CN104714099B - 一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，包括：根据全压恒流源法建立包含直流电阻测试仪内恒流源、恒流源中的标准电阻和变压器的绕组组成的测试回路；令所述恒流源在预设的输出电流附近进行一定幅值的电流的多次波动，直至所述恒流源的输出电流稳定在一定的电流值；根据变压器绕组上的直流电压、标准电阻上的电压以及标准电阻的阻值得到变压器直流电阻的阻值。本发明可以达到超速测量且测量准确的目的。本发明与目前的快速测试仪相比，在相同的测试电流和接线方式下，所用时间仅有十分之一以内，本发明对缩短设备停电时间，减少劳动强度，提高变压器使用寿命和电力系统稳定性都具有重要意义。

Description

一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及变压器检测技术领域，具体为一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法。
背景技术
电力变压器直流电阻测量是出厂，交接及预防性试验必做的试验项目之一，目的是检查绕组焊接质量，检查分接开关各个位置接触是否良好，检查绕组或引出线有无折断处，检查并联支路正确性，是否存在由几条并联导线绕制的绕组发生一处或几处断线的情况，检查层、匝间有无短路的现象。
我们知道测量变压器的直流电阻，就是把变压器绕组看成一个较大电感和一个较小电阻串联的回路，在回路中通入直流电，当通入的直流电流稳定以后较大电感的感抗降为接近零的时候，测量回路中通入的直流电压和直流电流。他们的比值，就是我们要测量的这个较小电阻的数值，通常叫变压器绕组的直流电阻。
目前测量变压器直流电阻的方法及使用仪器如下。
A，从施加的电源分：
1)稳压电压源法：就是在回路中使加一个稳定的数值不变(容量足够大)的直流电压，由于较大电感和较小电阻串联就有个自然过渡过程，当回路中的电流有小变大，相对稳定以后，这样测量的电压与电流的比值，就是我们说的电压源法测到的变压器绕组的直流电阻。如：QJ44双臂电桥法。
2)全压恒流源法：利用电子技术经整流产生的直流电源，在稳压的条件下给绕组输送足够大的电流，完成电感储能后，转入稳流状态，保持输出稳定的直流电流，本方法不是直接按照欧姆定理的伏安表法测量的，而是使用标准电阻比较法测定电阻值的，其原理是标准电阻和绕组中通过相同的恒流源直流电流，绕组上的直流电压UC和标准电阻上的电压US的比值乘以标准电阻的电阻值RS，得到绕组的直流电阻值RC，如：直流电阻快速测试仪。
测试仪输出的电流大小，是有仪器的设定电压值决定的，设定电压值和标准电阻上的电压之差，作为电压负反馈增量来控制电流输出大小的。电压负反馈增量等于零时，就输出稳定的直流电流了。
B，从铁芯中磁通量在磁化曲线上的位置分：
1)零值区，测试绕组和其他非测试绕组通入的电流反向，使铁芯中的磁通量基本保持在零值，以减小电感，便测试电流快速稳定，如：消磁法。
2)线性区：通入的测量电流较小，使铁芯中的磁通量工作在直线区域内，如：电压电流表法，电阻突变法，激磁振荡法。
3)非线性区：增大测量电流(大于空载电流峰值2倍以上)，使铁芯中的磁通量进入非线性区，以减小电感，使测试电流快速稳定，如：高电压，大电流法。
4)相对饱和区：继续增大电流(大于空载电流峰值10倍以上)，使铁芯中的磁通量进入接近饱和的区域，以快速减小电感，使测试电流快速稳定。超大电流法和助磁法。
5)绝对饱和区(饱和点以后的区域)：饱和极限，理论上存在，实际不存在的区域。
以上方法都是为了能缩短测试时间，快速测量变压器直流电阻为目的。对于测量容量较小的变压器(或时间常数较小的变压器)，效果都比较好。随着电力系统的快速发展，变压器的单台容量逐年增大趋势。特别是变压器容量，增至200MVA以上时。除了采用大电流恒流源使铁芯磁通量进入深度饱和区内，才能测出较准确数值以外。其他方法基本上几天的时间也不能测量出一个像样的数值。比如：目前测量一台容量360MVA的变压器低压绕组直流电阻，用输出20A的直流电阻快速测试仪并用助磁的方法，大约需要30分钟，才能测量出一个稳定的数值。若再想缩短测试时间，有的采用40A.60A.80A，甚至100A的大电流(有关规定测试电流不宜超过20A)和助磁法(增大电流的变化形式)。绕组中长时间通入大的直流电流，使绕组中的损耗增加，温度升高，测量电阻误差增大。同时也必然使铁芯中磁通量进入相对饱和状态，根据铁磁材料中的磁畴磁化度强度的增强，当外磁场减小到零后，磁矩也不会马上回到零，从而产生较大的剩磁。在变压器重新投入运行时，特别是全压投入运行时。会产生极大的励磁涌流冲击电流。引起变压器绕组铁芯及内部紧固件的剧烈震动，使变压器差动保护动作而跳闸。对变压器的使用寿命和电力系统的安全稳定运行，都有较大危害。随着单台变压器容量的增大，这个问题将更加突出。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，用于解决现有技术中测量变压器直流电阻时间长的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，所述超速测量大型电力变压器直流电阻的方法包括：根据全压恒流源法建立包含直流电阻测试仪恒流源和变压器的绕组的测试回路；其中，所述恒流源中包括标准电阻；令所述恒流源在预设的输出电流附近进行一定幅值的电流的多次波动，直至所述恒流源的输出电流稳定在一定的电流值；根据变压器绕组上的直流电压、标准电阻上的电压以及标准电阻的阻值得到变压器直流电阻的阻值。
优选地，所述进行一定幅值的电流的多次波动具体实现方式为：在恒流源内的取样电阻上并联或串联一个电阻调节电路，通过调节所述电阻调节电路的输出电阻值实现一定幅值的电流的多次波动。
优选地，所述电阻调节电路由多个串联的电阻构成。
优选地，所述电阻调节电路由一个滑动变阻器构成。
优选地，所述进行一定幅值的电流的多次波动具体实现方式为：通过调节恒流源的直流电源电压。
优选地，所述进行一定幅值的电流的多次波动具体实现方式为：通过调节外接电源电路参数，使单独通过变压器的绕组测量绕组中的电流实现多次波动。
优选地，根据变压器绕组上的直流电压、标准电阻上的电压以及标准电阻的阻值得到变压器直流电阻的阻值具体为：其中，RC为变压器直流电阻的阻值，UC为变压器绕组上的直流电压，RS为标准电阻的阻值，US为标准电阻上的电压。
如上所述，本发明的一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，具有以下有益效果：
本发明是采用强制恒流源使通过测量绕组中的电流在预设值进行一定幅值的多次波动，然后再稳定在一定的电流值上再进行测量变压器直流电阻的新方法，可以达到测量超快速且测量准确的目的。本发明不但对缩短设备停电时间，减少劳动强度，提高变压器使用寿命和电力系统稳定性具有重要意义。
附图说明
图1显示为本发明的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法的流程示意图。
图2显示为本发明中全压恒流源法测试的原理简单示意图。
图3显示为本发明中全压恒流源法变压器绕组等效为较小直流电阻RC和较大电感L的原理简单示意图。
图4显示为本发明的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法的电流波动曲线图。
图5显示为本发明的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法中电流-磁通-时间和磁场强度-磁场密度-时间的三维曲线图。
图6显示为本发明的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法中外接电源电路的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明的目的在于提供一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，用于解决现有技术中测量变压器直流电阻时间长的技术问题。以下将详细阐述本发明的一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法。
本发明是采用强制恒流源电流在设定值附近进行一定幅值的多次波动，然后再稳定在一定的电流值上的新方法，目的就是改变测量时(比如电流是20A)的磁通量增量曲线的运行轨迹，在波动结束稳定在20A时，就使磁通量增量变化率就减小到了标准数值，以实现超快速，准确测量的目的。
本实施例提供一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，具体地，如图1所示，所述超速测量大型电力变压器直流电阻的方法包括以下步骤。
步骤S11，根据全压恒流源法建立包含直流电阻测试仪内恒流源、恒流源中的标准电阻和变压器的绕组组成的测试回路。
全压恒流源法是利用电子技术经整流产生的直流电源或直流电池电源，在稳压的条件下给绕组输送足够大的电流，完成电感储能后，转入稳流状态，保持输出稳定的直流电流，本方法不是直接按照欧姆定理的伏安表法测量的，而是使用标准电阻比较法测定电阻值的，其原理是标准电阻和绕组中通过相同的恒流源直流电流，绕组上的直流电压UC和标准电阻上的电压US的比值乘以标准电阻的电阻值RS，得到绕组的直流电阻值RC。
在本实施例中，恒流源的原理简单示意如图2所示，恒流源主要由电源部分(包括整流电路、滤波电路和稳压电路)、调整电路、取样电路(即本实施例中的标准电阻)、误差放大及反馈电路和基准电源等组成。输出电流在取样电阻Rs(标准电阻)产生取样电压送到运算放大与基准电压UR进行比较后，得到误差电压，该电压经转换变成电流控制调整管Q，达到稳定输出电流的目的，恒流源的恒流原理通过一个反馈电路来实现。等效电路如图3所示，变压器绕组等效表示为一个很小的直流电阻RC和一个很大电感L串联组成。
步骤S12，令所述恒流源在预设的输出电流附近进行一定幅值的电流的多次波动，直至所述恒流源的输出电流稳定在一定的电流值。其中一定幅值的波动幅值逐渐减小。
在本实施例中，进行一定幅值的电流的多次波动具体实现方式为：在恒流源内的取样电阻Rs(标准电阻)上并联或串联一个电阻调节电路，通过调节所述电阻调节电路的输出电阻值实现一定幅值的电流的多次波动。
其中，所述电阻调节电路由多个串联的电阻构成或者所述电阻调节电路由一个滑动变阻器构成。在恒流源内的取样电阻Rs(标准电阻)上并联一个电阻调节电路为例进行说明。所述电阻调节电路由多个串联的电阻构成时，如图2所示，例如，电阻调节电路由五个电阻串联构成，开关K依次合于电阻R1触头、电阻R2触头、电阻R3触头、电阻R4触头和电阻R5触头，得到不同的取样电阻值，来调节恒流源输出电流的大小。开关K位于6触头时是空挡位置，取样电阻就是标准电阻值RS，就得到给定的恒流源稳定的输出电流，然后再进行测量。
此外，进行一定幅值的电流的多次波动具体实现方式也可以为：通过调节恒流源的直流电源电压或改变给定电压以及通过调节外接电源电路参数，使单独通过变压器的绕组测量绕组中的电流实现多次波动等，具体的外接电源电路如图6所示。
用我们发现的随时间而变化的磁化度增量曲线理论及公式可以看到，测量速度决定于随时间而变化的磁化度曲线的斜率小到测量值的时间，即公式中(磁化度增量的变化率产生的反感电动势小于某值)，我们以图4举例说明，如图4所示，曲线(L30A，L20A,L10A)-表示恒流源电流是(30A，20A，10A)时，铁芯中的磁通总量随时间分别变化的曲线，特征是随着时间增加，数值逐渐增大，斜率逐渐减小。曲线L0就是强制恒流源电流在30A-10A之间进行高位多次波动后，然后再稳定在20A电流值上的铁芯中磁通量轨迹线。可以看出，在t1时间波动结束后，轨迹线上的斜率就已经达到了，电流20A不波动曲线的D点，t2时间就是缩短的测量时间。
与现有的仪器相比，在相同的试验电流及试验方式下，具有超快速测量大型电力变压器直流电阻，测量时间基本上仅决定于电子技术自动调节控制的恒流源高位波动时间，是现有技术测量时间的十分之一以上。
步骤S13，根据变压器绕组上的直流电压、标准电阻上的电压以及标准电阻的阻值得到变压器直流电阻的阻值RC的近似值。
具体地，根据变压器绕组上的直流电压、标准电阻上的电压以及标准电阻的阻值得到变压器直流电阻的阻值具体为：其中，RC为变压器直流电阻的近似阻值，UC为变压器绕组上的直流电压，RS为标准电阻的阻值，US为标准电阻上的电压。
变压器绕组上的直流电压为即而是一个随时间减少的变化量，无限接近于零，所以
在全压恒流源(电子技术强制稳流)方式下，测试电流为10A,20A,30A时，对处于相对饱和区内的磁通密度变化规律进行深入研究分析，发现了以磁化度增量曲线为主要特征的过渡过程，并绘制了测试电流与磁通量和测试时间三个参数之间关系的示意图如图5所示。
随时间而变化的磁化度增量曲线理论是三维曲线。目前电磁场的理论H-B曲线和磁滞回线曲线，都是二维曲线(在这种特殊情况下并没有把起主导作用的时间因素考虑进去)。
曲线L0，L1，L2——是时间为(0，t1，t2)时通入线圈的电流(或磁场强度H)与铁芯中的磁通量(或磁场密度B)关系的示意曲线。特征是：在H-B轴上初期是线性关系，末期是非线性关系。曲线斜率逐渐减小。以L0曲线为例：30A点的斜率小于20A点的斜率就是我们观察到的测试电流越大，测试时间较短，测试电流越小测试时间越长。
曲线P1，P2，P3——是电流为定值(10,20,30)A时，变压器铁芯中磁场密度随时间而变化的示意曲线。特征是：1)随着作用时间，数值逐渐增大，曲线斜率逐渐减小。以P3曲线为例线段a1-b1<a2-b2,a2点的斜率小于a1点的斜率。这就是我们观察到的在测试过程中，恒流源电流稳定后，测试直流电阻数值总是随着试验时间的从大到小的规律变化，很少出现数据大小波动的情况
一般我们认为：在一分钟时间内，数显表的数字(分辨率1微欧)不再变化，就表示得到一个稳定的数值(或一个准确的数据)记下数据，测量完毕。(磁通的变化率所产生的反感电势对测量的影响小到一分钟时间内，数显表的数字不再变化)。
综上所述，本发明是采用强制恒流源电流在预设值附近进行一定幅值的多次波动，然后再稳定在一定的电流值上测量直流电阻的新方法，可以达到测量超快速且测量准确的目的。本发明对缩短设备停电时间，减少劳动强度，提高变压器使用寿命和电力系统稳定性都具有重要意义。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功能，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，其特征在于，所述超速测量大型电力变压器直流电阻的方法包括：
根据全压恒流源法建立包含直流电阻测试仪恒流源和变压器的绕组的测试回路；其中，所述恒流源中包括标准电阻；
令所述恒流源在预设的输出电流附近进行一定幅值的电流的多次波动，直至所述恒流源的输出电流稳定在一定的电流值；
根据变压器绕组上的直流电压、标准电阻上的电压以及标准电阻的阻值得到变压器直流电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，其特征在于，所述进行一定幅值的电流的多次波动具体实现方式为：在恒流源内的取样电阻上并联或串联一个电阻调节电路，通过调节所述电阻调节电路的输出电阻值实现一定幅值的电流的多次波动。
3.根据权利要求2所述的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，其特征在于，所述电阻调节电路由多个串联的电阻构成。
4.根据权利要求2所述的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，其特征在于，所述电阻调节电路由一个滑动变阻器构成。
5.根据权利要求1所述的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，其特征在于，所述进行一定幅值的电流的多次波动具体实现方式为：通过调节恒流源的直流电源电压。
6.根据权利要求1所述的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，其特征在于，所述进行一定幅值的电流的多次波动具体实现方式为：通过调节外接电源电路参数，使单独通过变压器的绕组中的电流实现多次波动。
7.根据权利要求1所述的超速测量大型电力变压器直流电阻的方法，其特征在于，根据变压器绕组上的直流电压、标准电阻上的电压以及标准电阻的阻值得到变压器直流电阻的阻值具体为：其中，RC为变压器直流电阻的阻值，UC为变压器绕组上的直流电压，RS为标准电阻的阻值，US为标准电阻上的电压。
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