CN106448377A - 一种变压器结构异变故障动态模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变压器结构异变故障动态模拟装置，包括变压器器身、设于变压器器身内的铁芯及围绕铁芯芯柱绕制的绕组，变压器器身的顶部设有三组高压套管，三组高压套管分别与变压器器身内的绕组相连，铁芯包括分为上下两部分的硅钢片，下部分为“E”字结构，用于放置三相绕组；上部分为“一”字结构，铁芯上铁轭通过硅钢片叠片而成，两端设置上夹件，铁芯上铁轭和上夹件通过穿心布置的上夹件轴向拉杆进行紧固成为整体结构；各个绕组为三段式结构，三段式的绕组结构每两段之间通过冷压接头进行连接。本发明能够实现对不同故障程度的精确模拟，将多种诊断结果相综合，为决策者提供全面的数据与理论支持，最终为变压器结构异变故障诊断提供依据。

Description

一种变压器结构异变故障动态模拟装置

技术领域

本发明涉及变压器动态模拟技术领域，具体是一种变压器结构异变故障动态模拟装置。

背景技术

电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，变压器的健康状态关系着电力系统的安全稳定运行。随着我国电力系统规模和容量的增加，电力变压器的事故率也不断提高。对变压器进行故障诊断，确定变压器的健康状况，有利于保证电力系统的供电可靠性。

结构性故障是导致电力变压器发生损坏事故的主要原因之一。对运输或短路冲击后的变压器进行结构性故障诊断可确保变压器的安全稳定运行。目前变压器结构性故障诊断方法普遍存在精度不高、与现场实际对应较差等缺点。

发明内容

本发明提供一种变压器结构异变故障动态模拟装置，能够实现对不同故障程度的精确模拟，且并非采用单一检测方法，而是将多种诊断结果相综合，为决策者提供全面的数据与理论支持，最终为变压器结构异变故障诊断提供依据。

一种变压器结构异变故障动态模拟装置，包括变压器器身、设于变压器器身内的铁芯及围绕铁芯芯柱绕制的绕组，变压器器身的顶部设有三组高压套管，三组高压套管中高压侧有4个，中压侧有4个，低压侧有3个，三组高压套管分别与变压器器身内的绕组相连，所述铁芯包括分为上下两部分的硅钢片，下部分为“E”字结构，用于放置三相绕组；上部分为“一”字结构，铁芯上铁轭通过硅钢片叠片而成，两端设置上夹件，铁芯上铁轭和上夹件通过穿心布置的上夹件轴向拉杆进行紧固成为整体结构，即形成铁芯上铁轭及上夹件组件；各个绕 组为三段式结构，三段式的绕组结构每两段之间通过冷压接头进行连接。

进一步的，三组高压套管中高压侧4个分别是高压套管A、B、C、O，中压侧4个分别是中压套管Am、Bm、Cm、Om，低压侧3个分别是低压套管a、b、c，变压器器身内部的3个高压绕组末端相连，构成“Y”型结构，高压套管A、B、C分别与3个高压绕组首端相连，高压套管O与3个高压绕组的连接点相连，变压器器身内部的3个中压绕组末端相连，构成“Y”型结构，中压套管Am、Bm、Cm分别与3个中压绕组首端相连，中压套管Om与3个中压绕组的连接点相连，变压器器身内部的3个低压绕组分别首尾相连，构成“Δ”型结构，低压套管a、b、c分别与3个低压绕组首端相连。

进一步的，铁芯上铁轭及上夹件组件上设有上夹件吊装环。

进一步的，还包括设于变压器器身底部的支撑件。

进一步的，变压器器身的顶部设有油箱注油接口，侧壁设有油箱出油接口，油箱注油接口的外圈设有用于与出油管道相连的螺纹。

进一步的，变压器器身的顶部设有器身吊装环，均匀分布在变压器器身的四个称重位置。

本发明对辅助结构件进行了简化设计，简化了上铁轭拆装过程中的插片流程，能够实现对各结构件的简易拆卸与精确复位，由于不需要对上铁轭进行插片处理，保证了安装精确度；通过替换三段式结构绕组中的任意一段或者多段，该装置能够用于模拟不同故障类型及其故障程度，如轴向位移故障、绕组轴向倒塌故障、绕组变形故障等；本装置高压绕组有4个接线端子，中压绕组有4个接线端子，低压绕组有3个接线端子，基于该装置可以改变不同的接线方式，可以实现对接地状况、测试绕组状态、非测试绕组状态等的模拟，从而较为系统地研究变压器结构异变与频率响应接线方式及其结果的对应关系。

附图说明

图1是本发明变压器结构异变故障动态模拟装置的主视图；

图2是本发明变压器结构异变故障动态模拟装置的俯视图；

图3是本发明中铁芯的结构示意图；

图4是本发明中高压绕组的结构示意图；

图5为本发明变压器结构异变故障动态模拟方法的原理框图；

图6(a)为本发明变压器结构异变故障动态模拟时正常段示意图，图6(b)为倒塌段示意图；

图7(a)为本发明变压器结构异变故障动态模拟时绕组变形示意图，图7(b)为图7(a)中VI部分的放大图；

图8为本发明变压器结构异变故障动态模拟时绕组轴向位移示意图；

图9为本发明为变压器结构异变故障动态模拟时频率响应试验接线原理图；

图10为本发明为变压器结构异变故障动态模拟时介质损耗试验接线原理图。

图中：1—支撑件，2—变压器器身，3—油箱注油接口，4—器身吊装环，5—油箱出油接口，6—高压套管，7—铁芯，8—铁芯纵向拉杆，9—上夹件轴向拉杆，10—铁芯上铁轭及上夹件组件，11—下端圈，12—绕组铜扁线，13—上端圈，14—冷压接头，15—油道，16—绕组线饼，17—绝缘垫块，18—绝缘棒，19—低压绕组，20—中压绕组，21—高压绕组，22—上夹件吊装环。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1和图2，本发明变压器结构异变故障动态模拟装置包括变压器器身2、设于变压器器身2底部的支撑件1、设于变压器器身2内的铁芯7及围绕铁芯7芯柱绕制的绕组。所述支撑件1位于左右两侧的为工字结构，位于中间的为C字结构。变压器器身2的顶 部设有油箱注油接口3，侧壁设有油箱出油接口5，油箱注油接口3的外圈设有螺纹，可与出油管道相连。变压器器身2的顶部还设有器身吊装环4，如图1所示，四个器身吊装环4均匀分布在变压器器身2的四个称重位置。请一并参考图9，变压器器身2的顶部设有3组高压套管6，其中高压侧4个(高压套管A、B、C、O)、中压侧4个(中压套管Am、Bm、Cm、Om)、低压侧(低压套管a、b、c)3个。变压器器身2内部的3个高压绕组末端相连，构成“Y”型结构，高压套管A、B、C分别与3个高压绕组首端相连，高压套管O与3个高压绕组的连接点相连。变压器器身2内部的3个中压绕组末端相连，构成“Y”型结构，中压套管Am、Bm、Cm分别与3个中压绕组首端相连，中压套管Om与3个中压绕组的连接点相连。变压器器身2内部的3个低压绕组分别首尾相连，构成“Δ”型结构，低压套管a、b、c分别与3个低压绕组首端相连。

图3为铁芯7的结构示意图，所述铁芯7包括分为上下两部分的硅钢片：下部分为“E”字结构，用于放置三相绕组；上部分为“一”字结构，构成铁芯上铁轭及上夹件组件10，以便于拆卸与安装。铁芯上下两部分使用铁芯纵向拉杆8进行紧固，上夹件吊装环22用于拆装铁芯上铁轭及上夹件组件10时的吊装。

传统的变压器铁芯上铁轭采用插片结构，需要将硅钢片逐片插入下部“E”字结构芯柱的槽隙中，操作难度较大。为克服这一缺点，本发明将铁芯上铁轭与上夹件构成整体结构，通过穿心布置的上夹件轴向拉杆9进行紧固，上夹件轴向拉杆9可以保证上铁轭的硅钢片紧密贴合，同时可起到定位上夹件与上铁轭的作用。此结构设置保证了变压器“芯柱-铁轭”这一磁路完整性的同时，避免了上铁轭拆装过程中的插片操作，简化了操作步骤。

图4为变压器高压绕组三段式结构示意图，高压绕组包括下端圈11、绕组铜扁线12、上端圈13、冷压接头14、油道15。绕组各线饼的铜扁线之间均匀排布绝缘垫块17(如图7(a)和图7(b)所示)，绝缘垫块17起到保证线饼扁铜线12间绝缘的作用，同时保证油道 15畅通。三段式的绕组结构每两段之间通过冷压接头14进行连接。实际操作过程中，可以断开冷压接头14，从而对三段式结构中任意一段或多段进行替换，也能够实现对任意一段进行故障程度调整，用于模拟不同故障类型及其故障程度。对于任意一段绕组，两端导体均与冷压接头14进行冷压焊接，不同绕组段间通过冷压接头14实现分段绕组间的可靠连接。变压器其他绕组也采用相同的三段式结构。

本发明变压器结构异变故障动态模拟装置具有以下特点：

一、该装置严格按照220kV电力变压器缩比，保持与真型变压器一致的结构布局与绝缘设置。

二、为模拟不同类型的结构性故障，同时也为方便进行不同故障程度的调节，该装置对辅助结构件进行了简化设计，特别是设计了上铁轭和上夹件的整体结构10，简化了上铁轭拆装过程中的插片流程，能够实现对各结构件的简易拆卸与精确复位。

三、铁芯上铁轭及上夹件为整体结构。铁芯上铁轭通过硅钢片叠片而成，两端由上夹件紧固。上铁轭与芯柱之间交界面为矩形，两接触面平整。在该模拟试验平台拆装过程中，铁芯上铁轭及上夹件始终作为整体结构，不需要对上铁轭进行插片处理，保证了安装精确度。

四、各个绕组均分为三段式结构，两段之间通过冷压接头连接，能够实现对任意一段结构的替换与调整，从而实现模拟不同故障类型及其故障程度，如轴向位移故障、绕组轴向倒塌故障、绕组变形故障等。

下文以利用本发明的变压器结构异变动态模拟装置来模拟故障，并进行相关研究试验为例，对本发明进行说明。

图5是本发明变压器结构异变故障动态模拟方法的原理框图，该方法的核心是依据变压器实际结构及其材料特性，构建变压器结构异变动态模拟装置。该装置能够实现对典型的现场故障(轴向位移、绕组变形、轴向倒塌等)的模拟。同时，依托于该装置，可以进行频率响应试验、介质损耗试验、短路阻抗试验。通过对变压器结构异变故障动态模拟装置的试验，得到不同故障类型及程度下变压器的典型试 验数据。

(1)故障模拟

本发明的变压器结构异变动态模拟装置能够实现对轴向倒塌故障、绕组变形故障、轴向位移故障的模拟，下文对3种故障模拟的具体实现进行了描述。

(a)轴向倒塌故障

图6(a)和图6(b)为绕组轴向倒塌时正常段与倒塌段示意图。轴向倒塌故障为本模拟试验平台能够模拟的典型故障类型之一，图中α为绕组导体侧面与水平面之间的夹角，表征绕组轴向倒塌的程度。在线圈绕制过程中，通过在线圈模具上增加图6(b)所示的三角形楔子使绕组导线产生倾倒，轴向倒塌程度可以通过改变楔子的夹角α进行调节。

(b)绕组变形故障

图7为绕组变形示意图。绕组变形为本故障模拟装置能够模拟的典型故障类型之一，8个绝缘垫块17均匀分布在绕组导体所在圆周，绝缘垫块17为扁状长方体结构，其高度等于油道15高度，其长度近似等于绕组线饼径向厚度，其宽度一般为20mm。在线圈绕制过程中，通过在指定变形部位增加绝缘棒18使绕组产生幅向鼓包变形，变形程度可以通过改变绝缘棒18的直径进行调节。

(c)轴向位移故障

图8为轴向位移故障示意图。图中低压绕组19、中压绕组20、高压绕组21均围绕铁芯7同心排布。各绕组上的绕组线饼16间设有绝缘垫块17(图8中设有三个绝缘垫块，分别a、b、c)。可通过改变绝缘垫块厚度，实现绕组线饼16在轴向位置上的改变，从而模拟轴向位移故障。图8中正常绝缘垫块厚度为h(如a所示)。为使图8中线饼向下发生轴向位移，需增加上部绝缘垫块厚度到h+Δh(如b所示)，对应地减小下部绝缘垫块厚度到h-Δh(如c所示)。

(2)相关试验

(a)变压器结构异变故障研究试验

基于本发明的装置，模拟变压器轴向倒塌故障、绕组变形故障、轴向位移故障，进行在不同故障情况下，变压器内部结构变化、应力薄弱点、故障发展过程的研究。

(b)变压器故障诊断技术研究

对变压器模拟的故障进行全方位的监测，收集能够表征故障的信息量，改变故障的发生部位，严重程度等因素，研究现场常用故障诊断技术。

一般认为，频率响应法能够在较宽的频带上测量分析绕组的频率响应特性，判断变压器的状态。当变压器发生结构异变后，其内部的电感、电容、电阻分布参数必然发生相对变化，对应的频率响应曲线也会发生改变。尽管变压器厂家可能保留了大型电力变压器的频率响应历史数据，能够用于变压器现场试验中与频率响应测试结果对比。但是，普遍认为试验接线方式对试验结果有很大影响。本装置高压绕组有4个接线端子，中压绕组有4个接线端子，低压绕组有3个接线端子，基于该装置可以改变不同的接线方式，可以实现对接地状况、测试绕组状态、非测试绕组状态等的模拟，从而较为系统地研究变压器结构异变与频率响应接线方式及其结果的对应关系。图9是频率响应试验接线原理图，其中图示接线方式为高压绕组A点注入信号，中性点O点测量。

图10为介质损耗试验接线原理图。通过电桥法对变压器介质损耗进行试验，可以测量对应的电容量及介质损耗。由于本装置的油箱接地状态可人为改变，在进行介质损耗试验时，可以分别对变压器器身接地与不接地情况进行试验，同时也可以选择电桥“正接法”或“反接法”。

(c)故障应对策略研究试验

研究变压器发生故障之后，采取何种措施才能够保证电网安全和设备安全，降低经济损失。通过对不同故障的不同应对策略的模拟试验，对各个策略的结果进行分析评估，研究出针对各个故障的最优应对策略。

本发明具体实施方式的变压器器身、套管、无励磁分接开关、散热片等部分按照GB1094.1、GB1094.2、GB1094.3、GB1094.5等标准设计并制造。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，所列举的试验方法、故障类型及其程度仅为示例，并不用于限定本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变压器结构异变故障动态模拟装置，包括变压器器身(2)、设于变压器器身(2)内的铁芯(7)及围绕铁芯(7)芯柱绕制的绕组，其特征在于：变压器器身(2)的顶部设有三组高压套管，三组高压套管中高压侧有4个，中压侧有4个，低压侧有3个，三组高压套管分别与变压器器身(2)内的绕组相连，所述铁芯(7)包括分为上下两部分的硅钢片，下部分为“E”字结构，用于放置三相绕组；上部分为“一”字结构，铁芯上铁轭通过硅钢片叠片而成，两端设置上夹件，铁芯上铁轭和上夹件通过穿心布置的上夹件轴向拉杆(9)进行紧固成为整体结构，即形成铁芯上铁轭及上夹件组件(10)；各个绕组为三段式结构，三段式的绕组结构每两段之间通过冷压接头(14)进行连接。

2.如权利要求1所述的变压器结构异变故障动态模拟装置，其特征在于：三组高压套管中高压侧4个分别是高压套管A、B、C、O，中压侧4个分别是中压套管Am、Bm、Cm、Om，低压侧3个分别是低压套管a、b、c，变压器器身(2)内部的3个高压绕组末端相连，构成“Y”型结构，高压套管A、B、C分别与3个高压绕组首端相连，高压套管O与3个高压绕组的连接点相连，变压器器身(2)内部的3个中压绕组末端相连，构成“Y”型结构，中压套管Am、Bm、Cm分别与3个中压绕组首端相连，中压套管Om与3个中压绕组的连接点相连，变压器器身(2)内部的3个低压绕组分别首尾相连，构成“Δ”型结构，低压套管a、b、c分别与3个低压绕组首端相连。

3.如权利要求1所述的变压器结构异变故障动态模拟装置，其特征在于：铁芯上铁轭及上夹件组件(10)上设有上夹件吊装环(22)。

4.如权利要求1所述的变压器结构异变故障动态模拟装置，其特征在于：铁芯(7)上下两部分使用铁芯纵向拉杆(8)进行紧固。

5.如权利要求1所述的变压器结构异变故障动态模拟装置，其特征在于：还包括设于变压器器身(2)底部的支撑件(1)。

6.如权利要求1所述的变压器结构异变故障动态模拟装置，其特征在于：变压器器身(2)的顶部设有油箱注油接口(3)，侧壁设有油箱出油接口(5)，油箱注油接口(3)的外圈设有用于与出油管道相连的螺纹。

7.如权利要求1所述的变压器结构异变故障动态模拟装置，其特征在于：变压器器身(2)的顶部设有器身吊装环(4)，均匀分布在变压器器身(2)的四个称重位置。