CN105067878B - 变压器功率特性带电测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器功率特性带电测试仪及其测试方法，通过同时对正在运行中的变压器的输入端和输出端的信号进行采样监测，得到变压器的本体总损耗，再对输出端的信号进行多次采样，由于电网中的负载在随时变化，输出端的电压、电流也会在一定范围内波动，在采样信号中选择相近电压信号对应的电流信号，变压器在该两组采集信号中的空载损耗是相同的，因此本体总损耗的差值是由于负载损耗的差值造成的，即电流信号的变化造成的负载损耗的变化，因此通过负载损耗与电流的关系能够得到变压器的负载损耗；而变压器的本体总损耗减去变压器的负载损耗，即可得到变压器的空载损耗。

Description

变压器功率特性带电测试仪

技术领域

本发明涉及一种测试仪器，具体涉及一种变压器功率特性带电测试仪及其测试方法。

背景技术

变压器是电力系统中最重要的设备之一，按交接试验规程、电力设备预防性试验规程，现场需要进行变压器的空载试验获取空载损耗、空载电流的数值。普通的仪器只能在变压器退出运行的情况下，通过把变压器接成空载的模式，施加一定的试验电压、电流，测量此时的功率即为变压器的空载损耗。把变压器接成短路的模式，施加一定的试验电压、电流，测量此时的功率即为变压器的短路损耗/负载损耗。

但是随着智能电网的实施要求，大型变压器的长时间停电是很困难的，且现有的变压器空载负载特性测试仪和变压器空载负载特性测试仪进行测试时对现场条件要求较高：需要有足够功率的三相电源、升压装置、CT、PT、计量仪器等等，还要求被试变压器退出运行，由于这些条件的限制，变压器空载负载试验尽管意义重大，但在电力系统中普及程度并不高。

由此可见，现有技术中仍存在诸多缺失，急待加以改良。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可以实现在带电运行状态下进行变压器空载电流、空载损耗、短路阻抗、短路损耗的测量，且可判断变压器绕组的变形情况的变压器功率特性带电测试仪及其测试方法。

一种变压器功率特性带电测试仪，其包括信号采样模块、信号转换模块、信号处理模块以及数据分析模块，所述信号采样模块的输出端依次连接信号转换模块、信号处理模块和数据分析模块；其中，

所述信号采样模块包括输入信号采样模块和输出信号采样模块，所述输入信号采样模块用于对所述变压器的输入端的电流、电压进行采样；

所述输出信号采样用于对所述变压器的输出端的电流、电压进行采样；

所述信号转换模块用于分别对输入采样信号、输出采样信号进行模-数转换；

所述信号处理模块用于分别对所述输入信号采样模块和输出信号采样模块发出采样指令，并对接收的输入采样信号、输出采样信号进行档位划分；

所述数据分析模块用于对所述输入采样信号、输出采样信号进行比较计算，得到变压器的自身损耗，并通过对输入采样信号、输出采样信号的监测得到信号变化量，通过信号变化量计算分析得到变压器的负载损耗和空载损耗。

一种新型变压器功率特性带电测试方法，其包括以下步骤:

S1、采样正在运行中的变压器的输入端和输出端的信号，根据输入端和输出端的信号的差值计算得到变压器的本体总损耗；

S2、多次采样正在运行中的变压器的输出端的信号，选择相近电压信号对应的电流信号，计算电流信号的变化量；

S3、根据对电流信号的变化量分析计算得到变压器的负载损耗，变压器的本体总损耗减去变压器的负载损耗，得到变压器的空载损耗。

本发明所述变压器功率特性带电测试仪及其测试方法，通过同时对正在运行中的变压器的输入端和输出端的信号进行采样监测，得到变压器的本体总损耗，再对输出端的信号进行多次采样，由于电网中的负载在随时变化，输出端的电压、电流也会在一定范围内波动，在采样信号中选择相近电压信号对应的电流信号，变压器在该两组采集信号中的空载损耗是相同的，因此本体总损耗的差值是由于负载损耗的差值造成的，即电流信号的变化造成的负载损耗的变化，因此通过负载损耗与电流的关系能够得到变压器的负载损耗；而变压器的本体总损耗减去变压器的负载损耗，即可得到变压器的空载损耗。

附图说明

图1为本发明所述的变压器功率特性带电测试仪的模块框图；

图2为本发明所述的变压器功率特性带电测试仪的另一模块框图；

图3为本发明所述的新型变压器功率特性带电测试方法的流程图；

图4为图3中步骤1的子流程图；

图5为图3中步骤S2的子流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种变压器功率特性带电测试仪，其包括信号采样模块10、信号转换模块20、信号处理模块30以及数据分析模块40，所述信号采样模块10的输出端依次连接信号转换模块20、信号处理模块30和数据分析模块40；其中，

所述信号采样模块10包括输入信号采样模块11和输出信号采样模块12，所述输入信号采样模块11用于对所述变压器的输入端的电流、电压进行采样；

所述输出信号采样12用于对所述变压器的输出端的电流、电压进行采样；

所述信号转换模块20用于分别对输入采样信号、输出采样信号进行模-数转换；

所述信号处理模块30用于分别对所述输入信号采样模块和输出信号采样模块发出采样指令，并对接收的输入采样信号、输出采样信号进行档位划分；

所述数据分析模块40用于对所述输入采样信号、输出采样信号进行比较计算，得到变压器的自身损耗，并通过对输入采样信号、输出采样信号的监测得到信号变化量，通过信号变化量计算分析得到变压器的负载损耗和空载损耗。

具体的，所述数据分析模块40中建立有输入采样信号、输出采样信号的差值计算，输出电流信号变化量与变压器负载损耗的函数关系、输出电压信号变化量与变压器空载损耗的函数关系以及变压器负载损耗与空载损耗的函数关系。

本发明所述变压器功率特性带电测试仪，通过信号采样模块10同时对变压器的输入端和输出端的信号进行采样，由数据分析模块40计算得到变压器的自体总损耗，由于通过对输出端的信号进行多次采样，计算得到输出端的信号变化量，通过数据分析模块40中建立的空载损耗、负载损耗与电压、电流的函数关系，由信号变化量中的电流变化量能够计算得到变压器的负载损耗，并由变压器的自体总损耗减去负载损耗即可以得到空载损耗，相较现有技术中，变压器短路阻抗测试仪或变压器空载负载特性测试仪必须在断电的情况下才能分别对变压器的空载损耗和负载损耗进行测试的问题，本发明所述变压器功率特性带电测试仪能够在变压器通电工作的状态下对其进行测试，并通过计算得到变压器的空载损耗和负载损耗，简单易操作，且无需现有技术中的各项测试条件。

由图2可知，所述输入信号采样模块11包括A相信号采样子模块111、B相信号采样子模块112、C相信号采样子模块113,其中，

A相信号采样子模块111包括A相电流采样单元111a和A相电压采样单元111b；

B相信号采样子模块112包括B相电流采样单元112a和B相电压采样单元112b；

C相信号采样子模块113包括C相电流采样单元113a和C相电压采样单元113b。

所述输出信号采样模块12包括a相信号采样子模块121、b相信号采样子模块122、c相信号采样子模块123,其中，

a相信号采样子模块121包括a相电流采样单元121a和a相电压采样单元121b；

b相信号采样子模块122包括b相电流采样单元122a和b相电压采样单元122b；

c相信号采样子模块123包括c相电流采样单元123a和c相电压采样单元123b。

所述各个采样单元对变压器的输入端和输出端的电流、电压信号进行采样，并将采样信号发送给信号处理模块30，通过同时对变压器的输入端和输出端进行采样监测，解决了现有测试技术必须对变压器进行断电测试的弊端，使变压器的测试工作简单方便，且对测试环境没有要求，降低了测试难度。

为使采样信号清晰，保证测试结果的准确性，所述信号采样模块10与信号转换模块20之间设有信号放大模块50，用于对采样信号进行放大。具体的，每一所述采样单元的输出端都连接有一信号放大模块50；每一所述采样子模块的输出端都连接有一信号转换模块20，使各个采样信号具有独立的放大转换路径，避免采样信号之间混淆或相互干扰，

通常，变压器工作时，一次绕组通入交流电后，将在其铁心中产生交变磁通，交变磁通又将在一、二次绕组感应电动势。二次绕组感应电动势后就可向二次电路提供交流电压，当二次绕组带负载后有电流流过时，将对磁路的磁通产生影响，从而引起一次绕组的电流发生变化。虽然变压器的一、二次绕组之间没有直接的电气连接，但通过其磁路中的磁通变化，一次绕组的电能就可以传输给二次绕组。因此，为避免各个采样信号之间相互干扰，所述信号转换模块20和信号处理模块30之间设有信号隔离模块60，用于对采样信号进行电气隔离。通过设置信号隔离模块60，将采样信号的传递路径与变压器的电气系统隔离，使之成为一个在电气上被隔离的、独立的不接地安全系统。

本发明还提供一种新型变压器功率特性带电测试方法，如图3所示，其包括以下步骤:

S1、采样正在运行中的变压器的输入端和输出端的信号，根据输入端和输出端的信号的差值计算得到变压器的本体总损耗；

S2、多次采样正在运行中的变压器的输出端的信号，选择相近电压信号对应的电流信号，计算电流信号的变化量；

S3、根据对电流信号的变化量分析计算得到变压器的负载损耗，变压器的本体总损耗减去变压器的负载损耗，得到变压器的空载损耗。

具体的，所述变压器的负载损耗与绕组电流有函数关系：

其中，分别为输入端电流、输出端电流；分别为输入端绕组、输出端绕组的直流电阻值；为变压器的负载损耗值。

所述变压器的空载损耗与励磁电压有函数关系：

其中， 为变压器的额定电压；u为输出端电压； 为变压器的空载损耗；为变压器的本体总损耗。

其中，如图4所示，所述步骤S1还具有以下子步骤：

S11、采样正在运行中的变压器的输入端的A相电流和A相电压、B相电流和B相电压、C相电流和C相电压；

S12、同时，采样正在运行中的变压器的输出端的a相电流和a相电压、b相电流和b相电压、c相电流和c相电压；

S13、根据输入端和输出端的信号的差值计算得到变压器的本体总损耗。

其中，如图5所示，所述步骤S2还具有以下子步骤：

S21、多次采样正在运行中的变压器的输出端的a相电流和a相电压、b相电流和b相电压、c相电流和c相电压；

S22、选择其中两组相近电压信号对应的电流信号，计算两组电流信号之间的变化量。

具体的，本发明所述新型变压器功率特性带电测试方法，通过同时对正在运行中的变压器的输入端和输出端的信号进行采样监测，得到变压器的本体总损耗。

再对输出端的信号进行多次采样，由于电网中的负载在随时变化，输出端的电压、电流也会在一定范围内波动，在采样信号中选择相近电压信号对应的电流信号，变压器在该两组采集信号中的空载损耗是相同的，因此本体总损耗的差值是由于负载损耗的差值造成的，即电流信号的变化造成的负载损耗的变化，因此通过负载损耗与电流的关系能够得到变压器的负载损耗。

而变压器的本体总损耗减去变压器的负载损耗，即可得到变压器的空载损耗。相较现有测试方法必须在变压器断电的情况下进行的弊端，本发明所述新型变压器功率特性带电测试方法，操作工艺简单，且不需要精密的测试环境，同时测试结果的准确性高。

在实际生产使用中，变压器在运输过程中遭受意外碰撞和冲击，在运行中承受故障状态下的冲击电流均会使变压器的绕组和机械结构受到机械应力的冲击，导致绕组一定程度的变形，运行中造成事故。由于绕组变形对变压器和电力系统运行的严重危害性，而以往的试验方法只能在停电的情况下，使用专用的绕组变形测试仪进行离线测试，有时还需通过吊检来验证，这不仅要花费大量的人力物力，而且试验也不能及时进行；况且随着智能电网的实施要求，大型变压器的长时间停电也是很困难的。

因此，本发明还提供一种判断绕组变形的方法，采用本发明所述变压器功率特性带电测试仪对变压器每间隔一段时间进行测试，即对正在运行中的变压器的输入端的A相电流和A相电压、B相电流和B相电压、C相电流和C相电压进行采样，同时，对正在运行中的变压器的输出端的a相电流和a相电压、b相电流和b相电压、c相电流和c相电压进行采样。

首先将A相电流、B相电流、C相电流之间两两进行比较，如果两两比较的结果相同，再将A相电流、B相电流、C相电流的采样值与上一次测试的采样值进行比较，如果此次的采样值与上一次的采样值相同，则变压器输入端的绕组没有发生变形。

反之，如果A相电流、B相电流、C相电流之间两两比较的结果不同，则变压器输入端的绕组发生变形，为进一步具体确定发生变形的绕组，将A相电流、B相电流、C相电流的采样值与上一次测试的采样值进行比较，其中采样值与上一次测试的采样值不同的那一相绕组即为发生变形的绕组。

以上装置实施例与方法实施例是一一对应的，装置实施例简略之处，参见方法实施例即可。

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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能性一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应超过本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机储存器、内存、只读存储器、电可编程ROM、电可檫除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种变压器功率特性带电测试仪，其特征在于，包括信号采样模块、信号转换模块、信号处理模块以及数据分析模块，所述信号采样模块的输出端依次连接信号转换模块、信号处理模块和数据分析模块；其中，

所述信号采样模块包括输入信号采样模块和输出信号采样模块，所述输入信号采样模块用于对所述变压器的输入端的电流、电压进行采样；

所述输出信号采样用于对所述变压器的输出端的电流、电压进行采样；

所述信号转换模块用于分别对输入采样信号、输出采样信号进行模-数转换；

所述信号处理模块用于分别对所述输入信号采样模块和输出信号采样模块发出采样指令，并对接收的输入采样信号、输出采样信号进行档位划分；

所述数据分析模块用于对所述输入采样信号、输出采样信号进行比较计算，得到变压器的自身损耗，多次采样正在运行中的变化器的输出端的信号，选择相近电压信号对应的电流信号，计算电流信号的变化量，根据对电流信号的变化量分析计算得到变压器的负载损耗，变压器的自身损耗减去变压器的负载损耗，得到变压器的空载损耗；

其中，所述数据分析模块还用于将信号采样模块采集的变压器的A相电流、B相电流、C相电流之间两两比较，若两两比较的结果相同且两次测试的A相电流、B相电流、C相电流的采样值相同，则判断变压器的绕组未发生变形。

2.根据权利要求1所述变压器功率特性带电测试仪，其特征在于，所述输入信号采样模块包括A相信号采样子模块、B相信号采样子模块、C相信号采样子模块,其中，

A相信号采样子模块包括A相电流采样单元和A相电压采样单元；

B相信号采样子模块包括B相电流采样单元和B相电压采样单元；

C相信号采样子模块包括C相电流采样单元和C相电压采样单元。

3.根据权利要求1所述变压器功率特性带电测试仪，其特征在于，所述输出信号采样模块包括a相信号采样子模块、b相信号采样子模块、c相信号采样子模块,其中，

a相信号采样子模块包括a相电流采样单元和a相电压采样单元；

b相信号采样子模块包括b相电流采样单元和b相电压采样单元；

c相信号采样子模块包括c相电流采样单元和c相电压采样单元。

4.根据权利要求1所述变压器功率特性带电测试仪，其特征在于，所述信号采样模块与信号转换模块之间设有信号放大模块，用于对采样信号进行放大。

5.根据权利要求2所述变压器功率特性带电测试仪，其特征在于，每一所述采样单元的输出端都连接有一信号放大模块；每一所述采样子模块的输出端都连接有一信号转换模块。

6.根据权利要求3所述变压器功率特性带电测试仪，其特征在于，每一所述采样单元的输出端都连接有一信号放大模块；每一所述采样子模块的输出端都连接有一信号转换模块。

7.根据权利要求1所述变压器功率特性带电测试仪，其特征在于，所述信号转换模块和信号处理模块之间设有信号隔离模块，用于对采样信号进行电气隔离。

8.一种采用权利要求1～7任一所述变压器功率特性带电测试仪的新型变压器功率特性带电测试方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1、采样正在运行中的变压器的输入端和输出端的信号，根据输入端和输出端的信号的差值计算得到变压器的本体总损耗；

S2、多次采样正在运行中的变压器的输出端的信号，选择相近电压信号对应的电流信号，计算电流信号的变化量；

S3、根据对电流信号的变化量分析计算得到变压器的负载损耗，变压器的本体总损耗减去变压器的负载损耗，得到变压器的空载损耗。

9.根据权利要求8所述新型变压器功率特性带电测试方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11、采样正在运行中的变压器的输入端的A相电流和A相电压、B相电流和B相电压、C相电流和C相电压；

S12、同时，采样正在运行中的变压器的输出端的a相电流和a相电压、b相电流和b相电压、c相电流和c相电压；

S13、根据输入端和输出端的信号的差值计算得到变压器的本体总损耗。

10.根据权利要求8所述新型变压器功率特性带电测试方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：

S21、多次采样正在运行中的变压器的输出端的a相电流和a相电压、b相电流和b相电压、c相电流和c相电压；

S22、选择其中两组相近电压信号对应的电流信号，计算两组电流信号之间的变化量。