CN103688179A - 用于测试变压器的绕组电阻的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量在三角形连接变压器中的绕组的绕组电阻的装置，包括至少第一和第二直流电流源（S1，S2）和至少第三直流电流源（S3），所述第一和第二直流电流源各自连接在变压器的初级侧（P）的相应的第一（A）和第二（C，B）引脚的相端之间，所述第三直流电流源连接在变压器的次级侧（S）的两个节点（a，b）之间。此外，本发明涉及一种用于测量三角形连接变压器中的绕组的绕组电阻的方法，包括以下步骤：将第一和第二测量电流施加至两个相应引脚（C，B）的每一个，将第三测量电流（I₂）施加至次级侧（S）上的一对绕组的两个节点（b，a）之间，并且一旦绕组中的感应压降基本等于零则测量至少变压器的次级侧（S）上的所述节点（b，a）之间的绕组的绕组电阻和/或初级侧（P）的引脚（A）的绕组电阻。

Description

用于测试变压器的绕组电阻的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年5月17日提交的国际专利申请PCT/CH2011/000113的优先权，其公开内容通过参引的方式全部并入本文。

技术领域

本发明涉及根据相应的独立权利要求的用于测试变压器的装置和方法。具体地，本发明描述了用于测试变压器（尤其是三角形连接变压器）的绕组电阻的方法和装置。

背景技术

在现有技术的高电流变压器电阻表中，铁磁饱和现象扮演着重要角色。当磁芯饱和时，变压器的主感应系数L迅速下降。该效应便于其在感应压降衰减至零之后测量欧姆电阻。

变压器中的三角形连接的绕组的电阻难以测量并且测量可能非常耗时。其原因是三角形绕组中的指数递减平衡过程。该平衡过程具有时间常量τ=L/R。绕组的直流电阻R越小，该过程的持续时间越长。例如，在大型发电机变压器上，该平衡过程可花费几分钟多至一小时。发电机变压器的矢量组（vector group）通常为具有任何相位移（YNd1，YNd3，YNd5，YNd7，YNd9及YNd11）的“YNd”。标识符“Y”表示变压器的初级侧拓扑为星形拓扑，标识符“N”表示变压器具有中性点，标识符“d”表示变压器的次级侧拓扑为三角形拓扑，并且随后的数字指示因子，通过将该数字乘以30°的角度，该因子可用于变压器引脚（leg）的相之间的相位移的计算。例如，在“YNd3”配置中，相位移为90°。

在现有的解决方案中，如高电流检测器中，通过使用高于芯饱和水平的测量电流减小了测量时间。这样做是因为，由于绕组电阻R在给定温度下为常量，所以主感应系数L变小则从而时间常量τ变短。

现有技术的这些高电流检测器是大且重型的装置，这些装置使用大量的导体和连接器以提供50A或更高的电流来使芯饱和。此外，在大功率变压器上，饱和电流能够容易地达到100A或更高。因此，如果它们不能供应所需要的电流，则即使这些高电流测量装置也不能使芯饱和。

因此，常规实践是使用待被测试的变压器的次级侧绕组和初级侧绕组的串联连接驱动测量电流同时通过变压器的次级侧绕组和初级侧绕组。当测量次级侧绕组时，初级侧绕组中的电流辅助使变压器芯饱和。因为在发电机变压器上线匝比γ（γ=N1/N2）通常大于或等于10，其中N1表示初级侧线匝数，N2表示次级侧线匝数，所以使芯饱和所需的电流在初级侧上为次级侧上的十分之一或更小。该实践的结果是减少了测量时间。

发明内容

因此，本发明主要目的在于提供一种测量装置和方法，其允许测量时间的进一步减少。

现在，为了实现本发明的这些和更进一步的目的，随着说明书的继续，这些目的将变得更显而易见，用于测量在三角形连接变压器中的绕组的至少绕组电阻的装置显现有如下特征：其包括至少第一和第二直流电流源，第一和第二直流电流源各自分别地连接在变压器的初级侧的第一和第二引脚的相端之间。此外，其包括至少第三直流电流源，第三直流电流源连接在变压器的次级侧的两个节点之间。其还包括第一和/或第二电压测量装置。通过第一电压测量装置，在初级侧的第三引脚上的第一直流压降是可测量的，和/或通过第二电压测量装置，在变压器的次级侧的引脚上的第二直流压降是可测量的。

用于测量在三角形连接变压器中的绕组的绕组电阻的方法，包括以下步骤：

-通过第一和第二直流电流源（S1,S2），将第一和第二测量电流（I₁/2）施加至变压器的初级侧（P）的两个相应的引脚（C,B）的每一个，

-通过第三电流源（S3），将第三测量电流（I₂）施加至变压器的次级侧（S）上的一对绕组的两个节点（b，a）之间，

-一旦在绕组中的感应压降基本等于零，至少测量变压器的次级侧（S）上的所述节点（b，a）之间的绕组的绕组电阻和/或初级侧（P）的引脚（A）的绕组电阻。

根据本发明的方法优选地通过根据本发明的装置实施。

在优选的实施例中，第一和第二测量电流相等，并且各自等于用于变压器芯的饱和电流的一半。

本发明具有广泛的适用性，其适用于不同尺寸、配置和额定值的变压器的测试。本发明特别地适用于测试电源变压器、配电变压器和/或仪表变压器以及发电机和马达。此外，如在优选实施例的描述中说明地，本发明使得测试多种变压器配置而不必改变测试下的装置（DUT）的连接成为可能，测试下的装置（DUT）是指用于每个测试的变压器本身。

附图说明

当参考本发明的以下详细的描述时，本发明将更好理解并且除上文阐明的那些以外的目的也将变得显而易见。这些描述参考附图，图中：

图1示出了在第一实施例中用于通过连接至‘YNd’-变压器的第一、第二和第三电流源执行测量方法的电路示意图，以及

图2示出了根据本发明的第二实施例的装置的方框示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的装置的第一实施例中的测量方法的示例，其具有连接至‘YNd’三相变压器T的第一、第二和第三电流源S1、S2、S3。变压器的初级侧或高电压侧由P指示而次级侧或低电压侧由S指示。在该示例性配置中，初级侧P具有星形拓扑，其中A、B、C指示三相的相端，并且N指示中性参考节点（neutral reference node）。Z_a、Z_b、Z_c图示各相的绕组的阻抗。如所知，阻抗将被看作串联联接的电阻R和感应系数L。在此示例性案例中，次级侧S的拓扑是具有三个节点a、b、c的三角形拓扑，三个节点中的每个均连接该三角形布置的两个引脚。Z_ab、Z_bc、Z_ac图示了各引脚的绕组的阻抗。如所知，阻抗同样将被看作串联联接的电阻R和感应系数L。

在初级侧P上，第一电流源S1连接在变压器T的相端A和C之间。其产生了流进相端C的第一恒定测量电流（直流电流）I₁/2。相应地，第二电流源S2连接在变压器T的初级侧P的相端A和B之间。其产生了流进相端B的第二恒定电流（直流电流）I₁/2。优选为两个产生的电流具有基本相同的值，但是也有可能选择不同的电流。如所知，通过第一和第二测量电流流进各自相端，结果是电流I₁流出相端A并且等于第一和第二测量电流的和。第一电压测量装置测量在阻抗Z_a上的压降U₁。

在次级侧S上，第三电流源S2连接在节点a和b之间。其产生了流进节点b的第三恒定电流（直流电流）I₂。第二电压测量装置测量在阻抗Z_ab上的压降U₂。

下面将解释用于测量变压器的绕组电阻的测量过程。同时连接的第一和第二电流源S1、S2用于驱动所期望的测量电流并在变压器芯中建立如此的磁通量使得变压器芯饱和。测量过程可用两种方式来执行，其中在下面描述该过程的第一变例，然后描述该过程的另一变例。

第一测量过程包括以下步骤：第一，在初级侧P上的高电压绕组中的测量电流以一种特殊的方式施加；如已陈述，在该示例中，第一和第二测量电流相等并且等于I₁/2而离开相端A的饱和电流等于I₁。这在变压器芯中产生了通量分布，其等于当在低压三角形绕组中施加适当电流时产生的通量分布。使用该供应方案，所有三个变压器芯引脚都可饱和。这是通过对至少初级侧P施加饱和电流I₁实现的，饱和电流I₁固有地小于为了使变压器芯饱和而必需施加在次级侧S上的电流。在第二步骤中，次级侧S绕组中的第三测量电流I₂如技术人员所知地施加。由于此时变压器芯凭借初级侧P上的已经施加的电流已经饱和，所以绕组感应系数更低了。这导致了用于三角形平衡过程的更小的时间常量τ=L/R。在感应压降减少至零后，可通过电压测量装置测量绕组的正确的直流电阻。由于相应的电流已知，所以直流电阻可以计算为R₁=U₁/I₁和R₂=U₂/I₂。

与上文描述的测量过程的第一变例相反，在变压器芯中已经建立了方便的磁通量的情况下，第二变例旨在消除在芯中的磁通量。用于第二变例的装置和用于第一变例的相同，因此不存在对它的结构改变。芯中的磁通量通过以相反的方式向变压器的初级和次级绕组供应而消除。因此，施加第一、第二和第三测量电流，使得第一和第二测量电流的和I₁的量基本等于经变压器的线匝比γ以及矢量组修正的第三测量电流I₂的量。在本发明的上下文中，术语“修正”表示“乘以一个因子”。例如，在图1中图示的示例的YNd变压器的情况下，电流I₁和I₂之间的关系由等式I₁=（2/3*I₂）/γ给出。因此，I₁基本等于三分之二的I₂除以变压器的线匝比γ。在YNYN变压器或DD变压器的情况下，它们满足等式：I₁=I₂/γ，并且在Dyn变压器的情况下，它们由等式I₁=(3/2*I₂)/ γ给出。

所述电流I₁、I₂沿相同的方向流动，其中相同的方向例如可以限定为通过第一引脚A的I₁和通过两个节点a、b之间的包括第三电流源S3的引脚的I₂的等同流动方向。换言之，第一和第二电流源S1、S2以与图1中指示的方向相反的方向供应电流I₁/2，或第三电流源S3以与图1中指示的方向相反的方向供应电流I₂。因此，相对于图1中的图示，电流I₁和I₂两者要么均顺时针流动，要么它们均逆时针流动。这种向变压器的初级和次级绕组供应电流的特殊方式的优点是：在低压三角形绕组的情况下消除了指数递减平衡过程。因为在绕组中完全不存在感应部件，所以根据在第一变例使用的相同方案可以简单和快捷的方式测量电阻。

应当了解，为了清楚的原因在此并没有描绘出变压器芯；然而这些对变压器领域的技术人员是已知的。此外，图1中示出的装置以简化的形式展示，仅仅示出了与操作原理的说明相关的元件。该装置的优选实施例的更详细的描述在下文中给出。

图2示出了根据本发明的第二实施例的装置的方框示意图，该装置连接至三相‘YNd’变压器T。该变压器具有初级、高压侧P和次级低压侧S。初级侧具有星形拓扑，其中A、B、C表示三相的相端，并且N表示可选的中性参考节点。在该示例性的情况下，次级侧S的拓扑是具有三个节点a、b、c的三角形拓扑，这些节点中的每个均连接三角形布置的两个引脚和可选的中性参考点N。变压器的拓扑可参见图1中的示意图。在图2中，图1的装置通过将直流电流源S1、S2、S3连接至变压器的多路转换器4扩展。在图2中，多路转换器4包括由圆和正方及其互相连接所表示的连接矩阵。该切换连接矩阵允许在电流源S1、S2、S3、变压器的相之间的多种不同的、可选的连接，同样允许电压测量装置与不同绕组的不同的连接。因此，第一、第二和第三测量直流电流通过将直流电流源S1、S2、S3连接至变压器的多路转换器4而施加。在优选的实施例中，多路转换器4通过如下可如下编程地配置：指定变压器的至少连接类型和相位移并且随后触发多路转换器的输入和输出之间相应的切换连接。因此，如技术人员所知，连接类型表示之前提及的待测量的变压器T的初级和次级侧P、S的拓扑。因此，通过使用多路转换器4，可考虑到变压器T的相位移而不必手动改变连接。连接需要改变是由于如下事实：对于每一个可能的相位移（YNd1，YNd 3，YNd5，YNd7，YNd9和YNd11），变压器T必需以不同的方式连接，以使得在高和低压绕组上的通量分布匹配。换言之，在施加测量电流之前，多路转换器4已通过切换直流电流源S1、S2、S3至变压器T的连接配置，使得考虑到变压器T的特定的相位移配置。

这种接线（wiring）配置优选地通过连接至多路转换器4的控制系统2完成。控制系统2还连接至第一和/或第二和/或第三直流电流源S1、S2、S3，并且连接至第一和/或第二电压测量装置。为了以舒适的方式设定正确的配置，控制系统2包括图形用户界面，通过图形用户界面操作者可以选择至少测量配置参数，例如所述变压器拓扑。另一个参数是相位移，相位移一旦被选择便以正确的方式触发配置矩阵的所述切换的自动配置。进一步的可能的参数是直流测量电流值，其随后可编程至可单独编程的直流电流源S1、S2、S3。如在图1的描述中展示，由电压测量装置测量的电压值可传输至控制系统2，控制系统2随后计算绕组电阻R1、R2，并且在图形用户界面上显示结果。

在优选的实施例中，该装置还包括至少温度传感器，绕组的温度可通过该温度传感器测量。这未在图中示出，因为温度传感器被广泛使用。在本申请中，温度传感器在绕组电阻的计算中扮演一个重要的角色，因为该电阻在一定程度上取决于接线的温度。即，温度上升越多，电阻增加越多。因此通过考虑由至少一个温度传感器测量的相应的绕组温度修正绕组电阻的测量值。当然，温度传感器包括连接装置以将它们连接至控制系统2，以便读取温度值。

在进一步的优选的实施例中，测量装置还包括消磁电路5，通过消磁电路5，变压器的芯的磁性基本被消除。随后的测量（像线匝比或频率响应）在使变压器芯消磁使得基本上所有剩磁都被消除之后执行。该功能有利地提高了随后的测量的准确性。消磁电路5优选地连接至控制系统2。

图2图解了连接矩阵怎样切换以便达到图1的测量配置。通过相应的短划线连同黑圆点，第一和第二直流电流源S1、S2联接至变压器的初级侧引脚。同样的配置适用于第三电流源S3，其连接至相应的次级侧节点。在该示例中，对于每一个存在的I₁和I₂电流都存在一个电流测量装置。它们可用作测量电流的真实值的反馈，并且因此可用于微调可编程的电流源S1、S2、S3。通过点线连同黑方点，电压测量装置U1和U2被切换以测量电阻R1和R2上的压降，R1和R2代表绕组电阻。

本方法和装置提供一种解决方案，其能够实现高测量电流的情能，然而具有显著降低的测量电流。特别地，它们允许使用可能小于变压器的低电压侧的饱和电流的电流。因此，该装置不仅显著地小于已知的测量装置，而且其还更加便宜，因为不需要产生很高的电流。变压器越大，此改良对于现有技术的贡献越大。特别地，在变压器的初级侧上至少两个单独可编程测量电流源的使用使得能够分配所需的总饱和电流，使得能够减小各电流源的尺寸。最后，测量时间显著减少，因为变压器芯能更快地饱和。

虽然现在展示并且描述了本发明的优选实施例，应当清楚知晓的是，本发明不受限于此，而是可以在下面权利要求的范围内以其它方式不同地实施和实践。

Claims (17)

1.一种用于测量至少三角形连接变压器中的绕组的绕组电阻的装置，包括：至少第一和第二直流电流源（S1、S2），所述第一和第二直流电流源（S1、S2）各自连接在所述变压器的初级侧（P）的相应的第一（A）和第二引脚（C；B）的相端之间；至少第三直流电流源（S3），所述第三直流电流源（S3）连接在所述变压器的次级侧（S）的两个节点（a、b）之间；以及第一和/或第二电压测量装置；其中通过所述第一电压测量装置能够测量所述初级侧的第三引脚上的第一直流压降（U1），和/或通过所述第二电压测量装置能够测量所述变压器的所述次级侧的引脚上的第二直流压降（U2）。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一和所述第二电流源（S1、S2）供给相等的测量直流电流。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中由所述第一和所述第二电流源（S1、S2）供给的电流（I₁）基本上等于由所述第三电流源（S3）供给的、经所述变压器的线匝比（γ）和矢量组修正的电流（I₂）；并且所述电流（I₁、I₂）以相反的方向流动的方式使得在所述变压器的芯中没有磁通量产生。

4.根据前述权利要求中的一项所述的装置，所述装置还包括至少温度传感器，通过所述温度传感器能够测量所述绕组的温度。

5.根据前述权利要求中的一项所述的装置，所述装置包括多路转换器（4），所述多路转换器（4）将所述直流电流源（S1、S2、S3）连接至所述第一和/或所述第二电压测量装置和/或所述变压器（T）的可选择的相。

6.根据权利要求5所述的装置，该装置还包括控制系统（2），所述控制系统（2）连接至所述多路转换器（4）和/或所述第一和/或所述第二和/或所述第三直流电流源（S1、S2、S3）并且连接至所述第一和/或所述第二电压测量装置。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述控制系统（2）包括图形用户界面，操作者通过所述图形用户界面能够选择至少测量配置参数。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中由所述第一和所述第二电流源（S1、S2）分别地供给的第一和/或第二测量电流能够通过所述控制系统（2）调整。

9.根据权利要求5至7中的一项所述的装置，其中所述多路转换器（4）的接线配置能够通过所述控制系统（2）配置。

10.根据前述权利要求中的一项所述的装置，所述装置还包括消磁电路（5），通过所述消磁电路（5）基本上消除所述变压器的芯的磁性。

11.用于测量三角形连接变压器中的绕组的绕组电阻的方法，包括以下步骤：

-通过第一和第二直流电流源（S1，S2）将第一和第二测量电流施加至所述变压器的初级侧（P）的两个相应的引脚（C，B）的每一个，

-通过第三电流源（S3）将第三测量电流（I₂）施加至所述变压器的次级侧（S）上的一对绕组的两个节点（b，a）之间，并且

-一旦所述绕组中的感应压降基本等于零则测量至少所述变压器的所述次级侧（S）上的所述节点（b，a）之间的所述绕组的绕组电阻和/或所述初级侧（P）的引脚（A）的绕组电阻。

12.根据权利要求11所述的方法，其中调整由所述第一和所述第二电流源（S1、S2）供给的所述电流（I₁）和由所述第三电流源（S3）供给的所述电流（I₂），其方式使得所述电流（I₁）基本上等于经所述变压器的线匝比（γ）和矢量组修正的所述电流（I₂），并且使得所述电流（I₁、I₂）以相反的方向流动的方式使得在所述变压器的芯中没有磁通量产生。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述第一、所述第二和所述第三测量直流电流通过将所述直流电流源（S1、S2、S3）连接至所述变压器的多路转换器（4）施加。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在施加所述测量电流之前，所述多路转换器（4）已通过切换所述直流电流源（S1、S2、S3）的连接至所述变压器配置，使得考虑到所述变压器的相位移配置。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述多路转换器（4）通过如下以编程的方式配置：指定所述变压器的至少连接类型和相位移，并且随后触发所述多路转换器的输入和输出之间的相应的切换连接。

16.根据权利要求11至15中的一项所述的方法，其中所述用于所述绕组电阻的测量通过考虑由至少温度传感器测量的相应的绕组温度修正。

17.根据权利要求1至10中的一项所述的装置用于测量发电机或马达中的变压器的用途。

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