CN102707147A - 一种基于扫频法的大型电力设备阻抗特性的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于扫频法的大型电力设备阻抗特性测试方法，属于电力设备测量技术领域。本方法适用于大型电力设备的阻抗测试，通过测量信号源内阻与被测设备的分压比，以获得外电路的阻抗特性，具有频带较宽，精度较高，所受干扰小等特点。本方法的测量过程包含设备连接、电缆参数标定、阻抗测量和后处理计算等四个步骤；测量考虑了仪器内阻和电缆阻抗，通过波过程理论，从测量阻抗反推出受试设备特征阻抗；测量***包括阻抗分析仪、测量工具包和同轴电缆等。本发明方法降低了测试干扰和引入的误差，提高了阻抗的测量精度。

Description

一种基于扫频法的大型电力设备阻抗特性的测试方法

技术领域

本发明涉及一种基于扫频法的大型电力设备阻抗特性的测试方法，属于电力设备测量技术领域。

背景技术

在电力***中，除了发电机外，电力变压器、高压电抗器、高压电容器等无源设备，均可用设备端口的阻抗值等效表示。阻抗特性不仅是电力设备本身重要的固有参数，也是电力***分析中建立设备模型的基础。电力设备阻抗特性的准确测量对于电力***的仿真分析、电磁暂态暂态计算、故障复现、设计评估等工作和研究具有重要的意义。

目前对于小型设备阻抗特性的测量，已有比较成熟的方法，可以通过阻抗测量仪直接连接并进行测量。而对超、特高压***中的大型电力设备，如变压器、电抗器等的阻抗特性，由于其结构的特殊性，目前缺乏固定的测试设备和实用的测量方法。首先，大型电力设备体积庞大（长、宽、高达几十米量级），待测高压端与低压端距离较远，设备端口无法直接与阻抗测量仪的测试端连接；其次，测量过程中，由于高频下存在杂散参数，连接线的引入和自身参数的变化都会对测量结果造成一定的影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于扫频法的大型电力设备阻抗的测试方法，以克服已有技术上的上述缺陷，用带屏蔽层的同轴电缆连接受试设备端口和阻抗测量仪，通过测量信号源内阻与被测设备的分压比，以获得大型电力设备的阻抗特性。

本发明提出的基于扫频法的大型电力设备阻抗的测试方法，包括以下各步骤：

（1）使被测大型电力设备、连接电缆、测量附件、阻抗测量仪和计算机根据测量位置依次摆放；

（2）使连接电缆的终端分别短接和开路，在连接电缆的首端用阻抗测量仪分别测量连接电缆的短路阻抗Zcs和开路导纳Yco，根据短路阻抗Zcs和开路导纳Yco，计算电缆衰减常数γ和电缆自然阻抗Zc：

（3）使被测大型电力设备的高压端和低压端通过所述的连接电缆与所述的测量附件连接，并使连接接口处通过金属胶带和金属棉填充固定；使测量附件通过连接电缆与所述的阻抗测量仪连接；使阻抗测量仪与所述的计算机通过信号线连接；

（4）计算机根据阻抗测量仪的当前读数Z_R与被测大型电力设备阻抗Z_t存在的以下关系，计算得到被测电力设备的阻抗Zt：

$Z_R=Z_c\left(\frac{1+{\mathrm{\ρ}}_2{e}^{-2\mathrm{\γL}}}{1-{\mathrm{\ρ}}_1{e}^{-2\mathrm{\γL}}}\right)$

${\mathrm{\ρ}}_1=\frac{Z_{\mathrm{in}}-Z_c}{Z_{\mathrm{in}}+Z_c},$ ${\mathrm{\ρ}}_2=\frac{Z_t-Z_c}{Z_t+Z_c},$

其中，Z_in为阻抗测量仪的内阻抗，L为电缆长度电缆阻抗。

本发明提出的基于扫频法的大型电力设备阻抗的测试方法，其优点是本测量方法适用于大型电力设备的阻抗测试，具有频带较宽，精度较高，所受干扰小等特点。测量基于扫频法，充分利用大型电力设备直流阻抗低的特点，提高测量频率范围和信号强度，在频率较高的频率范围内，可以用较小的正弦信号产生较大的输出响应，以获得理想的测量精度。其次，本方法将连接线的高频杂散参数，通过对固定测量位置的连接电缆参数的测量和标定予以考虑；同时，本方法考虑了设备内阻、连接电缆阻抗和被测设备阻抗直接的关系，通过数据计算，使测量结果更加精确。

附图说明

图1是本发明方法的原理图。其中A为阻抗分析仪，B为连接电缆。Vs、Zin为测量设备的等效电源和内阻，Zc为电缆的自然阻抗，Z_R为测量阻抗，Zt为被测电力设备的阻抗。

图2是使用本发明方法的设备连接图。

图2中，1为连接电缆，2为被测大型电力设备，3为连接电缆，4为测量附件，5为阻抗测量仪，6为计算机。

具体实施方式

本发明提出的基于扫频法的大型电力设备阻抗的测试方法，其原理图如图1所示，包括以下各步骤：

（1）使被测大型电力设备2、连接电缆1和3、测量附件4、阻抗测量仪5和计算机6根据测量位置依次摆放；

（2）使连接电缆1的终端分别短接和开路，在连接电缆1的首端用阻抗测量仪5分别测量连接电缆1的短路阻抗Zcs和开路导纳Yco，根据短路阻抗Zcs和开路导纳Yco，计算电缆衰减常数γ和电缆自然阻抗Zc：

（3）使被测大型电力设备2的高压端和低压端与所述的连接电缆1和3连接，并使连接接口处通过金属胶带和金属棉填充固定，同时电缆另一端与所述的测量附件4连接，；使测量附件4通过连接电缆1与阻抗测量仪5连接；使阻抗测量仪5与所述的计算机6通过信号线连接，如图2所示，其中的测量附件与阻抗分析仪相互配套；

（4）计算机6根据阻抗测量仪的当前读数Z_R与被测大型电力设备阻抗Z_t存在的以下关系，计算得到被测电力设备的阻抗Zt：

$Z_R=Z_c\left(\frac{1+{\mathrm{\ρ}}_2{e}^{-2\mathrm{\γL}}}{1-{\mathrm{\ρ}}_1{e}^{-2\mathrm{\γL}}}\right)$

${\mathrm{\ρ}}_1=\frac{Z_{\mathrm{in}}-Z_c}{Z_{\mathrm{in}}+Z_c},$ ${\mathrm{\ρ}}_2=\frac{Z_t-Z_c}{Z_t+Z_c},$

其中，Z_in为阻抗测量仪的内阻抗，L为电缆长度电缆阻抗。

以下详细介绍本发明方法工作原理：

整个测量方法分为如下四步：

第1步：连接电缆参数标定

由于本测量方法测将电缆的阻抗考虑在测量***内，测得的阻抗值包含电缆阻抗和受试设备阻抗，因此电缆参数对测试结果有较大影响；同时高频下的杂散参数又会改变连接电缆本身的阻抗特性，这些因素都会影响测量结果，在测量前后对电缆阻抗进行测量标定，可以有效降低引入误差。

需对连接电缆需进行标定的参数包括：短路阻抗Zcs，开路导纳Yco，和电缆长度L。首先将电缆按照测量要求的位置固定，保证其对外部的杂散参数与第2、3步测量时维持不变，分别对电缆的终端进行短接和开路，在首端用阻抗测量仪测量器阻抗特性，测得的结果即为其短路阻抗Zcs和开路导纳Yco。测量结果将为步骤3中的处理计算提供参数依据。

第2步：测量设备连接

电缆一端接在受试设备高压端，同时接地线与设备外壳相连，测试信号通过测量附件、阻抗测量仪最后连接到计算机终端；连接接口处通过金属胶带和金属棉填充固定。整个受试设备和测量***连接图如图2所示。

第3步：设备阻抗特性测试

利用阻抗测量仪，测得连接电缆与受试设备的合成阻抗测量Z_R，记录数据以供后处理。

第4步：数据后处理

测量等效电路及原理如图1所示，阻抗测量结果为Z_R，可用如下公式计算它与被测阻抗、电缆阻抗和设备内阻抗间的关系：

$Z_R=Z_c\left(\frac{1+{\mathrm{\ρ}}_2{e}^{-2\mathrm{\γL}}}{1-{\mathrm{\ρ}}_1{e}^{-2\mathrm{\γL}}}\right)---\left(1\right)$

${\mathrm{\ρ}}_1=\frac{Z_{\mathrm{in}}-Z_c}{Z_{\mathrm{in}}+Z_c},$ ${\mathrm{\ρ}}_2=\frac{Z_t-Z_c}{Z_t+Z_c}---\left(2\right)$

$\mathrm{\γ}=\sqrt{Z_{\mathrm{cs}}\·Y_{\mathrm{co}}},$ $Z_c=\sqrt{Z_{\mathrm{cs}}/Y_{\mathrm{co}}}---\left(3\right)$

其中，Zcs、Yco分别为步骤2中标定得到的电缆短路阻抗电缆和开路导纳，为据此计算得到电缆的自然阻抗Zc，和电缆衰减常数γ，L为电缆长度。

通过以公式（1）—（3），对测量结果进行校正，可获得被测电力设备的阻抗Zt。

本方法的一个实施例中，采用的测量仪器及主要参数如表1所示。

表一测量仪器参数

Claims (1)

1.一种基于扫频法的大型电力设备阻抗的测试方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：

（1）使被测大型电力设备、连接电缆、测量附件、阻抗测量仪和计算机根据测量位置依次摆放；

（2）使连接电缆的终端分别短接和开路，在连接电缆的首端用阻抗测量仪分别测量连接电缆的短路阻抗Zcs和开路导纳Yco，根据短路阻抗Zcs和开路导纳Yco，计算电缆衰减常数γ和电缆自然阻抗Zc：

（3）使被测大型电力设备的高压端和低压端通过所述的连接电缆与所述的测量附件连接；使测量附件通过连接电缆与所述的阻抗测量仪连接；使阻抗测量仪与所述的计算机通过信号线连接；

（4）计算机根据阻抗测量仪的当前读数Z_R与被测大型电力设备阻抗Z_t存在的以下关系，计算得到被测电力设备的阻抗Zt：

$Z_R=Z_c\left(\frac{1+{\mathrm{\ρ}}_2{e}^{-2\mathrm{\γL}}}{1-{\mathrm{\ρ}}_1{e}^{-2\mathrm{\γL}}}\right)$

${\mathrm{\ρ}}_1=\frac{Z_{\mathrm{in}}-Z_c}{Z_{\mathrm{in}}+Z_c},$ ${\mathrm{\ρ}}_2=\frac{Z_t-Z_c}{Z_t+Z_c},$

其中，Z_in为阻抗测量仪的内阻抗，L为电缆长度电缆阻抗。

Images