CN106569114A - 一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台，用于模拟实际变压器运行中受雷电侵入波时绕组所受电磁力冲击的情况，研究变压器在雷电侵入波作用下绕组绝缘损伤情况。本发明实施例包括：变压器绕组试验模型、大电流电源系统、冲击电流电源系统、绕组振动测量系统。本发明实施例方法通过冲击电流电源系统产生冲击电流模拟雷电侵入波，通过绕组振动测量系统研究绕组受冲击的情况。

Description

一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台及方法

技术领域

本发明涉及变压器模拟测试领域，尤其涉及一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台及方法。

背景技术

雷电侵入波对变压器长期冲击作用都可能对变压器造成一定损伤，进一步可能引发设备突发性事故。侵入波对变压器绝缘的主要影响在于温度、机械力以及过电压三个方面。最主要的影响因素在于机械力，导致绕组变形进而引发绝缘破损，引起变压器事故。当受到雷电流冲击作用时，绕组上流过的大电流将导致绕组所受电磁力剧增。绕组受冲击力作用后，巨大的电磁力作用可能造成绝缘距离发生改变或绝缘纸发生破损，当遇到雷电过电压时，变压器将发生匝间、饼间击穿，发生突发性损坏事故。

目前国内的试验平台和试验方法主要关注于温度以及过电压两个方面，关于机械力对变压器绝缘影响的研究较少，也没有关于实测侵入波作用下绕组受机械力作用的研究。

因此，为了在实验室研究变压器在雷电侵入波作用下绕组绝缘损伤情况，需要设计用于变压器的侵入波暂态冲击模拟试验平台。

发明内容

本发明实施例提供了一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台，包括变压器绕组试验模型、大电流电源系统、冲击电流电源系统、绕组振动测量系统；

所述变压器绕组试验模型分别与所述大电流电源系统、所述冲击电流电源系统电性连接；

所述绕组振动测量系统设置于所述变压器绕组试验模型内部；

所述绕组振动测量系统具体为高灵敏度激光位移传感器。

优选地，所述冲击电流电源系统具体为冲击电流发生器，包括变压器、整流硅堆、冲击电流保护电阻、充电电容；

所述变压器与所述整流硅堆、所述冲击电流保护电阻、所述充电电容串联；

所述充电电容与所述变压器绕组试验模型中的待测绕组并联。

优选地，所述大电流电源系统具体为工频电压发生器，包括隔离变压器、工频试验变压器、大电流保护电阻和工频电源；

所述工频试验变压器与大所述电流保护电阻、所述工频电源串联；

所述隔离变压器的一侧与所述工频试验变压器并联，所述隔离变压器的另一侧与所述变压器绕组试验模型中的待测绕组并联。

优选地，所述变压器绕组试验模型包括5饼变压器高压绕组和多个低压绕组、待测绕组、铁芯、可移动金属箱、托盘；

所述低压绕组接收由所述大电流电源系统中的工频电压发生器传输的电流，作为励磁绕组；

所述励磁绕组、所述待测绕组、所述铁芯、所述托盘设置于所述可移动金属箱内部；

所述励磁绕组包围所述铁芯，所述待测绕组设置于所述托盘上。

优选地，所述高灵敏度激光位移传感器设置于所述待测绕组旁边，用于测量所述待测绕组的位移。

优选地，还包括绝缘系统；

所述绝缘系统包括变压器油和绝缘垫块；

所述变压器油充满所述可移动金属箱；

所述绝缘垫块位于所述励磁绕组下方。

优选地，所述可移动金属箱中与所述待测绕组相对的部分设置有观察窗；

所述观察窗具体为有机玻璃。

本发明实施例提供一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法，基于上述的变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台进行执行，包括：

通过所述冲击电流电源系统产生冲击电流传输至所述待测绕组；

通过所述绕组振动测量系统测量所述待测绕组受所述冲击电流冲击后的位移。

优选地，所述变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法之前还包括变压器模拟方法；

所述变压器模拟方法具体包括：

通过所述工频电压发生器产生电流传输至低压绕组，将所述低压绕组作为励磁绕组，在所述励磁绕组周围产生漏磁场；

所述待测绕组位于所述漏磁场中。

优选地，所述变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法之前还包括变压器模型的等效性检验。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供的变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台通过冲击电流电源系统产生冲击电流模拟雷电侵入波，通过绕组振动测量系统测量所述待测绕组受所述冲击电流冲击后的位移。本发明实施例提供的变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法可以模拟实际变压器运行中受雷电侵入波时绕组所受电磁力冲击的情况，研究变压器在雷电侵入波作用下绕组绝缘损伤情况。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台的示意图；

图2为本发明实施例提供的试验平台中绕组振动测量系统工作原理示意图；

图3为本发明实施例提供的变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法的流程示意图。

其中，附图标记如下所示：

1、变压器绕组试验模型；2、变压器；3、整流硅堆；4、冲击电流保护电阻；5、充电电容；6、隔离变压器；7、工频试验变压器；8、大电流保护电阻；9、工频电源；10、励磁绕组；11、待测绕组；12、铁芯；13、托盘；14、观察窗；15、高灵敏度激光位移传感器；16、绝缘垫块。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台，通过冲击电流电源系统产生冲击电流模拟雷电侵入波，通过绕组振动测量系统研究绕组受冲击电流引起的电磁力冲击产生位移的情况。本发明实施例提供的变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法用于模拟实际变压器运行中受雷电侵入波时绕组所受电磁力冲击的情况，研究变压器在雷电侵入波作用下绕组绝缘损伤情况。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

电力变压器在运行中会在铁芯12内部建立励磁回路，该磁通称为主磁通。但是当变压器绕组中流过负载电流时，就会在绕组所占空间及其周围空间产生磁通，一般称为漏磁通。当受到雷电流冲击作用时，绕组上流过的大电流将导致绕组所受电磁力剧增。绕组受冲击力作用后，巨大的电磁力作用可能造成绝缘距离发生改变或绝缘纸发生破损，当遇到雷电过电压时，变压器将发生匝间、饼间击穿，发生突发性损坏事故。因此为了在实验室研究变压器在雷电侵入波作用下绕组绝缘损伤情况，需要设计用于变压器的暂态冲击试验平台。

针对上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种用于侵入波暂态冲击对变压器绝缘损伤试验研究的试验平台及方法，设计了模拟变压器实际运行情况下绕组等比缩放模型，该模型能够模拟现场运行工况下变压器绕组磁场情况。提出了实际变压器与等效模型相似性考察方法，设计了一套供电方案。本平台由变压器绕组试验模型1、变压器模型等效性检验方法、大电流及冲击电流电源系统、绕组振动测量系统组成。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台，包括变压器绕组试验模型11、大电流电源系统、冲击电流电源系统、绕组振动测量系统；

变压器绕组试验模型11分别与大电流电源系统、冲击电流电源系统电性连接；

绕组振动测量系统设置于变压器绕组试验模型1内部；

绕组振动测量系统具体为高灵敏度激光位移传感器15。

冲击电流电源系统具体为冲击电流发生器，包括变压器2、整流硅堆3、冲击电流保护电阻4、充电电容5；

变压器与整流硅堆3、冲击电流保护电阻4、充电电容5串联；

充电电容5与变压器绕组试验模型1中的待测绕组11并联。

大电流电源系统具体为工频电压发生器，包括隔离变压器6、工频试验变压器7、大电流保护电阻8和工频电源9；

工频试验变压器7与大电流保护电阻8、工频电源9串联；

隔离变压器6的一侧与工频试验变压器7并联，隔离变压器6的另一侧与变压器绕组试验模型1中的待测绕组11并联。

需要说明的是，由于实际运行大型变压器绕组中会有产生漏磁通负载电流流过，利用工频电压发生器模拟负载电流，进而能够在实验模型中产生所需的漏磁场。冲击电流发生器与试验绕组连接，模拟雷电流入侵变压器的工况。

需要说明的是，传统的电力变压器电源为高压侧，而本试验平台通过工频电压发生器产生电流传输至低压绕组，将低压绕组作为励磁绕组，在励磁绕组周围产生漏磁场，同时将待测绕组设置于漏磁场中，最终实现了变压器试验模型的模拟。

在现场运行中，电源一般与高压绕组连接，而本发明实施例的变压器模拟方法将电源与低压绕组相连接，并将低压绕组作为励磁绕组。

变压器绕组试验模型1包括5饼变压器高压绕组和多个低压绕组、待测绕组11、铁芯12、可移动金属箱、托盘13；

低压绕组接收由大电流电源系统中的工频电压发生器传输的电流，作为励磁绕组10；

励磁绕组10、待测绕组11、铁芯12、托盘13设置于可移动金属箱内部；

励磁绕组10包围铁芯12，待测绕组11设置于托盘13上。

变压器绕组试验模型1还包括绝缘系统；

绝缘系统包括变压器油和绝缘垫块16；

变压器油充满可移动金属箱；

绝缘垫块16位于励磁绕组10下方。

可移动金属箱中与待测绕组11相对的部分设置有观察窗14；

观察窗14具体为有机玻璃。

需要说明的是，变压器绕组试验模型1，由励磁绕组10、待测绕组11、铁芯12、托盘13、绝缘垫块16、电极、套管以及观察窗14八部分组成。由于实际大型变压器造价昂贵，该等效模型依据实际变压器结构以及侵入波暂态冲击试验要求设计，与实际变压器相比有一定等效性。该模型不仅能够模拟实际变压器产生的磁场环境，而且能够通过冲击电流发生器产生一定的冲击电流在模型中模拟实际雷电流在绕组中产生的电磁力，该模型具有体积小、等效大型电力变压器等优点。

绕组振动测量系统具体为高灵敏度激光位移传感器15；

高灵敏度激光位移传感器15设置于待测绕组11旁边，用于测量待测绕组11的位移。

高灵敏度激光位移传感器15所测试的位移最小值小于5微米，使用多角度多个激光位移传感器获得绕组不同点位移的综合信息，实现侵入波暂态冲击电流作用下绕组振动变形情况的重构。

需要说明的是，绕组振动测量系统，主要利用高灵敏度激光位移传感器15，通过观察窗14测量试验时试验绕组上的振动情况，根据振动情况研究侵入波对变压器绕组力学冲击影响。该测量系统具有高灵敏度、快速响应、不需要电气连接等优点，能够满足本平台的测量需求。

以上是对本发明实施例的一些介绍，下面将结合本发明实施例的示意图来对本发明实施例作进一步的说明。请参阅图1，本发明实施例提供的变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台，包含了绕组等效模型以及两侧的电源系统。

如图1所示，励磁绕组10利用工频电压发生器来产生磁场，磁场强度可以通过调整电流值的大小控制，以此提供绕组电磁力产生时所需要的漏磁场环境。待测绕组11放置在托盘13上，对待测绕组11施加冲击电流。待测绕组11在磁场和电流作用下会在待测绕组11上产生轴向和辐向的电动力，绕组上电动力会对绝缘纸产生一定程度的损伤，通过多次冲击试验后分析不同位置绝缘纸聚合度，研究侵入波对变压器绝缘的影响。箱体中部设有铁芯12固定低压待测绕组11，并模拟实际变压器中绕组周围磁场情况。右侧开有观察窗14，观察窗14采用透明有机玻璃结构，能够透过激光位移传感器15发出的光源测量绕组振动情况。整个变压器绕组模型防止在可移动金属箱中，金属箱开有两个口。为了模拟实际变压器装配工艺，从抽气口对变压器进行真空抽气，让处理过的变压器油从进油口进入，保证整个过程中没有空气等杂质进入变压器油中。箱中充满的变压器油，构成两个绕组间绝缘。绕组下部均设有绝缘垫块16，形成与箱体间的绝缘。

图1中虚线框表示整个变压器绕组试验模型1，虚线框外表示出了本发明所涉及的大电流及冲击电流电源系统，绕组模型左侧为冲击电流发生器，右侧为工频电压发生器。工频电压发生器由隔离变压器6、工频试验变压器7以及保护电阻组成，隔离变压器6为了隔离励磁绕组10从待测绕组11上感应的过电压，保护电阻用来保护工频电源9。冲击电流发生器由变压器、整流硅堆3、保护电阻、充电电容5以及放电间隙组成，试验时首先通过充电电容5进行充电，达到设点电流峰值后间隙放电，通过套管对试验待测绕组11施加冲击电流。工频电压发生器产生的电流流过励磁绕组10，在铁心中产生主磁通，在励磁绕组10周围产生漏磁通。待测绕组11位于漏磁场中，当冲击电流通过待测绕组11时根据安培定律可知，待测绕组11中将会产生不同大小不同方向的电动力。以此模拟变压器在受多次侵入波作用下绕组受电动力冲击的情况，研究侵入波对变压器绝缘损伤。通常在现场运行中，电源一般与高压绕组连接，而本试验平台电源与低压绕组相连接，并将低压绕组作为励磁绕组。便于控制磁场强度，同时防止绕组绝缘因电压过高损坏。

以上是对本发明实施例的试验平台中的绕组等效模型以及两侧的电源系统作详细的介绍，以下将结合图2对本发明实施例的绕组振动测量系统作深入的介绍。

请参阅图2，图2表示出了激光位移传感器15的工作原理，测量时激光位移传感器15通过准直镜和物镜发出宽光点打在待测绕组11表面，反射光进入高精度感光元件。当绕组发生振动时，发射光的发射位置将会发生改变，通过高精度感光元件测量反射光位置变化即可获得绕组的振动信息。

以上是对本发明实施例的试验平台作详细的描述，下面将对本发明实施例提供的试验方法做深入的解释。

请参阅图3，本发明实施例提供一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法，基于上述的实验平台进行执行，包括：

101、通过冲击电流电源系统产生冲击电流传输至待测绕组11；

102、通过绕组振动测量系统测量待测绕组11受冲击电流冲击后的位移。

本发明实施例提供的变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法之前还包括变压器模拟方法；

变压器模拟方法具体包括：

通过所述工频电压发生器产生电流传输至低压绕组，将所述低压绕组作为励磁绕组10，在所述励磁绕组10周围产生漏磁场；

待测绕组11位于漏磁场中。

需要说明的是，在现场运行中，电源一般与高压绕组连接，而本发明实施例的变压器模拟方法将电源与低压绕组相连接，并将低压绕组作为励磁绕组。

变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法之前还包括变压器模型的等效性检验。

变压器模型等效性检验方法主要包括以下九点：

1、运行方式是否相同，如发电机升压变压器、配电变压器、联络变压器。

2、设计结构是否相同，如为干式、油浸式、带有同心式绕组的心式、交叠式、壳式、圆形绕组、非圆形绕组。

3、主要绕组的排列和几何分区顺序是否相同。

4、绕组导线材质是否相同，如为铝、铝合金、软铜或硬铜、金属箔、圆线、扁线、连续换位导线和环氧树脂粘接。

5、主要绕组类型是否相同，螺旋式、连续式、层式、饼式。

6、短路时吸收的容量(额定容量/短路阻抗标幺值)为参考变压器的30％—130％之间。

7、短路时轴向力和绕组应力不超过参考变压器的110％。

8、制造工艺过程相同。

9、固定和支撑方式相同。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验平台，其特征在于，包括变压器绕组试验模型、大电流电源系统、冲击电流电源系统、绕组振动测量系统；

所述变压器绕组试验模型分别与所述大电流电源系统、所述冲击电流电源系统电性连接；

所述绕组振动测量系统设置于所述变压器绕组试验模型内部；

所述绕组振动测量系统具体为高灵敏度激光位移传感器。

2.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述冲击电流电源系统具体为冲击电流发生器，包括变压器、整流硅堆、冲击电流保护电阻、充电电容；

所述变压器与所述整流硅堆、所述冲击电流保护电阻、所述充电电容串联；

所述充电电容与所述变压器绕组试验模型中的待测绕组并联。

3.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述大电流电源系统具体为工频电压发生器，包括隔离变压器、工频试验变压器、大电流保护电阻和工频电源；

所述工频试验变压器与大所述电流保护电阻、所述工频电源串联；

所述隔离变压器的一侧与所述工频试验变压器并联，所述隔离变压器的另一侧与所述变压器绕组试验模型中的待测绕组并联。

4.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述变压器绕组试验模型包括5饼变压器高压绕组和多个低压绕组、待测绕组、铁芯、可移动金属箱、托盘；

所述低压绕组接收由所述大电流电源系统中工频电压发生器传输的电流，作为励磁绕组；

所述励磁绕组、所述待测绕组、所述铁芯、所述托盘设置于所述可移动金属箱内部；

所述励磁绕组包围所述铁芯，所述待测绕组设置于所述托盘上。

5.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，

所述高灵敏度激光位移传感器设置于所述待测绕组旁边，用于测量所述待测绕组的位移。

6.根据权利要求4所述的试验平台，其特征在于，还包括绝缘系统；

所述绝缘系统包括变压器油和绝缘垫块；

所述变压器油充满所述可移动金属箱；

所述绝缘垫块位于所述励磁绕组下方。

7.根据权利要求4所述的试验平台，其特征在于，所述可移动金属箱中与所述待测绕组相对的部分设置有观察窗；

所述观察窗具体为有机玻璃。

8.一种变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法，基于权利要求1至7中任意一项所述的实验平台进行执行，其特征在于，包括：

通过冲击电流电源系统产生冲击电流传输至待测绕组；

通过绕组振动测量系统测量所述待测绕组受所述冲击电流冲击后的位移。

9.根据权利要求8所述的变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法，其特征在于，所述变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法之前还包括变压器模拟方法；

所述变压器模拟方法具体包括：

通过所述工频电压发生器产生电流传输至低压绕组，将所述低压绕组作为励磁绕组，在所述励磁绕组周围产生漏磁场；

所述待测绕组设置于所述漏磁场中。

10.根据权利要求8所述的变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法，其特征在于，所述变压器侵入波暂态冲击模拟试验方法之前还包括变压器模型的等效性检验。