CN103743993B - 一种检测变压器绕组变形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测变压器绕组变形的系统，包括控制器2、HS3多功能信号发生器、功率放大器、第一采样电阻、第二采样电阻及试验变压器；所述HS3多功能信号发生器的输入端分别与控制器的输出端、功率放大器的输出端及试验变压器中绕组的末端相连接，HS3多功能信号发生器的输出端分别与控制器的输入端、功率放大器的输入端相连接，功率放大器的输出端与试验变压器中绕组的始端相连接；所述HS3多功能信号发生器的输入端与试验变压器中绕组的末端通过第一采样电阻相连接，功率放大器的输出端与试验变压器中绕组的始端通过第二采样电阻相连接。本发明还提供了一种检测变压器绕组变形的方法，采用本发明可以有效的提高检测变压器绕组变形的准确性。

Description

一种检测变压器绕组变形的方法

技术领域

本发明涉及一种检测变压器的系统及方法，具体涉及一种检测变压器绕组变形的系统及方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，电力系统在不断壮大，各种电力设备的需求也越来越多。而传统的电力变压器作为系统中的重要设备，其故障率较高，如果一台大型电力变压器在运行中出现故障，将导致一个地区大面积、长时间停电，造成经济的重大损失，也会给人们的生活带来不便。近年有关统计资料表明：变压器绕组是其发生故障较多的部件，全国110kV及以上等级电力变压器因外部短路故障造成损坏的事故达到事故总数的50％，从解体检查情况看，绝大部分是由绕组变形引起的。因此为了及时发现变压器的事故隐患、避免突发事故、提高变压器运行可靠性，开展变压器绕组诊断方法的研究具有十分重要的意义。

目前，诊断变压器绕组变形可分为电量及非电量两大类手段。对于某些变压器绕组故障(变形、移位、拉伸和绝缘距离改变等情况)，其绝缘油的成份没有明显改变，采用常规的色谱检测方法来分析变压器绕组是否变形是非常困难的；而采用吊芯的方式虽然很直观，但是花费大量的人力、物力和财力，而且对于内侧绕组发生变形的情况也不直观。因此，我们基于变压器绕组变形会导致其等效二端口网络电感、电容等效参数发生变化这一物理规律，引出了频率响应法(FRA)、短路阻抗法(SCR)和低压脉冲法(LVI)等电测量手段，这些方法已成为变压器绕组变形诊断的主流方法。

综合来看，目前的变压器绕组变形测量方法中，短路电抗法判据明确，但抗干扰性差且无法诊断故障的类型和位置；而频率响应法测量灵敏，抗干扰性能较好，但判据不明确，诊断需要较多实际经验。为及时发现变压器的故障隐患、避免突发事故、提高变压器运行的安全可靠性，开展频率响应法结合短路电抗法检测变压器绕组变形的研究具有重要的意义，但这种简单的结合仍采取各自的仪器设备，测试过程繁琐，且未很好的将两种方法的诊断结果结合起来。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种检测变压器绕组变形的系统及方法，该系统及方法可以有效的提高检测变压器绕组变形的准确性。

为达到上述目的，本发明所述的检测变压器绕组变形的系统包括控制器、HS3多功能信号发生器、功率放大器、第一采样电阻、第二采样电阻及试验变压器；

所述HS3多功能信号发生器的输入端分别与控制器的输出端、功率放大器的输出端及试验变压器中绕组的末端相连接，HS3多功能信号发生器的输出端分别与控制器的输入端、功率放大器的输入端相连接，功率放大器的输出端与试验变压器中绕组的始端相连接；

所述HS3多功能信号发生器的输入端与试验变压器中绕组的末端通过第一采样电阻相连接，功率放大器的输出端与试验变压器中绕组的始端通过第二采样电阻6相连接。

所述控制器、HS3多功能信号发生器、功率放大器、第一采样电阻、第二采样电阻及试验变压器之间的连接过程中均通过50Ω的同轴电缆相连接；

所述第一采样电阻及第二采样电阻的电阻值均为50Ω。

所述功率放大器为HSA4012。

相应的，本发明所述的检测变压器变形的方法，包括以下步骤：

1)用户通过控制器向HS3多功能信号发生器发出检测指令，HS3多功能信号发生器接收所述检测指令，并根据检测指令产生正弦扫频信号，正弦扫频信号经过功率放大器放大、第二采样电阻后输入到试验变压器中绕组的始端；

2)所述HS3多功能信号发生器通过第二采样电阻及第一采样电阻同时采集试验变压器中绕组始端的电压信号及末端的电压信号，并存储绕组始端的电压信号及末端的电压信号，再根据 $R=\left|\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1-{\stackrel{\→}{U}}_2}{{\stackrel{\→}{I}}_2}\right|=|50\×\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1}{{\stackrel{\→}{U}}_2}-50|=50\×\sqrt{{\left|\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1}{{\stackrel{\→}{U}}_2}\right|}^2-2\×\left|\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1}{{\stackrel{\→}{U}}_2}\right|\×\cos \mathrm{\θ}+1}$ 计算各频率点处试验变压器绕组的短路阻抗值，其中，为试验变压器中绕组始端的电压向量，为试验变压器中绕组末端的电压向量，代表绕组的末端电流向量，θ为与向量的夹角，然后再将各频率点处试验变压器绕组的短路阻抗值输入到控制器中；

3)控制器接收所述各频率点处试验变压器绕组的短路阻抗值，并根据各频率点处试验变压器绕组的短路阻抗值绘制短路阻抗曲线，再根据绘制的短路阻抗曲线观察变压器绕组的变形情况。

步骤1)中所述正弦扫频信号的频率为500Hz-1MHz。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的检测变压器绕组变形的系统及方法设有HS3多功能信号发生器、功率放大器及控制器，在采集的过程中，HS3多功能信号发生器同时采集多对试验变压器中绕组始端的电压信号及绕组末端的电压信号，再根据绕组始端的电压信号及绕组末端的电压信号得到变压器绕组的短路阻抗值，然后再根据获取的多个短路阻抗值绘制短路阻抗曲线，用户即可根据短路阻抗曲线得知变压器绕组变形的情况。这种方法结合了频率响应法与短路阻抗法的优点，既包含了丰富的测量信息，又有成熟的短路阻抗测试标准值作为参照，简单、方便、准确度高。

进一步，所述控制器、HS3多功能信号发生器、功率放大器、第一采样电阻、第二采样电阻及试验变压器之间的连接过程中均通过50Ω的同轴电缆相连接，第一采样电阻及第二采样电阻的电阻值均为50Ω，用于与同轴电缆进行阻抗匹配，从而提高获取试验变压器中绕组始端的电压信号及绕组末端的电压信号的准确性，进而提高检测变压器绕组变形的准确性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1为HS3多功能信号发生器、2为控制器、3为试验变压器、4为功率放大器、5为第一采样电阻、6为第二采样电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的检测变压器绕组变形的系统，包括控制器2、HS3多功能信号发生器1、功率放大器4、第一采样电阻5、第二采样电阻6及试验变压器3；所述HS3多功能信号发生器1的输入端分别与控制器2的输出端、功率放大器4的输出端及试验变压器3中绕组的末端相连接，HS3多功能信号发生器1的输出端分别与控制器2的输入端、功率放大器4的输入端相连接，功率放大器4的输出端与试验变压器3中绕组的始端相连接；所述HS3多功能信号发生器1的输入端与试验变压器3中绕组的末端通过第一采样电阻5相连接，功率放大器4的输出端与试验变压器3中绕组的始端通过第二采样电阻6相连接。所述控制器2、HS3多功能信号发生器1、功率放大器4、第一采样电阻5、第二采样电阻6及试验变压器3之间的连接过程中均通过50Ω的同轴电缆相连接；所述第一采样电阻5及第二采样电阻6的电阻值均为50Ω。

HS3多功能信号发生器1是一款功能强大的可编程控制集成设备，可输出方波、正弦波、锯齿波、脉冲波、谐波等标准波形，最大输出信号频率可达2MHz；采集部分有两个通道(CH1／CH2)，每通道设有128K字节缓存，最高采样速率为50MHz，支持VB、VC以及labview等编程语言并提供内容丰富的动态函数库组，可与NI产品的DAQmx进行无缝连接。

所述功率放大器4为HSA4012功率放大器4，HSA系列能够处理从直流到最高10MHz的信号，是一种高速、宽频带、高电压输出的双极性方式的功率放大器4。输出电压上升率为最高5000V／μs，即使是上升沿陡峭的高速脉冲信号或复杂波形的信号，也能够忠实的将其放大；其高电压输出最大输出电压为150Vp-p，最大电流为5.66Ap-p，能够满足要求的最大功率输出需求。

本发明所述的检测变压器变形的方法，包括以下步骤：

1)用户通过控制器2向HS3多功能信号发生器1发出检测指令，HS3多功能信号发生器1接收所述检测指令，并根据检测指令产生频率为500Hz-1MHz的正弦扫频信号，正弦扫频信号经过功率放大器4放大、第二采样电阻6后输入到试验变压器3中绕组的始端；

2)所述HS3多功能信号发生器1通过第二采样电阻6及第一采样电阻5同时采集试验变压器3中绕组始端的电压信号及末端的电压信号，并存储绕组始端的电压信号及末端的电压信号，再根据 $R=\left|\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1-{\stackrel{\→}{U}}_2}{{\stackrel{\→}{I}}_2}\right|=|50\×\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1}{{\stackrel{\→}{U}}_2}-50|=50\×\sqrt{{\left|\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1}{{\stackrel{\→}{U}}_2}\right|}^2-2\×\left|\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1}{{\stackrel{\→}{U}}_2}\right|\×\cos \mathrm{\θ}+1}$ 计算各频率点处试验变压器3绕组的短路阻抗值，其中，为试验变压器3中绕组始端的电压向量，为试验变压器3中绕组末端的电压向量，代表绕组的末端电流向量，θ为与向量的夹角，然后再将各频率点处试验变压器3绕组的短路阻抗值输入到控制器2中；

3)控制器2接收所述各频率点处试验变压器3绕组的短路阻抗值，并根据各频率点处试验变压器3绕组的短路阻抗值绘制短路阻抗曲线，再根据绘制的短路阻抗曲线观察变压器绕组的变形情况。

本发明所述的控制器2、HS3多功能信号发生器1、功率放大器4、第一采样电阻5、第二采样电阻6及试验变压器3在连接的过程中采用50Ω同轴电缆进行连接，从而有效的提高了电压信号传输的可靠性，抗干扰能力强。同时HS3多功能信号发生器1的输入端与试验变压器3中绕组的末端通过50Ω的第一采样电阻5相连接，功率放大器4的输出端与试验变压器3中绕组的始端通过50Ω的第二采样电阻6相连接，进而消除同轴线缆对传输信息的影响，降低传输过程中电压信号电压的损耗。

Claims (3)

1.一种检测变压器变形的方法，其特征在于，基于检测变压器绕组变形的系统，所述的检测变压器绕组变形的系统包括控制器(2)、HS3多功能信号发生器(1)、功率放大器(4)、第一采样电阻(5)、第二采样电阻(6)及试验变压器(3)；

所述HS3多功能信号发生器(1)的输入端分别与控制器(2)的输出端、功率放大器(4)的输出端及试验变压器(3)中绕组的末端相连接，HS3多功能信号发生器(1)的输出端分别与控制器(2)的输入端、功率放大器(4)的输入端相连接，功率放大器(4)的输出端与试验变压器(3)中绕组的始端相连接；

所述HS3多功能信号发生器(1)的输入端与试验变压器(3)中绕组的末端通过第一采样电阻(5)相连接，功率放大器(4)的输出端与试验变压器(3)中绕组的始端通过第二采样电阻(6)相连接；

所述控制器(2)、HS3多功能信号发生器(1)、功率放大器(4)、第一采样电阻(5)、第二采样电阻(6)及试验变压器(3)之间的连接过程中均通过50Ω的同轴电缆相连接；

所述第一采样电阻(5)及第二采样电阻(6)的电阻值均为50Ω；

包括以下步骤：

1)用户通过控制器(2)向HS3多功能信号发生器(1)发出检测指令，HS3多功能信号发生器(1)接收所述检测指令，并根据检测指令产生正弦扫频信号，正弦扫频信号经过功率放大器(4)放大、第二采样电阻(6)后输入到试验变压器(3)中绕组的始端；

2)所述HS3多功能信号发生器(1)通过第二采样电阻(6)及第一采样电阻(5)同时采集试验变压器(3)中绕组始端的电压信号及末端的电压信号，并存储绕组始端的电压信号及末端的电压信号，再根据 $R=\left|\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1-{\stackrel{\→}{U}}_2}{{\stackrel{\→}{I}}_2}\right|=\left|50\×\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1}{{\stackrel{\→}{U}}_2}-50\right|=50\×\sqrt{{\left|\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1}{{\stackrel{\→}{U}}_2}\right|}^2-2\×\left|\frac{{\stackrel{\→}{U}}_1}{{\stackrel{\→}{U}}_2}\right|\×\cos \mathrm{\θ}+1}$ 计算各频率点处试验变压器(3)中绕组的短路阻抗值，其中，为试验变压器(3)中绕组始端的电压向量，为试验变压器(3)中绕组末端的电压向量，代表绕组的末端电流向量，θ为与向量的夹角，然后再将各频率点处试验变压器(3)绕组的短路阻抗值输入到控制器(2)中；

3)控制器(2)接收所述各频率点处试验变压器(3)中绕组的短路阻抗值，并根据各频率点处试验变压器(3)中绕组的短路阻抗值绘制短路阻抗曲线，再根据绘制的短路阻抗曲线观察变压器中绕组的变形情况。

2.根据权利要求1所述的检测变压器变形的方法，其特征在于，步骤1)中所述正弦扫频信号的频率为500Hz-1MHz。

3.根据权利要求1所述的检测变压器变形的方法，其特征在于，所述功率放大器(4)为HSA4012。