CN102033189A

CN102033189A - 用激光传感器测量变压器类产品短路振动位移及形变的方法

Info

Publication number: CN102033189A
Application number: CN2009101876197A
Authority: CN
Inventors: 陈玉红; 李文海; 孟庆民
Original assignee: SHENYANG TRANSFORMER RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: SHENYANG TRANSFORMER RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明提供了一种用激光传感器测量变压器类产品短路振动位移及形变的方法，所要解决的问题是：采用的短路阻抗法测量变压器类产品短路振动位移及形变，灵敏度较低，仅在产品出现损坏形变较大时才能测到，且大容量变压器短路试验受设备容量限制无法进行。本发明的要点是：先制作被测线饼模型，再使用激光传感器测出线饼在水平方向上振动的位移所对应的电流量，输出给短路振动测量仪和微机，再现测量线饼振动波形，并取得波形上任意点振动的时间、幅度、频率、周期、形变等信息。本发明特别适合对大容量变压器的测量。

Description

用激光传感器测量变压器类产品短路振动位移及形变的方法

技术领域

本发明涉及一种测量变压器类产品短路振动位移及形变的方法，具体说是一种使用激光传感器直接测量变压器类产品短路振动位移及形变的方法。

背景技术

测量变压器类产品的短路振动位移及形变，可以检验和修正变压器的实用性及其工艺措施是否得当。目前我国短路试验能力仅限于电流小于10000A、电压等级220kV以下，采用短路阻抗法。该方法是一种间接测量法，通过测量产品在短路时电压电流波形变化情况来推断产品形变。它的灵敏度较低，仅在产品出现损坏形变较大时才能测到，对产品在刚性范围内，随着短路电流的变化，电磁力变化，对应的产品线圈位移和形变等无法考证。如能直接测得产品短路振动时线圈位移和形变可对产品材料、结构性能、机械强度等获得最直接可信的第一手资料，对产品设计和生产有重要的指导意义。由于存在以下原因使短路振动直接测量工作在变压器行业尚未实现：(1)变压器短路瞬间内部产生强大的电场和磁场，给测量系统带来强烈干扰，许多测量系统在强电磁干扰环境下无法工作；(2)一般传感器很难进入被测线圈的内部；(3)短路振动幅值跨度大，在刚性范围内幅度很小(微米级)，在形变之后幅度很大，要求测量的灵敏度很高；(4)要真实再现振动的每个细节，实时采集振动波形，就要求采样率高、并多路同步测量。多路测量的数据量很大，要实现快速大量数据流实时传输，对通讯的软件编程和硬件的配置协调要求高，加大了测量实现的难度；(5)对于多路测量的大量数据再处理工作量大，须转入数据库编程，用图象功能生成波形，编程处理工作复杂；(6)短路电流很大(几千安培乃至上万安培)，需要在0.2秒内完成，这种强电的暂态试验对供电系统是一个严峻的考验，该试验不能轻易做，使这种测量现场调试环境机会很少，难于把握；(7)为安全测量现场与测试仪器须进行远距离传输，测量线经过长距离后，在复杂的试验现场环境增加了爬电、电磁干扰的可能性，况且远距离测量传输对测量系统本身抗衰减和驱动能力要求提高了；(8)整个试验系统电回路复杂，有测量系统回路、保护系统回路、被试变压器或模型回路和试验供电回路，几组回路的接地处理，相互间冲击干扰，是测量系统组建的又一难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种使用激光传感器直接测量变压器类产品短路振动位移及形变的方法。

本发明的目的是这样实现的：

1、为解决一般传感器难以进入被测线圈的内部，制作被测模型，具体是，制作一段被测线饼，被测线饼的短路电流和由此产生的电动力、机械强度及绕组材质与被测变压器一致，在被测线饼的内圈设置铁筒，二者同心，在铁筒内设有十字支撑架支撑被测线饼和铁筒。被测模型短路瞬间振动的位移和形变能完全替代被测变压器；

2、由激光传感器、电流电压转换电路、数据采集卡和微机UBS端口串联组成短路振动测量系统；

3、至少四个激光传感器均匀放置在铁筒内圈同一圆周上，在铁筒上按上下设置窥视孔和探测孔，探测孔与激光传感器发射端水平，探测孔的大小以激光传感器接收端能收到反射光为限，窥视孔以人眼能观察到激光发射光打到线饼上为限。

4、激光传感器发出光打到被测量线饼的内径上，由于线饼内径的表面不光滑，按三角反射原理反射光回到传感器，传感器根据发射光和反射光形成的几何关系可求出线饼在水平方向上振动的位移所对应的电流量，输出给短路振动测量仪，对转换后的电压信号进行快速数据流采集和传递，传入微机中进行数据处理，再现测量线饼振动波形，并取得波形上任意点振动的时间、幅度、频率、周期、形变等信息。

与短路阻抗法相比，本发明以微米级高灵敏度，扑获到短路电流从额度的百分之十几逐步增大对应绕组振动的位移和形变，直接测出变压器模型短路振动特性；本发明还能描述产品短路从刚性到损坏全过程的变化，这对指导产品设计，了解产品材料、结构的机械性能有不可估量的意义；它还解决了大容量变压器因试验设备容量小无法做短路试验且长途运输困难的难题，为大容量产品短路下机械强度检验提供了一个新途径。

附图说明

下面结合附图进一步说明本发明。

图1是被测模型示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是被测模型和短路振动测量系统的框图。

图4是数据采集仪的电原理图。

图5是四路同时测量的波形图。

图6是AI1单显波形图。

图7是AI2单显波形图。

图8是形变取值波形图。

图9是各时刻线圈对应的形变示意图。

具体实施方式

首先，制作被测模型，参见图1和2，具体是，制作一段被测线饼1，被测线饼的短路电流和由此产生的电动力、机械强度及绕组材质与被测变压器一致，在被测线饼的内圈设置铁筒2，二者同心，在铁筒内设有十字支撑架3支撑被测线饼和铁筒。被测模型短路瞬间振动的位移和形变能完全替代被测变压器；

其次，参见图3和4，由四个并联的激光传感器4和电流电压转换电路、数据采集卡9215A芯片和微机UBS端口串联组成短路振动测量系统，其中每个电流电压转换电路是一个电阻R，该电阻串入激光传感器输出端并接地，电阻的电压输出端接9215A芯片输入端；

再次，四个激光传感器分别放置在由十字架分成的四个区域内、并与十字支撑架成45°的位置上，在铁筒上按上下设置窥视孔21和探测孔22，探测孔与激光传感器发射端水平，为保持二者水平，激光传感器放置在可调节高度的底座5上。探测孔的大小以激光传感器接收端能收到反射光为限，窥视孔以人眼能观察到激光发射光打到线饼上为限。

最后，激光传感器发出光打到被测量线饼的内径上，由于线饼内径的表面不光滑，按三角反射原理反射光回到传感器，传感器根据发射光和反射光形成的几何关系可求出线饼在水平方向上振动的位移所对应的电流量，输出给短路振动测量仪，对转换后的电压信号进行快速数据流采集和传递，传入微机中进行数据处理，再现测量线饼振动波形，并取得波形上任意点振动的时间、幅度、频率、周期、形变等信息。

从图5-7知，振动周期为50hz，100hz，时间分辨率为0.001s，幅度可测0.01mm信号，测量实现四路同步快速波形实时抓拍，试验进行了五次，测量的最大最小值等信息，见表1。第一次对应的短路电流为2001A，第二次对应的短路电流为2012A，第三次对应的短路电流为2020A，第四次对应的短路电流为4089A，第五次对应的短路电流为3985A。

表1.短路振动位移波峰及波谷最大值数据

表1中线饼上测量点向线饼圆心移动为负值。反之为正值，

该系统测量得到的短路振动形变波形如图8所示，仅取第四次为例(该组测量数据对应的短路电流4089A)。

游标的竖直线可将四组短路振动波形中同一时刻振动位置坐标取出，随着游标移动到不同时刻，可以得到任意时刻绕组测量点的位置，也既得到了线圈形变情况。图9展示了振动线圈在振动六个时刻四个测量点位置构成的形状图。该图中线饼振动的位移较实际线圈尺寸相对放大了1760倍。

图9中，11号曲线为线饼四个测量点在短路振动中8.993s时刻的位置，12号曲线为线饼四个测量点8.998s时刻的位置，13号曲线为线饼四个测量点8.998s时刻的位置，14号曲线为线饼四个测量点9.009s时刻的位置，15号曲线为线饼四个测量点9.014s时刻的位置，16号曲线为线饼四个测量点9.020s时刻的位置，17号曲线为线饼四个测量点在短路振动之前的位置。图中十字线与个曲线交点为各时刻线饼振动的位置。

从图中可知通过测量波形可知在任意时刻线圈测量点位置，可知在不同电动力作用下线圈形变，从而找到线圈失稳临界点。两组形变数据见表2a和2b.

表2a：4089A短路电流形变数据

表2b：2020A短路电流形变数据

表2中时间单位为s，电压单位为V，位移单位为mm。

Claims

1.一种用激光传感器测量变压器类产品短路振动位移及形变的方法，其特征是：

(1)制作被测模型，具体是，制作一段被测线饼，被测线饼的短路电流和由此产生的电动力、机械强度及绕组材质与被测变压器一致，在被测线饼的内圈设置铁筒，二者同心，在铁筒内设有十字支撑架支撑被测线饼和铁筒。被测模型短路瞬间振动的位移和形变能完全替代被测变压器；

(2)由激光传感器、电流电压转换电路、数据采集卡和微机UBS端口串联组成短路振动测量系统；

(3)至少四个激光传感器均匀放置在铁筒内圈同一圆周上，在铁筒上按上下设置窥视孔和探测孔，探测孔与激光传感器发射端水平，探测孔的大小以激光传感器接收端能收到反射光为限，窥视孔以人眼能观察到激光发射光打到线饼上为限。

(4)激光传感器发出光打到被测量线饼的内径上，传感器根据发射光和反射光形成的几何关系可求出线饼在水平方向上振动的位移所对应的电流量，输出给短路振动测量仪，对转换后的电压信号进行快速数据流采集和传递，传入微机中进行数据处理，再现测量线饼振动波形，并取得波形上任意点振动的时间、幅度、频率、周期、形变信息。

2.按照权利要求1所述的用激光传感器测量变压器类产品短路振动位移及形变的方法，其特征是：在步骤(3)中所说的激光传感器为四个激光传感器，分别放置在由十字架分成的四个区域内、并与十字架成45°的位置上，激光传感器放置在可调节高度的底座上。