CN104076226B - 基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置及方法。它涉及到功率测量和能效计量领域，它是为了提高能效测量的精度。本方法使用电压、电流取差值以降低被测量（功率）的量级差异，通过适当的电路变换，将被测量变压器的损耗功率从输入功率与输出功率的差值，变为两个较小功率之和加以测量。这种测量方法可以将两个较大电学量的差值测量转化为两个较小电学量的总和，从而提高测量精度。本方法可以在变压器运行状态下进行能效测量，相比于变压器离线检测更具有广泛的应用前景。本发明涉及的被测变压器可以是单相变压器，也可以是三相变压器。

Description

基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置及方法

技术领域

本发明属于电学领域，尤其是涉及一种基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置及方法。

背景技术

变压器是电力系统中的主要设备之一。变压器能量传输效率的高低是整个电力系统能源效率的重要组成部分。变压器上的能源损耗造成了供电公司、用电用户的经济损失。提高变压器的能效是国际电力领域专家长期努力的方向。而对变压器能效的准确检测是监控变压器能效的基础。变压器在从工厂生产出来之后，需要进行出厂检定；投入运行之后每隔一段时间也需要进行例行检查。变压器能效是主要的检查指标之一。

在目前的国家标准下，对变压器能效的检测使用了测量空载损耗和短路损耗的方法，另一种广泛采用的方法是输入功率与输出功率相减的方法。空载和短路损耗的方法基于损耗功率可以分开测量的近似假设，具有一定的近似性。输入功率和输出功率相减的方法虽然不含有如上近似假设，但是由于变压器能效通常较高(通常在80％-90％以上，有的甚至超过99％)，所以输入功率和输出功率在数值上比较接近，且远大于损耗功率。因此该方法所得到的损耗功率精确度较低，进而影响了能效计量的精确度。本专利提出的新方法相比于以上两种方法，具有明显的优势。首先，本方法利用合理的电路变换，可以通过测量两个较小功率并相加得到损耗功率的数值。这种方法使得所用测量仪器的实际测量档位量程范围与损耗功率的大小更加接近，从而得到更高的功率测量准确度。其次，本方法不必如空载损耗和短路损耗测量一般只能离线测量。本方法由于对加载在变压器上的电源、变压器连接的负载没有限制，所以可以实现在线测量。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种增加了变压器能效计量的实验灵活性，提高了计量变压器能效的准确度，并且可以用于变压器能效在线测量的一种基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置及方法。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种将不易测准的待测量通过电压、电流的做差或求和、乘除等数学运算，转化为易于测量和/或易于测准的其他电学量，在最终测量对象一致的情况下改变了实际测量对象，降低了实验难度的一种基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置及方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置，其特征在于，

首先在变压器一次侧或电源端的两端接一个第一电压互感器，并在接地回线上串接一个第一电流互感器或与第一电流互感器有相同变比的第一钳式电流互感器；

然后在变压器二次侧或负载端的两端接一个第二电压互感器，并在接地回线上串接一个第二电流互感器或与第二电流互感器有相同变比的第二钳式电流互感器；

最后，在第一电压互感器的二次绕组接第三功率表电压端口；第一电压互感器的二次绕组与第二电压互感器的二次绕组串联，并且第一电压互感器的二次绕组与第二电压互感器的二次绕组的电压差端接在第一功率表的电压端口；第一电流互感器的二次绕组正向串接第三功率表并正向串接第二功率表电流端口；第二电流互感器的二次绕组正向串接第一功率表电流端口并反向串接第二功率表电流端口。

本发明创造性的结合了电学测量的特点和恰当的数学技巧，所衍生出来的电路变换方法不仅可用于变压器能效计量，而且对其他相关测量试验的改进提供了启发和借鉴。这种电路变换的方法将不易测准的待测量通过电压、电流的做差或求和、乘除等数学运算，转化为易于测量和/或易于测准的其他电学量，在最终测量对象一致的情况下改变了实际测量对象，降低了实验难度，提高了测量的精确度。

在上述的一种基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置，其特征在于，若是在线测量，则用钳式电流互感器代替电流互感器接入电路中。

一种使用基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置的方法，其特征在于，

步骤1，通过第一电压流互感器和第二电流互感器分别测得变压器一次侧和二次侧电流并将做差后得到的差值电流作为第二功率表的输入信号之一；

步骤2，通过第一电压互感器和第二电压互感器分别测得变压器一次侧和二次侧电压并将做差后得到的差值电压作为功率表第一功率表的输入信号之一；

步骤3，将步骤1得到差值电流与变压器第一电压互感器二次侧的电压一同作为第二功率表输入信号，测得的结果为功率A；将步骤2得到差值电压与变压器第二电流互感器二次侧的电流一同作为第一功率表输入信号，测得的结果为功率B；第三功率表测得的结果为功率C；计入互感器变比折算之后的功率A和功率B的功率之和是测得的变压器损耗功率，即

P_loss＝U₁(I₁-I₂/k)+I₂(U₁/k-U₂)；

式中，P_loss代表变压器损耗功率，U₁、I₁代表变压器一次侧或电源侧的电压、电流，U₂、I₂代表变压器二次侧或负载侧的电压、电流，k为一个设定的常数；k的值为：k＝被测变压器的变比±20％，使得电压差值(U₁/k-U₂)和电流差值(I₁-I₂/k)的大小足够小，便于功率表测量；

比较变压器损耗功率和输入功率，则能够得到变压器的能效，能效计算公式为：

因此，本发明具有如下优点：1.增加了变压器能效计量的实验灵活性，提高了计量变压器能效的准确度，并且可以用于变压器能效在线测量；2.将不易测准的待测量通过电压、电流的做差或求和、乘除等数学运算，转化为易于测量和/或易于测准的其他电学量，在最终测量对象一致的情况下改变了实际测量对象，降低了实验难度。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的基本电路示意图(单相)；

图3a为本发明的基本电路示意图(三相)；

图3b为本发明涉及的测量损耗功率的基本电路示意图(三相)；

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本方法使用的仪器包括：变压器、电源、负载、电压互感器、电流互感器、功率表。首先在变压器一次侧或电源端的两端接一个第一电压互感器，并在接地回线上串接一个第一电流互感器或与第一电流互感器有相同变比的第一钳式电流互感器；

然后在变压器二次侧或负载端的两端接一个第二电压互感器，并在接地回线上串接一个第二电流互感器或与第二电流互感器有相同变比的第二钳式电流互感器；

最后，在第一电压互感器的二次绕组接第三功率表电压端口；第一电压互感器的二次绕组与第二电压互感器的二次绕组串联，并且第一电压互感器的二次绕组与第二电压互感器的电压差端接在第一功率表的电压端口；第一电流互感器的二次绕组正向串接第三功率表并正向串接第二功率表电流端口；第二电流互感器的二次绕组正向串接第一功率表电流端口并反向串接第二功率表电流端口。

其中，测量电路根据测量公式搭建，变压器的一次侧电压、电流，二次侧电压、电流均通过互感器引出，用于形成电压差、电流差或提供给功率表进行功率测量。

这里所测量的变压器包括单相变压器和三相变压器，电压等级不限。三相变压器的连接图以Dy11为例，但不仅限于Dy11。三相变压器的接线相当于单相变压器的接线在每一相绕组上接一遍，一共接三遍相同的电路(见图3a)。三相变压器的损耗功率按照图3b的接线进行测量。总的损耗功率为功率表1至功率表6的功率相加。在实际器材数量有限的情况下，可分组测量(但需要保持电源和负载情况不变)。三相变压器的总输入功率可以使用二瓦计方法使用两个功率表测量，也可以用类似于单相法的接线使用三个功率表测量(对于高压变压器，测量都通过电压、电流互感器进行)，此处不再附图说明。

互感器，所使用的电压、电流互感器的变比应该满足一定的关系以符合新的能效计量公式，同时也要符合功率表的测量范围。

电源，变压器的电源可以是试验用电源，也可以是在运行中的变压器的输入端；

负载，变压器的负载可以是试验用负载，也可以是在运行中的变压器的输出端；

功率表，测量功率使用的功率表，量程应与所测量的量匹配。加入某种铁芯组合的接收线圈用于接收发射线圈传输过来的电磁场能量；接收线圈同发射线圈的构成基本相似，调整铁芯或者线圈的组合及布置，使接收线圈能够接收的电能达到最大或是在能够接收一定电能的情况下尽可能增大接收线圈与发射线圈之间的距离；

计算时，首先，通过第一电压流互感器和第二电流互感器分别测得变压器一次侧和二次侧电流并将做差后得到的差值电流作为第二功率表的输入信号之一；

然后，通过第一电压互感器和第二电压互感器分别测得变压器一次侧和二次侧电压并将做差后得到的差值电压作为功率表第一功率表的输入信号之一；

最后，将差值电流与变压器第一电压互感器二次侧的电压一同作为第二功率表输入信号，测得的结果为功率A；将得到差值电压与变压器第二电流互感器二次侧的电流一同作为第一功率表输入信号，测得的结果为功率B；第三功率表测得的结果为功率C；计入互感器变比折算之后的功率A和功率B的功率之和是测得的变压器损耗功率，即

P_loss＝U₁(I₁-I₂/k)+I₂(U₁/k-U₂)；

式中，P_loss代表变压器损耗功率，U₁、I₁代表变压器一次侧或电源侧的电压、电流，U₂、I₂代表变压器二次侧或负载侧的电压、电流，k为一个设定的常数；k的值为：k＝被测变压器的变比±20％，使得电压差值(U₁/k-U₂)和电流差值(I₁-I₂/k)的大小足够小，便于功率表测量；

比较变压器损耗功率和输入功率，则能够得到变压器的能效，能效计算公式为：

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置，其特征在于，该装置包括变压器、电源、负载、两个电压互感器、两个电流互感器以及三个功率表；

首先在变压器一次侧或电源端的两端接一个第一电压互感器，并在接地回线上串接一个第一电流互感器；

然后在变压器二次侧或负载端的两端接一个第二电压互感器，并在接地回线上串接一个第二电流互感器；

最后，在第一电压互感器的二次绕组接第三功率表电压端口；第一电压互感器的二次绕组与第二电压互感器的二次绕组串联，并且第一电压互感器的二次绕组与第二电压互感器的二次绕组的电压差端接在第一功率表的电压端口；第一电流互感器的二次绕组正向串接第三功率表并正向串接第二功率表电流端口；第二电流互感器的二次绕组正向串接第一功率表电流端口并反向串接第二功率表电流端口；

其中，测变压器的一次侧或电源端电压、电流，二次侧或负载端电压、电流均通过互感器引出，用于形成电压差、电流差或提供给功率表进行功率测量；变压器的电源采用试验用电源。

2.一种使用基于电压差值和电流差值测量变压器能效的装置的测量方法，其特征在于，该装置包括变压器、电源、负载、两个电压互感器、两个电流互感器以及三个功率表；

首先在变压器一次侧或电源端的两端接一个第一电压互感器，并在接地回线上串接一个第一电流互感器；

然后在变压器二次侧或负载端的两端接一个第二电压互感器，并在接地回线上串接一个第二电流互感器；

最后，在第一电压互感器的二次绕组接第三功率表电压端口；第一电压互感器的二次绕组与第二电压互感器的二次绕组串联，并且第一电压互感器的二次绕组与第二电压互感器的二次绕组的电压差端接在第一功率表的电压端口；第一电流互感器的二次绕组正向串接第三功率表并正向串接第二功率表电流端口；第二电流互感器的二次绕组正向串接第一功率表电流端口并反向串接第二功率表电流端口；

步骤1，通过第一电流互感器和第二电流互感器分别测得变压器一次侧和二次侧电流并将做差后得到的差值电流作为第二功率表的输入信号之一；

步骤2，通过第一电压互感器和第二电压互感器分别测得变压器一次侧和二次侧电压并将做差后得到的差值电压作为第一功率表的输入信号之一；

步骤3，将步骤1得到差值电流与变压器第一电压互感器二次侧的电压一同作为第二功率表输入信号，测得的结果为功率A；将步骤2得到差值电压与变压器第二电流互感器二次侧的电流一同作为第一功率表输入信号，测得的结果为功率B；第三功率表测得的结果为功率C；计入互感器变比折算之后的功率A和功率B的功率之和是测得的变压器损耗功率，即

P_loss＝U₁(I₁-I₂/k)+I₂(U₁/k-U₂)；

式中，P_loss代表变压器损耗功率，U₁、I₁代表变压器一次侧或电源侧的电压、电流，U₂、I₂代表变压器二次侧或负载侧的电压、电流，k为一个设定的常数；k的值为：k＝被测变压器的变比±20％，使得电压差值(U₁/k-U₂)和电流差值(I₁-I₂/k)的大小足够小，便于功率表测量；

比较变压器损耗功率和输入功率，则能够得到变压器的能效，能效计算公式为：