CN103630797B - 一种变压器匝间短路检测装置 - Google Patents

一种变压器匝间短路检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变压器匝间短路检测装置，该装置包括，输入单元；在所述变压器低压侧绕组的三个相线输出端短路连接，且所述变压器空载条件下，分别采集变压器高压侧被测绕组的第一相线的电压信号和电流信号的电压采样单元和电流采集单元：该电压采集单元和电流采集单元与双通道模数转换器相连，该双通道模数转换器以及该输入单元均与控制器连接。该控制器根据所述输入单元输入的额定电压、额定电流和低电压指数，以及所述双通道模数转换器输入的数字电压值和数字电流值，计算所述变压器在所述额定电压下的空载损耗，进而通过高压侧每相所对应的空载损耗，可以快速准确的确定出变压器中存在的匝间短路的故障相。

Description

一种变压器匝间短路检测装置
技术领域
本发明涉及电气设备检测技术领域，更具体的说是涉及一种变压器匝间短路检测装置。
背景技术
变压器是电力系统中用于变换电压，以利于功率传输的设备。在变压器中，由于变压器使用时间过长或者电机电压过高等原因，经常会造成线圈绝缘损坏，使得叠加在一起的线圈之间出现短路，形成匝间短路。
如果变压器内部出现匝间短路故障而不能及时发现，很可能会导致变压器损坏或烧毁，甚至引起更大的安全事故。但是由于匝间短路故障不易察觉，很难及时发现故障，因此，如何准确检测出到变压器中匝间短路是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种变压器匝间短路检测装置，以提高检测变压器匝间短路故障的便捷性以及准确性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变压器匝间短路检测装置，所述装置包括：
用于采集输入的所述变压器高压侧被测绕组的额定电压、额定电流和低电压指数的输入单元；
在所述变压器低压侧绕组的三个相线输出端短路连接，且所述变压器空载条件下，与所述变压器的高压侧的被测绕组中的第一相线相连，并采集所述第一相线的电压信号的电压采样单元，其中，所述第一相线为所述高压侧绕组的三相中任意一个相线；
在所述变压器低压侧绕组的三个相线输出端短路连接，且所述变压器空载条件下，与所述第一相线输出端相连，并采集所述第一相线的电流信号的电流采样单元；
两个输入端分别与所述电压采集单元和所述电流采集单元相连，并将所述电压信号和电流信号分别转换为数字电压值和数字电流值的双通道模数转换器；
与所述输入单元以及所述双通道模数转换器相连，并根据所述输入单元输入的额定电压、额定电流和低电压指数，以及所述双通道模数转换器输入的数字电压值和数字电流值，计算所述变压器在所述额定电压下的空载损耗的控制器。
优选的，所述装置还包括：
与所述控制器相连，并在所述控制器的控制下，显示所述空载损耗、所述额定电压、额定电流、低电压指数、数字电压值、数字电流值的显示器。
优选的，所述第一相线与所述电压采样单元之间还连接有电压互感器。
优选的，所述第一相线与所述电流采样单元之间还连接有电流互感器。
优选的，所述装置还包括：与所述双通道模数转换器和所述控制器相连的稳压电源。
优选的，所述控制器为微控制单元MCU。
优选的，所述双通道模数转换器为16位双通道模数转换器。
经由上述的技术方案可知，在将变压器低压侧三相短路连接，且变压器处于空载的条件下，通过该变压器匝间短路检测装置的电压采样单元和电流采样单元分别采集该变压器高压侧被测绕组的某一相的电压信号和电流信号。通过双通道模数转换器将该相的电压信号和电流信号分别转换为数字电压值和数字电流值后，输入给控制器。控制器可以根据输入单元获取到该变压器高压侧被测绕组的额定电压、被测绕组的额定电流以及低电压数值，以及该相的数字电压值和数字电流值，计算该变压器的空载电流和空载损耗。由于变压器出现匝间短路故障时，变压器的空载损耗会明显变化。这样当变压器存在匝间短路故障时，将该检测装置针对变压器高压侧每相测试并计算得到的空载损耗进行比较，可以很明显的确定出该变压器中存在的匝间短路故障，以及存在匝间短路的故障相，从而提高了匝间短路故障检测的准确度和简便性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一种变压器匝间短路检测装置一个实施例的结构示意图；
图2示出了本发明一种变压器匝间短路检测装置另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种变压器匝间短路检测装置，以提高变压器匝间短路故障检测便捷性和准确性。
参见图1，示出了本发明一种变压器匝间短路检测装置一个实施例的结构示意图，本实施例的装置包括：
用于采集输入的该变压器高压侧被测绕组的额定电压、额定电流和低电压指数的输入单元101。如，该输入单元可以为设置在该检测装置上的按键或者是触摸感应单元等。
在该变压器的低压侧绕组的三个相线输出端短路连接，且该变压器空载的条件下，与该变压器的高压侧的被测绕组中的第一相线输出端相连，并采集该第一相线的电压信号的电压采样单元102。其中，该第一相线为所述高压侧绕组的三相中任意一个相线。也就是说，该电压采样单元每次采集该高压侧被测绕组的单个相线的电压，为了便于区分将被测绕组中当前与该电压采集单元相连的单个相线称为第一相线。
在该变压器的低压侧绕组的三个相线输出端短路连接的情况下，与该第一相线输出端相连，并采集该第一相线的电流信号的电流采样单元103。与电压采集单元所采集的第一相线的电压信号的同时，该电流采样单元采集该第一相线的电流信号，以测量高压侧被测绕组的单相的电流。
两个输入端分别与该电压采集单元102和电流采集单元103相连，并将该电压信号和电流信号分别转换为数字电压值和数字电流值的双通道模数转换器104。
与输入单元101以及双通道模数转换器104相连，并根据输入单元101输入的额定电压、额定电流和低电压指数，以及双通道模数转换器104输入的数字电压值和数字电流值，计算该变压器的空载损耗的控制器105。其中，该空载损耗是在变压器额定电压下的空载损耗，也就是折算到的额定电压下的空载损耗。
其中，在应用本实施例的检测装置对变压器进行匝间短路故障检测需要在变压器处于空载下，且变压器的低压侧绕组的三相短路连接的条件下，分别对该变压器高压侧被测绕组的每相进行检测，以确定高压侧某相是否发生匝间短路故障。
其中，在该变压器的低压侧三相短路连接下，从该变压器的高压侧被测绕组的三相中选择一个作为当前待测试的第一相线，将本申请实施例的检测装置中的电压采样单元的输入端与该第一相线的输出端相连，并将该电流采样单元的输入端与该第一相线的输出端相连，从而采集到该第一相线的电压信号和电流信号。其中，该电压信号反映了该第一相线的电压有效值，该电流信号反映了该第一相线的电流有效值。
由于电压采集单元采集到的电压信号和电流采集单元采集到的电流信号均是模拟信号，不能够直接用于进行空载损耗的计算。因此，需要经过双通道模数转换器将该电压信号转换为相应的数字信号，得到数字电压值，即通过数字表示的电压有效值；并将电流信号也转换为相应的数字信号，得到数字电流值，即通过数字表示的电流有效值。
在变压器低压侧三相短路连接下，对该变压器进行空载测试，计算该变压器的空载电流和空载损耗时，需要用到该变压器被测绕组的额定电压、被测绕组的额定电流以及低电压指数，通过输入单元将这些参数输入至控制器中。
其中，低电压指数是指低电压测量空载损耗，折算到额定电压时所需的指数。低电压指数取决于变压器的铁心的种类，如铁心为热轧硅钢片时，低电压指数取1.8；铁心为冷轧硅钢片时，该低电压指数取1.9-2。
本申请实施例中，将变压器低压侧三相短路连接，且变压器处于空载的条件下，通过该变压器匝间短路检测装置的电压采样单元和电流采样单元分别采集该变压器高压侧被测绕组的某一相的电压信号和电流信号。通过双通道模数转换器将该相的电压信号和电流信号分别转换为数字电压值和数字电流值后，输入给控制器。控制器可以根据输入单元获取到该变压器高压侧被测绕组的额定电压、被测绕组的额定电流以及低电压数值，以及该相的数字电压值和数字电流值，计算该变压器的空载电流和空载损耗。由于变压器出现匝间短路故障时，变压器的空载损耗会明显变化。这样当变压器存在匝间短路故障时，将该检测装置针对变压器高压侧每相测试并计算得到的空载损耗进行比较，可以很明显的确定出该变压器中存在的匝间短路故障，以及存在匝间短路的故障相，提高了匝间短路故障检测的准确性和简便性。
可见，当变压器低压侧三相短路连接下，该检测装置分别对于高压侧被测绕组的每相分别进行测试，并计算与高压侧每相对应的空载损耗，该空载损耗是折算到该变压器额定电压下的空载损耗。通过分别将对高压侧各相线测试下，得到的空载损耗进行比较，可以很确定出该变压器中是否存在匝间短路故障；并在存在短路故障时，根据高压侧各相线测试中得到的空载损耗，确定出匝间短路的故障相。
另外，在实际应用中，需要调整施加到该变压器的线圈上的电压，因此该变压器匝间短路检测装置还设置与调压器相连的输入端口。在对变压器进行匝间故障检测时，将调压器的输出端与该输入端口连接。
可以理解的是，为了该变压器匝间短路检测装置能够正常运行，该检测装置还需要设置有一个电源提供单元。具体的，该检测装置还可以包括：与双通道模数转换器和控制器相连的稳压电源。
参见图2，示出了本发明一种变压器匝间短路检测装置另一个实施例的结构示意图，本实施例的装置处理包括输入单元101、电压采样单元102、电流采样单元103、双通道模数转换器104和控制器105之外，该检测装置还包括：
稳压电源106，该稳压电源与该双通道模数转换器和控制器相连，为该检测装置提供电源。
显示单元107，该显示单元与所述控制器相连，并在所述控制器的控制下，显示所述空载电流、所述空载损耗、所述额定电压、额定电流、电流有效值、低电压指数、数字电压值、数字电流值。在该装置的电压采样单元和电流采样单元连接该变压器高压侧的不同相线时，该显示单元会相应的输出该控制器计算得到的相应的空载损耗，以便于分析。
进一步的，该检测装置还可以包括：电压互感器108和电流互感器109。
其中，该电压采集单元与变压器高压侧待检测的该第一相线输出端之间连接有该电压互感器108。
所述电流采样单元与待变压器高压侧待检测的该第一相线输出端与之间连接有该电流互感器109。
进一步的，在以上任意一个实施例中，该变压器匝间短路故障检测装置内的控制器可以为微控制单元（MCU，Micro Control Unit）。
进一步的，该双通道模数转换器为16位双通道模数转换器。
进一步的，在以上任意一个实施例中，该检测装置还可以设置打印输出端口，以将得到的测试数据进行打印输出。
在以上任意一个实施例中，该控制器得到变压器高压侧某一相的数字电压值和数字电流值后，计算该变压器在额定电压下空载损耗的过程与现有的计算空载损耗的过程相同。由于在对变压器的空载测试过程中，不是在额定条件下的空载损耗的测试，因此，需要对非额定电压或额定频率下得到的空载损耗折算到额定电压下的空载损耗。其中额定条件下的空载试验，就是在变压器的其他线圈开路的情况下，从任意一线圈施加以具有实际正弦波形和额定频率的额定电压，测量空载电流和空载损耗的试验。其中，在变压器低压侧的三相短路连接下，对于该变压器高压侧的单相测试中，依据获取到的该高压侧单相的测试数据，确定该变压器在额定电压下的空载损耗的计算方法可以依据JB/T501-2006《电力变压器试验导则》相关的计算方式。
如，1）非额定频率下：
（公式一）
2）非额定电压下：
（公式二）
3）低电压下测量空载损耗时：
（公式三）
其中，在以上任意一个公式中，P0相当于额定电压下的空载损耗。
P′0为施加的电压为U'时测量出的空载损耗。
f'为施加电压为U'时电源的频率
Ue:绕组额定电压
N为低电压指数。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种变压器匝间短路检测装置，其特征在于，所述装置包括：
用于采集输入的所述变压器高压侧被测绕组的额定电压、额定电流和低电压指数的输入单元；
在所述变压器低压侧绕组的三个相线输出端短路连接，且所述变压器空载条件下，与所述变压器的高压侧的被测绕组中的第一相线相连，并采集所述第一相线的电压信号的电压采样单元，其中，所述第一相线为所述高压侧绕组的三相中任意一个相线，所述电压采样单元每次采集所述高压侧的被测绕组中的单个相线的电压；
在所述变压器低压侧绕组的三个相线输出端短路连接，且所述变压器空载条件下，与所述第一相线输出端相连，并采集所述第一相线的电流信号的电流采样单元；
两个输入端分别与所述电压采样单元和所述电流采样单元相连，并将所述电压信号和电流信号分别转换为数字电压值和数字电流值的双通道模数转换器；
与所述输入单元以及所述双通道模数转换器相连，并根据所述输入单元输入的额定电压、额定电流和低电压指数，以及所述双通道模数转换器输入的数字电压值和数字电流值，计算所述变压器在所述额定电压下的空载损耗的控制器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
与所述控制器相连，并在所述控制器的控制下，显示所述空载损耗、所述额定电压、额定电流、低电压指数、数字电压值、数字电流值的显示器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一相线与所述电压采样单元之间还连接有电压互感器。
4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述第一相线与所述电流采样单元之间还连接有电流互感器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：与所述双通道模数转换器和所述控制器相连的稳压电源。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器为微控制单元MCU。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双通道模数转换器为16位双通道模数转换器。
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