CN105223496A - 变压器有载分接开关裸开关动作特性交流测试装置 - Google Patents

Abstract

一种变压器有载分接开关裸开关动作特性交流测试装置，属于变压器开关技术领域。本发明的目的是提供一种针对于有载分接开关裸开关进行动作特性交流测试的变压器有载分接开关裸开关动作特性交流测试装置。本发明的测试装置是：首先将220V交流市电经过P1接口接入，经过开关S1后分别送入变压器T1以及AC-DC转换芯片中，IN接口的5、6引脚，3、4引脚，1、2引脚对外分别与有载分接开关裸开关A相、B相、C相的输出端串接，并且在裸开关每相工作电路的输出接口配置电阻R；对内分别连接到电流传感器S1、S2、S3的输入端1、2引脚，电流传感器S1、S2、S3分别对应有载分接开关裸开关的A相、B相、C相。本发明针对不带变压器绕组的有载分接开关裸开关，发现并判定开关触头接触压力不足等问题，提高测试效果和效率，有效防止电网主设备烧损事故。

Description

变压器有载分接开关裸开关动作特性交流测试装置

技术领域

本发明属于变压器开关技术领域。

背景技术

电力变压器作为电力系统中的主要设备之一，其工作状态关系到整个电力系统的运行安全。上世纪80年代后期我国开始在电网中使用有载调压变压器，以实现变压器的可变变比供电，为用户提供电压质量合格的电力资源。目前，全国供电网有载调压变压器已占变压器总数的90%以上，由变压器有载分接开关引起的变压器事故也直线上升，直接导致变压器烧毁，影响供电的可靠性。所以针对变压器有载分接开关动作特性的检测成为决定供电系统稳定性的重要内容之一。

国内对于变压器有载分接开关动作特性交流测试的装置有一篇专利技术（专利号ZL200910066429.X），从其具体实施过程中可以看出它是对对带变压器的有载分接开关动作特性的检测，并且可以实现对高压绕组在一次侧、二次侧的所有结线级别的变压器进行分接开关动作特性测试，包括Y结线中性点不引出、Δ结线变压器，以及单相变压器、电抗器。其主要是带变压器绕组的分接开关，因为绕组的存在，在交流电的情况下，电路中会有一个很大的阻抗，所以测试时要加很大的三相交流电压值，对于电源方面要求就更高，但即便这样所测得电流值也仅是毫安级，在采集和处理的精度方面也相对比较困难。

而其它的交流测试装置，一方面，测试设备体积大，集成度不高，测试精度较差；另一方面，测试过程人为操作较多，自动化程度小，操作过程复杂。这就对于有载分接开关裸开关的交流测试提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对于有载分接开关裸开关进行动作特性交流测试的变压器有载分接开关裸开关动作特性交流测试装置。

本发明的测试装置是：

a、首先将220V交流市电经过P1接口接入，经过开关S1后分别送入变压器T1以及AC-DC转换芯片中；

①变压器T1直接输出45V交流电压经P2接口供给有载分接开关裸开关的三相开关上；

②AC-DC电源转换芯片通过引脚1和引脚3接入220V交流电，引脚2输出稳定的+12V直流电压，引脚4为GND端，然后将+12V直流电压接入DC-DC转换芯片引脚1上，GND接到芯片引脚2上，DC-DC转换芯片的3、4引脚分别输出稳定的±12V直流电压，5引脚为GND端；

b、IN接口的5、6引脚，3、4引脚，1、2引脚对外分别与有载分接开关裸开关A相、B相、C相的输出端串接，并且在裸开关每相工作电路的输出接口配置电阻R；对内分别连接到电流传感器S1、S2、S3的输入端1、2引脚，电流传感器S1、S2、S3分别对应有载分接开关裸开关的A相、B相、C相，电流传感器3引脚接直流电源部分的GND端，4引脚接直流电源的+12V，5引脚接-12V，6引脚为电流传感器的输出端，并且将三路电流传感器的输出经过OUT接入采集卡。

本发明针对不带变压器绕组的有载分接开关裸开关，发现并判定开关触头接触压力不足、触头接触不良、过渡电阻连接及引线接触不良、过渡电阻断线等缺陷，可以高精度测定分接开关三相不同步时间、分接开关桥接时间，提高测试效果和效率，有效防止电网主设备烧损事故。本发明的优点在于：

装置轻便易携，主机体积小，重量轻，处理系统采用笔记本电脑方式，方便现场试验与就地详细分析；

装置操作简单，试验过程中可自动记录分接头位置及方向，几分钟内快速完成所有分接的测试；

装置测量精度高，记录的波形时长可达500ms，全覆盖分接开关从任意触头动作到触头动作结束的全过程（通常100-300ms内），可对开关切换全过程进行分析；

装置对变压器有载分接开关裸开关交流测试波形解析唯一，可以很好的解决直流测试中测试波形无层次、断续和跳跃的问题；

试验波形数据可附加在JPG图片中，便于在报告文档中进行传输，可开打JPG图片进行全波形数据二次分析；

分析程序在报告模式下能生成清晰报告图片，不必调整就可用于word文档粘贴，自动标注时段，数据文件附含有试验相关信息，便于归档查阅。

附图说明

图1是本发明有载分接开关裸开关测试装置电源图；

图2是本发明有载分接开关裸开关三相电流传感器电路图；

图3是本发明有载分接开关裸开关三相中单相调节前状态图；

图4是本发明有载分接开关裸开关三相中单相调节中状态图；

图5是本发明有载分接开关裸开关三相中单相调节后状态图；

图6是本发明有载分接开关裸开关三相中单相调节过程电路电阻变化图；

图7是本发明有载分接开关裸开关接线框图，图中可以看出，在现有有载分接开关裸开关的输出端配置有电阻R；

图8是有载开关裸开关交流测试波形正常状态示意图；

图9是有载开关裸开关模拟A相断开交流波形测试示意图；

图10是有载开关裸开关接触不良实测交流波形示意图。

具体实施方式

本发明测试装置是：

a、首先将220V交流市电经过P1接口接入，经过开关S1后分别送入变压器T1以及AC-DC转换芯片中；

①变压器T1直接输出45V交流电压经P2接口供给有载分接开关裸开关的三相开关上；

②AC-DC电源转换芯片通过引脚1和引脚3接入220V交流电，引脚2输出稳定的+12V直流电压，引脚4为GND端，然后将+12V直流电压接入DC-DC转换芯片引脚1上，GND接到芯片引脚2上，DC-DC转换芯片的3、4引脚分别输出稳定的±12V直流电压，5引脚为GND端；

b、IN接口的5、6引脚，3、4引脚，1、2引脚对外分别与有载分接开关裸开关A相、B相、C相的输出端串接，并且在裸开关每相工作电路的输出接口配置电阻R；对内分别连接到电流传感器S1、S2、S3的输入端1、2引脚，电流传感器S1、S2、S3分别对应有载分接开关裸开关的A相、B相、C相，电流传感器3引脚接直流电源部分的GND端，4引脚接直流电源的+12V，5引脚接-12V，6引脚为电流传感器的输出端，并且将三路电流传感器的输出经过OUT接入采集卡。

以下结合附图对本发明做进一步详细的描述：

有载分接开关裸开关中的电路中没有绕组，相当于短路的状态，所以在输入电源大小以及电流采集方面有很大的不同。由于没有阻抗的干扰，电路相当于短路状态，给一个小的交流电压就会有一个比较大的电流，测试时要串接入电阻，来防止电流过大；而且由于变压器绕组组别的不同，在相同的分接开关故障下，呈现的电流波形不一致，可能因为绕组的影响而对分接开关进行误判，相对会比较复杂。所以在实际检测场合中，单独对有载分接开关裸开关进行检测，可以排除变压器绕组所带来的干扰，有利于检测结果的判定。同时在很多时候也只需要对有载分接开关裸开关进行测试，如生产分接开关裸开关的生产厂商等，所以对于变压器有载分接开关裸开关交流测试的研究就很有必要。

本发明将现代计算机技术、信息高速采集处理技术应用于变压器有载分接开关裸开关动作特性的交流测试，采用工频交流测试方法，详实记录以分接开关切换中桥接开始为中心两侧各10个周波长度的电流、电压数据，准确反应开关动作过程中所产生的电流瞬变点，记录测试数据并进行比较分析，后台分析软件可提供数据细化分析功能，准确判断40ms～60ms的开关切换过程中开关各触点的工作状态，发现和判定分接开关触头接触压力不足、触头接触不良、过渡电阻连接及引线接触不良、过渡电阻断线等缺陷，高精度测定分接开关三相不同步时间、分接开关桥接时间，发现和判定分接开关存在的缺陷。

电源系统部分：电源系统做两个处理，一是将将输入单相的220V电源转换为单相45V交流电压，分别输出给待测试的有载分接开关裸开关三相开关中；二是将220V交流市电做AC-DC转换处理为+12V直流电压，为主机装置内部相应模块供电，由于传感器采集的交流信号，需要±12V电压，所以将+12V电压经过DC-DC转换模块转换出±12V电压，为传感器供电。装置主机提供电源接线。

信息采集部分：采用高精度交流电流传感器，同时采用8通道同步无相差的数据采集方式，高速采集，波形记录时间总长度为：200-500ms，最小分辨率约为50us，采集回来的数据精度高，满足数据处理的要求。

数据处理部分：数据处理系统为笔记本电脑。测试时用USB联线将电脑与装置的信息采集模块连接起来，电脑开机之后进入主程序界面，依次填写相应的测试信息，选择数据保存位置，进入数据处理程序界面。在这个过程中，测试会自动进行，屏幕直接显示分接开关动作过程的波形变化，数据自动保存，同时可以调节显示区量程，便于更好的观测；测试过程完毕后，有全程回放分析功能，将记录的数据波形重新回放，有助于更好地确定测试结果；分析结束后，分析程序在报告模式下生成清晰的报告图片，不必调整就可用于word文档粘贴，同时自动标注时段，数据文件附含有试验相关信息，便于归档查阅，试验波形数据附加在JPG图片中，便于在报告文档中进行传输，也可打开JPG图片进行全波形数据二次分析。整个过程操作简单，程序中有相应的文字说明，功能一目了然。

在实际测试中，将分接开关的输入电源电压控制在0~75Vac，输出电流控制在0~5Vdc范围，这样不论对于电源处理方面还是对于电流的采集处理，都相对比较简单。

电路连接关系：

图1是电源处理系统电路原理图。由于有载分接开关裸开关需要单相45V交流电压，同时装置中需要±12V直流电压为传感器供电，所以首先将220V交流市电经过P1接口接入，经过开关S1后分别送入变压器以及AC-DC转换芯片中。变压器可直接输出45V交流电压经P2接口供给有载分接开关裸开关的三相开关上。AC-DC电源转换芯片的引脚1和引脚3接入220V交流电，引脚2输出稳定的+12V直流电压，引脚4为GND端，然后将+12V直流电压接入DC-DC转换芯片引脚1上，GND接到芯片引脚2上，DC-DC转换芯片的3、4引脚分别输出稳定的+12V直流电压和稳定-12V直流电压，5引脚为GND端。

图2是电流传感器采集模块电路图。图中IN接口的5、6引脚，3、4引脚，1、2引脚对外分别与有载分接开关裸开关的A相、B相、C相开关串联，对内连接到电流传感器的输入端1、2引脚，实现将电流传感器串接进裸开关电路中，来采集裸开关的电流。电流传感器3引脚接直流电源部分的GND端，4引脚接直流电源的+12V，5引脚接-12V，6引脚为电流传感器的输出端，并且将三路电流传感器的输出经过OUT接口引出，方便连接之后的采集卡。

电路工作原理：

整套测试装置中，采用220V交流市电作为电源输入，所需要的电源分别是有载分接开关裸开关使用的45V交流电压，电流传感器使用的±12V直流电压，所以交流部分通过变压器将220V交流电压降压为45V交流供给有载分接开关裸开关的三相开关中；直流部分由于有负电压的存在，先经过AC-DC芯片转换为直流+12V，之后经过低功耗的DC-DC转换芯片将+12V直流电压转换为±12V直流电压供传感器采集电路使用。在这里AC-DC芯片选择的是MORNSUN公司LH15-10B12系列的转换芯片，它的输入交流电压范围为85～264V，输出+12V直流电压，使用功率为15w，隔离电压3000VAC；DC-DC转换芯片采用的MORNSUN公司的WRA1212ZP系列，它的输入电压为+9V到+18V，可以输出±12V稳定的直流电压，运行功率为3w，隔离电压为1500VDC，抗干扰能力好，可以达到使用要求。

在传感器采集电路中，由于采集的是裸开关中的电流，所以需要将电流传感器的输入端串联到裸开关中每相的电路中。在裸开关测试时，电流相对比较大，电流传感器要求能承受大的交流电流。为了采集的精确性，在电路中采用了工业级的交流电流传感器，其中电流传感器输入0~5A范围的交流电流值，输出0~5V交流电压模拟信号。将每相的电流都采集完毕后，由于是模拟电压信号，不能直接输入到数据处理系统，所以需要对信号进行模数转换，这里直接采用定制的数据采集卡，将传感器信号进行A/D转换，然后经过USB接口送入到数据处理系统中。

整体流程

进行有载分接开关裸开关交流测试时，首先将装置45V交流电压接口与裸开关中电源接口连接起来，传感器模块接入到裸开关的开关电路中，同时将信息采集模块的接口通过USB连接线与主机电脑连接起来，开启电脑进入主程序界面，选择裸开关测试之后，配置测试需要的初始信息参数，配置完成后进入数据处理程序界面，这时将闭合电源开关，电源处理模块工作，整套测试系统开始启动，程序实时采集有载分接开关裸开关中三相的电流，对数据进行存储以及屏幕上显示，同时等待有载分接开关裸开关的触发信号。当触发信号到来时，判断触发条件是否满足，如果满足，那么对数据等进行记录，并且进行回放，完毕后等待测试人员指令，如果选择结束，那么就退出裸开关测试，返回到主程序，如果不结束那么就等待下一次的触发信号。

图8是交流测试波形，该三相波形显示出正常的变压器有载开关动作特性曲线。

从图9看出在裸开关切换之后，A相电流出现断路，说明A相开关接头处的接触断开。

通过图10单相波形看出试验曲线毛刺明显，可以得出该相开关出头接触不良。

总结，有载开关裸开关交流测试装置能够对变压器有载开关裸开关交动作特性进行交流测试，测试装置试验操作简单，测试波形清晰，同时测试结论准确可靠。可以有效发现并判断出变压器的有载分接开关裸开关的缺陷，大大提高测试效果和测试效率。

Claims (1)

1.一种变压器有载分接开关裸开关动作特性交流测试装置，其特征在于：

a、首先将220V交流市电经过P1接口接入，经过开关S1后分别送入变压器T1以及AC-DC转换芯片中；

①变压器T1直接输出45V交流电压经P2接口供给有载分接开关裸开关的三相开关上；

②AC-DC电源转换芯片通过引脚1和引脚3接入220V交流电，引脚2输出稳定的+12V直流电压，引脚4为GND端，然后将+12V直流电压接入DC-DC转换芯片引脚1上，GND接到芯片引脚2上，DC-DC转换芯片的3、4引脚分别输出稳定的±12V直流电压，5引脚为GND端；

b、IN接口的5、6引脚，3、4引脚，1、2引脚对外分别与有载分接开关裸开关A相、B相、C相的输出端串接，并且在裸开关每相工作电路的输出接口配置电阻R；对内分别连接到电流传感器S1、S2、S3的输入端1、2引脚，电流传感器S1、S2、S3分别对应有载分接开关裸开关的A相、B相、C相，电流传感器3引脚接直流电源部分的GND端，4引脚接直流电源的+12V，5引脚接-12V，6引脚为电流传感器的输出端，并且将三路电流传感器的输出经过OUT接入采集卡。