[发明专利]基于工频过零点的变压器频响信号检测方法

说明书

本发明提供一种基于工频过零点的变压器频响信号检测方法。该检测方法中采用线圈式电流传感器套在变压器高压套管根部，检测套管内高压导杆上的高频频响电流信号。将大功率稳压二极管与线圈的积分电阻并联，将电流传感器的输出电压信号限制在线圈磁芯饱和之前的线性范围之内，然后利用滤波算法提取叠加在工频干扰上的高频信号；最后提取高频信号的最大值作为最终检测结果。

技术领域

本发明属于变压器绕组变形在线检测领域，具体是指一种可以在变压器绕组变形在线监测试验过程中有效抵抗工频电流引起的电流传感器磁芯饱和问题、实现微弱高频电流响应信号测量的检测方法。

背景技术

变压器绕组是变压器中最常发生故障的部分，近年来的绕组变形事故已经成为变压器的最主要故障类型。传统的绕组变形离线检测方法因为必须停电并解开高压引线，己经不能满足现在电网对于安全可靠性的需求，在线监测势在必行。目前变压器绕组变形在线监测遇到的重要问题之一是如何向在线变压器注入激励信号,并获取响应信号。近些年提出的利用大直径电流传感器通过电磁耦合的方式来解决此问题具有一定的可行性。图1为利用电磁耦合的方式从变压器中性点注入高频激励信号并在套管根部测量响应电流信号的示意图，大直径电流传感器套在变压器A相套管上对A相电流信号进行测量。在这种情况下，变压器A相绕组中的工频大电流的幅值远远大于被测的高频信号，使得电流传感器中的磁芯发生饱和，失去测量高频信号的能力。

常规设计的线圈型电流传感器，由线圈和积分阻抗组成。线圈往往带有磁芯和金属屏蔽外壳。其金属屏蔽外壳能够屏蔽外来的电磁干扰，但是屏蔽不了被测导体上的干扰电流。积分阻抗通常有两种，第一种积分阻抗是由电阻和电容并联而成，与线圈的电感形成谐振，所构造出的电流传感器是一种窄带传感器，它的测量频带就是上述电容和电感的谐振频率；第二种积分阻抗就是一个电阻，所构造出的电流传感器是一种宽带传感器，常用来测量高频电流信号。

由积分电阻和线圈组成的高频电流互感器，其结构如图2所示，等效电路如图3所示，其中L为线圈的自感；R为积分电阻；M为线圈与导体之间的互感；i₁(t)为被测电流；i₂(t)为线圈中的电流；u₁(t)为感应电势；电压u₂(t)为电流传感器输出电压。等效电路的电路方程如下：

电流传感器的传递函数H(S)为：

其中U₂(S)为电压u₂(t)的拉普拉斯变换，I₁(S)为i₁(t)的拉普拉斯变换。

在正弦稳态信号下，有：

其中ω＝2πf，f为正弦电流的频率，U₂为电压u₂(t)的幅值，I₁为i₁(t)的幅值。

进而，该电流传感器的测量频带的下限频率为：

可见，当被测电流的频率远低于电流传感器的低频截止频率时，电流传感器的幅频特性简化为：

|H(jω)|＝ωM (5)

此时，电流传感器的输出信号幅值与信号的频率成正比，是一个线性关系。

假设磁芯的饱和磁感应强度为B₀，则在工频大电流作用下磁芯的磁感应强度达到B₀时，积分电阻R上的工频电压峰值U_Z为：

式中r为磁芯的内半径。