入一定的電壓激勵，在繞組網絡的另一端就可以得到相應的響應。如果將電壓的輸入和輸出的量值比氣Vout(f)/Vin(f)作為對應電壓頻率的函數，得到該網絡的響應頻譜，即

在選定的頻率范圍內，響應幅度比值的變化在0.0001-1.3之間。為了進行量值分析，上式通常以對數的形式表示：

式中，K是對數函數的加權系數。

加權系數K的取值的大小，決定于同屏顯示和分析圖譜變化的最小分辨率的要求。

在小信號頻域的測試分析中，當響應幅度的分辨率優于1/10000時，且響應頻譜可以精確描述-80dB的量值時，加權系數K=20即可以滿足全頻域分析的需要。在確定測量頻率范圍時，考慮到工頻僅為50Hz，如果頻率設定為500kHz，則高于工頻約10000倍，對應的電抗和相應的變化可以充分滿足響應頻譜的分析要求。采用過高的頻率，在實測中因試驗回路中的能量和信號散失較大，對于繞組的變形分析并無助益。

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繞組變形測試之頻率響應分析法

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