CN103323722B - 一种变压器的直流偏磁故障模拟结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器的直流偏磁故障模拟结构,包括三柱式变压器铁心、平滑可调的直流电流源、第一直流偏磁线圈和第二直流偏磁线圈，三柱式变压器铁心的左下铁轭上绕制第一直流偏磁线圈，三柱式变压器铁心的右下铁轭上绕制第二直流偏磁线圈，第一直流偏磁线圈的一端与第二直流偏磁线圈的一端串联，第一直流偏磁线圈的另一端连接第一引出导线，第二直流偏磁线圈的另一端连接第二引出导线，第一引出导线和第二引出导线均接入平滑可调的直流电流源，第一直流偏磁线圈在左下铁轭上的绕制方向与第二直流偏磁线圈在右下铁轭上的绕制方向相同。本发明能准确模拟出多种工况下的直流偏磁故障，有利于完成对变压器直流偏磁故障的研究及验证性试验。
Description
技术领域
本发明涉及变压器故障模拟技术领域，具体地指一种变压器的直流偏磁故障模拟结构。
背景技术
随着我国交直流混合输电模式逐渐形成，交直流系统相互干扰的问题也随之出现。当直流线路采用单极大地同路运行时，通过直流系统的接地极流入大地的直流电流将对交流电力系统内的电力设备产生影响。
变压器励磁电流中的谐波电流一般不大于变压器额定电流的2%，当直流进入变压器时，与变压器绕组电流混合在一起，变压器磁密工作点发生偏移，使变压器直流偏磁。严重的变压器直流偏磁将使变压器工作在高度饱和状态下，饱和铁芯成为更高磁阻路径，漏磁通增大，励磁电流波形畸变，产生更多的涡流损耗；由于集肤效应增加了铜损耗，频率越高，铜耗越大。同时变压器的铁耗也增加，使变压器过热。一方面增加系统的热损耗，另一方面发热使设备产生温升，从而恶化设备绝缘条件，缩短设备的寿命。励磁电流增加导致变压器产生大量的漏磁，漏磁与变压器绕组电流作用产生的电动力使绕组振动产生噪声，同时易使绕组变形老化。另外增加的励磁电流使变压器铁心的磁致伸缩现象加重，产生更大的变压器噪声。
目前针对变压器直流偏磁故障的相关诊断研究工作需要大量的不同工况下的变压器直流偏磁电量信号、振动噪声信号以及温度信号等。但是电网运行设备直流偏磁样本少，故障时机难以把握，而且现场测试难以获得充分的直流偏磁故障信号特征，制约了直流偏磁故障的研究。目前还没有能对直流偏磁故障进行模拟的设备，妨碍了研究人员对变压器直流偏磁故障的研究。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种变压器的直流偏磁故障模拟结构，利用该变压器能分别开展多种工况下的直流偏磁故障的监测和检测装置的研究、直流偏磁故障在多种工况下的故障诊断研究和直流偏磁故障的应对策略研究。
为实现此目的，本发明所设计的变压器的直流偏磁故障模拟结构,其特征在于：它包括三柱式变压器铁心、平滑可调的直流电流源、第一直流偏磁线圈和第二直流偏磁线圈，其中，所述三柱式变压器铁心的左下铁轭上绕制第一直流偏磁线圈，所述三柱式变压器铁心的右下铁轭上绕制第二直流偏磁线圈，所述第一直流偏磁线圈的一端与第二直流偏磁线圈的一端串联连接，所述第一直流偏磁线圈的另一端连接有第一引出导线，第二直流偏磁线圈的另一端连接有第二引出导线，所述第一引出导线和第二引出导线均接入平滑可调的直流电流源，所述第一直流偏磁线圈在左下铁轭上的绕制方向与第二直流偏磁线圈在右下铁轭上的绕制方向相同。
上述技术方案中，它还包括变压器油箱壁、变压器油箱箱盖、多个绑扎带、设置在变压器油箱箱盖上的第一直流偏磁绝缘套管和第二直流偏磁绝缘套管、设置在变压器油箱壁内侧的绝缘支架，所述第一引出导线通过绑扎带固定在绝缘支架的一侧，所述第一引出导线的接电端穿过第一直流偏磁绝缘套管后接入平滑可调的直流电流源，所述第二引出导线通过绑扎带固定在绝缘支架的另一侧，所述第二引出导线的接电端穿过第二直流偏磁绝缘套管后接入平滑可调的直流电流源。
所述第一直流偏磁线圈的匝数与第二直流偏磁线圈的匝数相等。
所述第一直流偏磁线圈、第二直流偏磁线圈、第一引出导线和第二引出导线上均包裹有绝缘纸筒。
所述平滑可调的直流电流源的电源输出范围为0～5A。
所述第一直流偏磁线圈和第二直流偏磁线圈的导线外径范围为2.5~3.9mm。
所述第一直流偏磁线圈的匝数与第二直流偏磁线圈的匝数均为10匝。
所述设置在绝缘支架上的第一引出导线和第二引出导线相互平行布置。
本发明通过在三柱式变压器铁心的铁轭上缠绕直流偏磁线圈，并通过平滑可调的直流电流源对线圈进行供电，使得本发明能准确模拟出多种工况下的直流偏磁故障，有利于完成对变压器直流偏磁故障的研究及验证性试验。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中变压器油箱壁内侧的结构示意图；
图3为本发明中第一直流偏磁线圈的截面图。
其中，1—三柱式变压器铁心、1.1—左下铁轭、1.2—右下铁轭、2—平滑可调的直流电流源、3—第一直流偏磁线圈、3.1—第一引出导线、4—第二直流偏磁线圈、4.1—第二引出导线、5—变压器油箱壁、6—变压器油箱箱盖、7—第一直流偏磁绝缘套管、8—第二直流偏磁绝缘套管、9—绝缘支架、10—绝缘纸筒、11—绑扎带。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明设计的变压器的直流偏磁故障模拟结构,如图1~3所示，它包括三柱式变压器铁心1、平滑可调的直流电流源2、第一直流偏磁线圈3和第二直流偏磁线圈4，其中，三柱式变压器铁心1的左下铁轭1.1上绕制第一直流偏磁线圈3，三柱式变压器铁心1的右下铁轭1.2上绕制第二直流偏磁线圈4，第一直流偏磁线圈3的一端与第二直流偏磁线圈4的一端串联连接，第一直流偏磁线圈3的另一端连接有第一引出导线3.1，第二直流偏磁线圈4的另一端连接有第二引出导线4.1，第一引出导线3.1和第二引出导线4.1均接入平滑可调的直流电流源2，第一直流偏磁线圈3在左下铁轭1.1上的绕制方向与第二直流偏磁线圈4在右下铁轭1.2上的绕制方向相同。
上述技术方案中，装备了本发明的变压器的器身、套管、有载分接开关、散热片等部分可按照GB1094.1、GB1094.2、GB1094.3、GB1094.5等国家标准设计并制造。变压器相关型式参数为：额定电压：（10000±2×2.5%）/400V，额定容量：200kVA，额定电流：11.55/288.7A，联结组别：Dyn11，短路阻抗：4%，冷却方式：ONAN即内部油自然对流冷却方式。
上述技术方案中，它还包括变压器油箱壁5、变压器油箱箱盖6、多个绑扎带11、设置在变压器油箱箱盖6上的第一直流偏磁绝缘套管7和第二直流偏磁绝缘套管8、设置在变压器油箱壁5内侧的绝缘支架9，第一引出导线3.1通过绑扎带11固定在绝缘支架9的一侧，第一引出导线3.1的接电端穿过第一直流偏磁绝缘套管7后接入平滑可调的直流电流源2，第二引出导线4.1通过绑扎带11固定在绝缘支架9的另一侧，第二引出导线4.1的接电端穿过第二直流偏磁绝缘套管8后接入平滑可调的直流电流源2。
上述技术方案中，第一直流偏磁线圈3的匝数与第二直流偏磁线圈4的匝数相等，均为10匝。由于左右下铁轭长度对称，所以设计匝数相等，同时使得三柱直流磁通较为均匀。10kV试验变压器参数如下：低压绕组36匝，设计空载电流为0.17%，百分比是标称值，是指额定电流的0.17%。属于标准表示方法，低压额定电流288.7A，连接方式Dyn11（D表示一次绕组为三角型接线，Y表示二次测绕组为星型接线，n表示引出中性线，11表示二次测绕组的相角滞后一次绕组330度，用时钟的表示方法，假设一次测绕组为中心12点时刻，那么二测绕组就在11点位置，夹角为30度），则估算空载磁通势为288.7A*0.17%*36*3匝≈54安匝。左右下铁轭可供绕制的长度约为80mm，则设计第一直流偏磁线圈3与第二直流偏磁线圈4的匝数均为10匝。
上述技术方案中，第一直流偏磁线圈3、第二直流偏磁线圈4、第一引出导线3.1和第二引出导线4.1上均包裹有绝缘纸筒10。该绝缘纸筒10用于对直流偏磁线圈绕组进行电气防护。防止本发明对原有的变压器的功能产生影响。
上述技术方案中，平滑可调的直流电流源2的电源输出范围为0～5A。本发明可以通过调节直流电流的大小，来控制直流偏磁的严重程度。同时，可以改变变压器运行工况，来模拟不同情况下的直流偏磁。技术人员可以通过电量传感器、振动传感器、噪声传感器和温度传感器来对变压器进行监测，从而获得多样性的直流偏磁故障信号。
上述技术方案中，第一直流偏磁线圈3和第二直流偏磁线圈4的导线外径范围为2.5~3.9mm。所述导线的规格为BV-90 1×2.5mm2，即内部布线用导体温度为90℃的单芯软导体无护套电缆，主要是考虑直流偏磁故障模拟时的温升问题，选取最高的90度标准导线，同时因为要绕制所以选用无护套型。
上述技术方案中，所述设置在绝缘支架9上的第一引出导线3.1和第二引出导线4.1相互平行布置。
本发明使用时，将平滑可调的直流电流源2与第一引出导线3.1和第二引出导线4.1连接，同时安装与本发明相配合的电量传感器、振动传感器、噪声传感器和温度传感器，即可进行相关的直流偏磁故障模拟试验，试验过程中，通过调节平滑可调的直流电流源2的输出电流大小，来控制变压器上产生的直流偏磁现象的严重程度。同时，还可以通过改变变压器的运行工况，来模拟不同变压器工况情况下的直流偏磁。技术人员可以通过电量传感器、振动传感器、噪声传感器和温度传感器来对变压器进行监测，从而获得多样性的直流偏磁故障信号。另外，本发明模拟变压器直流偏磁故障时禁止将直流偏磁线圈出线短接。例如，进行空载条件下的直流偏磁故障模拟试验时，在低压侧绕组线端连接调压器，供给额定频率的试验电压，高压绕组开路，地电位及油箱外壳可靠接地。在空载试验的基础上，调节直流电流大小，使得铁心过励磁，模拟空载条件下的直流偏磁故障模拟试验。
本发明为直流偏磁故障在多种工况下的故障诊断研究，直流偏磁故障的应对策略研究提高重要参考数据。
Claims (6)
1.一种变压器的直流偏磁故障模拟结构,其特征在于：它包括三柱式变压器铁心(1)、平滑可调的直流电流源(2)、第一直流偏磁线圈(3)和第二直流偏磁线圈(4)，其中，所述三柱式变压器铁心(1)的左下铁轭(1.1)上绕制第一直流偏磁线圈(3)，所述三柱式变压器铁心(1)的右下铁轭(1.2)上绕制第二直流偏磁线圈(4)，所述第一直流偏磁线圈(3)的一端与第二直流偏磁线圈(4)的一端串联连接，所述第一直流偏磁线圈(3)的另一端连接有第一引出导线(3.1)，第二直流偏磁线圈(4)的另一端连接有第二引出导线(4.1)，所述第一引出导线(3.1)和第二引出导线(4.1)均接入平滑可调的直流电流源(2)，所述第一直流偏磁线圈(3)在左下铁轭(1.1)上的绕制方向与第二直流偏磁线圈(4)在右下铁轭(1.2)上的绕制方向相同；
它还包括变压器油箱壁(5)、变压器油箱箱盖(6)、多个绑扎带(11)、设置在变压器油箱箱盖(6)上的第一直流偏磁绝缘套管(7)和第二直流偏磁绝缘套管(8)、设置在变压器油箱壁(5)内侧的绝缘支架(9)，所述第一引出导线(3.1)通过绑扎带(11)固定在绝缘支架(9)的一侧，所述第一引出导线(3.1)的接电端穿过第一直流偏磁绝缘套管(7)后接入平滑可调的直流电流源(2)，所述第二引出导线(4.1)通过绑扎带(11)固定在绝缘支架(9)的另一侧，所述第二引出导线(4.1)的接电端穿过第二直流偏磁绝缘套管(8)后接入平滑可调的直流电流源(2)；
所述第一直流偏磁线圈(3)的匝数与第二直流偏磁线圈(4)的匝数相等。
2.根据权利要求1所述的变压器的直流偏磁故障模拟结构,其特征在于：所述第一直流偏磁线圈(3)、第二直流偏磁线圈(4)、第一引出导线(3.1)和第二引出导线(4.1)上均包裹有绝缘纸筒(10)。
3.根据权利要求1所述的变压器的直流偏磁故障模拟结构,其特征在于：所述平滑可调的直流电流源(2)的电源输出范围为0～5A。
4.根据权利要求1所述的变压器的直流偏磁故障模拟结构,其特征在于：所述第一直流偏磁线圈(3)和第二直流偏磁线圈(4)的导线外径范围为2.5～3.9mm。
5.根据权利要求1所述的变压器的直流偏磁故障模拟结构,其特征在于：所述第一直流偏磁线圈(3)的匝数与第二直流偏磁线圈(4)的匝数均为10匝。
6.根据权利要求1所述的变压器的直流偏磁故障模拟结构,其特征在于：所述设置在绝缘支架(9)上的第一引出导线(3.1)和第二引出导线(4.1)相互平行布置。
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