CN105891636A - 一种模拟变压器遭受短路冲击的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟变压器遭受短路冲击的系统，包括被测变压器、短路冲击电流生成子系统和振动测量子系统。所述短路冲击电流生成子系统与所述被测变压器的高压绕组侧电连接，且生成的短路冲击电流作用在所述被测变压器的低压绕组上，所述短路冲击电流的幅值大于所述被测变压器额定电流的十倍。所述振动测量子系统包括振动传感器，所述振动传感器设置在所述变压器外表面，用于测量所述被测变压器受到短路冲击中的振动信号。由于模拟系统可以做到真实模拟短路情况，绕组振动的影响和实际情况是具有可比性的。因此，能够解决现有技术中，在研究变压器遭受短路冲击时，无法精准判断变压器的受损情况的问题。

Description

一种模拟变压器遭受短路冲击的系统

技术领域

本发明属于变压器试验技术领域，具体是指一种模拟变压器遭受短路冲击的系统。

背景技术

电力变压器在电力系统中承担电压转换、电能分配的任务，在电力系统中具有非常重要的地位，其安全可靠运行对整个电网的安全稳定起着关键性作用。长期带负荷运行的电力变压器工作条件十分严酷，在运行中难免会发生老化和故障，而在这些故障中，由短路冲击造成的绕组变形、移位、坍塌等故障最为严重，已经严重影响了变压器的使用寿命，危害电网的安全运行。据统计，在2004年国家电网公司系统的110kV及以上电压等级变压器共发生损坏事故53台，其中有21台次是短路故障引起的。2000—2006年内蒙古电力有限责任公司变压器运行故障分析显示，1台110kV、2台35kV、3台10kV变压器出现外部短路故障。华北电力大学统计的一组统计材料显示，328台变压器中有187台变压器出现了短路故障，占总数的57％。俄罗斯统一电力系统公司、莫斯科动力学院和全俄电力科学研究院对1997年1月至2000年11月变压器故障的调研和统计结果显示，变压器故障与事故共计712次，短路引起的故障共占53.2％。随着电力变压器的容量和电压等级不断提高，使得短路时绕组中流过的电流激增，短路冲击电流的第一个峰值可达到正常工况下运行电流的10-30倍。幅值巨大的短路电流在漏磁场中引起的动态电动力可达到正常工况下的几百倍,尽管这种暂态过电流的持续时间很短,但在如此巨大冲击力的作用下,仍然可能使变压器发生故障。巨大的冲击力对变压器的危害可能是由于电动力过大一次性造成的绕组变形和绝缘破坏，更多情况则是冲击电动力多次作用在绕组上，逐渐引起绕组垫块松动，绕组形变等结构变化，即引起机械结构上的变化，而增加变压器的继续使用的风险。

为了提高电力变压器的可靠性，如何识别遭受重复短路冲击的电力变压器是否需要退出运行的问题是非常重要的，或者如何对遭受短路冲击后的变压器进行检修也需要确定的依据。目前，解决上述问题的途径有，利用绕组直流电阻法、短路电抗以及绕组的频响法。这些方法在一定程度上能够较为有效的对变压器绕组的状态进行评估。但是这些方法只是对故障机械参数变化造成的电容、电感等二次影响参数的监测，不能对绕组的动力学特性或者由于垫块松动、脱落所造成的最直接的机械参数变化带来的影响做出完整反映。我们知道，如果短路冲击对变压器的影响，介于只是引起机械参数变化，还未带来电学参数上的变化时，用目前上述方法是无法判断触变压器使用已经是危险的结论的。但是，从实际的使用中可知，机械参数的变化如果不经监控往往会使得小故障变成大损失。

因此，如何找到一种方式能够得出机械参数变化和变压器性能之间的精确关系，从而预防实际电力系统的风险是十分有实际价值的。

发明内容

本发明中提供了一种模拟变压器遭受短路冲击的系统，以解决现有技术中，在研究变压器遭受短路冲击时，无法精准判断变压器的受损情况的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种模拟变压器遭受短路冲击的系统，包括被测变压器、短路冲击电流生成子系统和振动测量子系统；

所述短路冲击电流生成子系统与所述被测变压器的高压绕组侧电连接，且生成的短路冲击电流作用在所述被测变压器的低压绕组上，所述短路冲击电流的幅值大于所述被测变压器额定电流的十倍；

所述振动测量子系统包括振动传感器，所述振动传感器设置在所述变压器外表面，用于测量所述被测变压器受到短路冲击中的振动信号。

优选的，在上述的模拟变压器遭受短路冲击的系统中，所述短路冲击电流生成子系统包括一个与所述被测变压器串联的RLC震荡回路；所述RLC震荡电路包括至少一个电感L、电容C和电阻R，所述短路冲击电流为所述RLC震荡回路中产生的震荡衰减大电流，作用在所述被测变压器的低压绕组上。

优选的，在上述的模拟变压器遭受短路冲击的系统中，所述短路冲击电流生成系统还包括一个与所述电容C串联的电容充电电路，所述电容充电电路包括至少一个二极管。

优选的，在上述的模拟变压器遭受短路冲击的系统中，所述RLC震荡电路中还串联有球隙G。

优选的，在上述的模拟变压器遭受短路冲击的系统中，所述振动测量子系统屏蔽周围电磁场。

优选的，在上述的模拟变压器遭受短路冲击的系统中，所述震荡衰减大电流i i的计算方式为：

$i=U_C{e}^{-at}sin\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_{d}t}{{\mathrm{\ω}}_{d}L}\right)$

其中，Uc为充电电压，a为幅值，ω⁰为初始角相位，

由以上技术方案可见，本发明提供的一种模拟变压器遭受短路冲击的系统，是一种利用实验模拟现实的方法，只要适当调整构成所述短路冲击电流生成子系统的具体参数，这个具体参数可以根据实际使用中不同工况下的变压器的情况而定。达到使得所述短路冲击电流的幅值大于所述被测变压器额定电流的十倍的技术效果，虽然所述短路冲击电流可能在波形和实际中变压器遭受短路冲击形成的瞬时电流不一致，但对绕组振动的影响和实际情况是具有可比性的。而且，由于模拟系统可以做到真实模拟短路情况，所以再配合振动感应器就能够模拟多种型号变压器在多种工况下遭受短路冲击时，对其绕组的振动信号进行采集，形成针对每个型号变压器的“绕组变形——振动”之间关系的数据库。最后，当将振动感应器应用在实际电力系统中时，就可以用此数据库反推变压器绕组有可能发生的内部结构在机械参数上的变化，为决策是否容易进一步引发电参数变化，形成风险提供判断依据。

因此，本发明中提供的一种模拟变压器遭受短路冲击的系统，能够解决现有技术中，在研究变压器遭受短路冲击时，无法精准判断变压器的受损情况的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种模拟变压器遭受短路冲击的系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种模拟变压器遭受短路冲击的系统，包括被测变压器、短路冲击电流生成子系统和振动测量子系统。所述短路冲击电流生成子系统与所述被测变压器的高压绕组侧电连接，且生成的短路冲击电流作用在所述被测变压器的低压绕组上，所述短路冲击电流的幅值大于所述被测变压器额定电流的十倍，之所以有这个要求是因为，用来模拟与被测变压器一样的变压器在实际使用中时遭受的短路冲击电流。所述振动测量子系统包括振动传感器，所述振动传感器设置在所述变压器外表面，用于测量所述被测变压器受到短路冲击中的振动信号。传感器位置分布应该尽量保持均匀，正面测点应该远离加强筋，顶面测点远离变压器的非线性结构单元。

由以上技术方案可见，上述模拟变压器遭受短路冲击的系统，是一种利用实验模拟现实的方法，只要适当调整构成所述短路冲击电流生成子系统的具体参数，(这个具体参数可以根据实际使用中不同工况下的变压器的情况而定)达到使得所述短路冲击电流的幅值大于所述被测变压器额定电流的十倍的技术效果，虽然所述短路冲击电流可能在波形和实际中变压器遭受短路冲击形成的瞬时电流不一致，但对绕组振动的影响和实际情况是具有可比性的。

而且，由于模拟系统可以做到真实模拟短路情况，所以再配合振动感应器就能够模拟多种型号变压器在多种工况下遭受短路冲击时，对其绕组的振动信号进行采集，形成针对每个型号被测变压器的“绕组变形——振动”之间关系的数据库。最后，当将振动感应器应用在实际电力系统中时，就可以用此数据库反推变压器绕组有可能发生的内部结构在机械参数上的变化，为决策是否容易进一步引发电参数变化，形成风险提供判断依据。相比，目前的技术只能通过当电参数发生变化是才能得知变压器受损的方式，能够在变压器发生较小破坏时，关注到已经发生的机械参数方面变化。因此，本发明能够提高判断变压器的受损情况的精确度。

在上述技术方案的基础上，本着设计简单、结果准确的原则，可以优化为以下技术方案。请结合参考图1，该图为本发明实施例提供的一种模拟变压器遭受短路冲击的系统的结构示意图。如图1所示，所述短路冲击电流生成子系统设计为包括一个与所述被测变压器串联的RLC震荡回路，所述RLC震荡电路包括至少一个电感L、电容C和电阻R，所述短路冲击电流为所述RLC震荡回路中产生的震荡衰减大电流，作用在所述被测变压器的低压绕组上。此时，RLC振动回路中产生的是符合实验要求的震荡衰减的大电流，模拟实际中的短路冲击电流，以此研究变压器抗短路能力。当然，能够产生这个大电流的前提是，合理设计电路中的R、L、C的参数。具体设计过程为：计算出被测变压器的短路阻抗，然后根据振荡衰减大电流计算出满足该震荡衰减大电流的频率和幅值要求时对应的的R、L、C的参数。

优选的，在上述的模拟变压器遭受短路冲击的系统中，所述短路冲击电流生成系统还包括一个与所述电容C串联的电容充电电路，所述电容充电电路包括至少一个二极管。

优选的，在上述的模拟变压器遭受短路冲击的系统中，所述RLC震荡电路中还串联有球隙G，实验开始时，电力变压器T(a)通过二极管D给主电容C充电，当电容C电压达到需要的值时触发球隙G，形成一个RLC震荡回路。设置RLC参数为合适的数值，使回路产生衰减震荡的大电流i，作用在被测变压器T(b)的高压绕组上，此时，在低压绕组上也会耦合出幅值很大的短路冲击电流，引起变压器的受迫振动，因此就可以来用振动传感器来采集振动信号了。需要注意的时，在同一充电电压下需要多次重复测量，找到精确的“绕组变形——振动”，也就是变压器遭受短路冲击——振动的关系，用于指导实际中对受损变压器的检修和排查工作。

所述震荡衰减大电流i的计算方式为：

$i=U_C{e}^{-at}sin\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_{d}t}{{\mathrm{\ω}}_{d}L}\right)$

其中，Uc为充电电压，a为幅值，ω⁰为初始角相位，

优选的，在上述的模拟变压器遭受短路冲击的系统中，所述振动测量子系统屏蔽周围电磁场，为了防止对测量子系统的影响。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种模拟变压器遭受短路冲击的系统，其特征在于，包括被测变压器、短路冲击电流生成子系统和振动测量子系统；

所述短路冲击电流生成子系统与所述被测变压器的高压绕组侧电连接，且生成的短路冲击电流作用在所述被测变压器的低压绕组上，所述短路冲击电流的幅值大于所述被测变压器额定电流的十倍；

所述振动测量子系统包括振动传感器，所述振动传感器设置在所述变压器外表面，用于测量所述被测变压器受到短路冲击中的振动信号。

2.根据权利要求1所述的模拟变压器遭受短路冲击的系统，其特征在于，所述短路冲击电流生成子系统包括一个与所述被测变压器串联的RLC震荡回路；所述RLC震荡电路包括至少一个电感L、电容C和电阻R，所述短路冲击电流为所述RLC震荡回路中产生的震荡衰减大电流，作用在所述被测变压器的低压绕组上。

3.根据权利要求2所述的模拟变压器遭受短路冲击的系统，其特征在于，所述短路冲击电流生成系统还包括一个与所述电容C串联的电容充电电路，所述电容充电电路包括至少一个二极管。

4.根据权利要求3所述的模拟变压器遭受短路冲击的系统，其特征在于，所述RLC震荡电路中还串联有球隙G，所述球隙G用于触发所述RLC震荡电路形成回路的作用。

5.根据权利要求1所述的模拟变压器遭受短路冲击的系统，其特征在于，所述振动测量子系统屏蔽周围电磁场。

6.根据权利要求1所述的模拟变压器遭受短路冲击的系统，其特征在于，所述震荡衰减大电流i的计算方式为：

$i=U_C{e}^{-at}sin\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_{d}t}{{\mathrm{\ω}}_{d}L}\right)$

其中，U_c为充电电压，a为幅值，ω₀为初始角相位，