CN107591072B - 一种变压器综合故障诊断仿真装置及其仿真方法 - Google Patents
一种变压器综合故障诊断仿真装置及其仿真方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种变压器综合故障诊断仿真装置及其仿真方法，包括高压绕组故障仿真装置、低压绕组故障仿真装置和高低压侧绕组及铁芯绝缘故障仿真装置，高/低压绕组故障仿真装置用于导电回路接触不良故障、绕组短路故障、高压绕组断股与绕组开路的故障仿真以及高压绕组分接开关档位错档的故障和低压侧三角形和星型绕组的转换，高低压侧绕组及铁芯绝缘故障仿真装置用于仿真正常无故障状态仿真、高压绕组对地短路的故障、低压绕组对地短路的故障、高低压绕组间短路的故障和铁芯多点接地的故障。本发明通过操作各个开关实现变压器综合故障仿真，结构简单、成本低、占用空间小、仿真效果更好，避免设备带病运行，降低设备风险，提升培训效果。
Description
技术领域
本发明属于变压器故障仿真技术领域，具体涉及一种变压器综合故障诊断仿真装置及其仿真方法。
背景技术
由于室内培训场地空间有限，仿真装置若配置大型变压器，成本高，占用空间大，结构复杂，仿真效果差。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种变压器综合故障诊断仿真装置及其仿真方法，结构简单、成本低、占用空间小、仿真效果更好，以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为： 一种变压器综合故障诊断仿真装置，包括高压绕组故障仿真装置、低压绕组故障仿真装置和高低压侧绕组及铁芯绝缘故障仿真装置，高压绕组故障仿真装置用于仿真高压侧绕组正常无故障、导电回路接触不良故障、绕组短路故障、高压绕组断股与绕组开路的故障仿真和分接开关档位错档的故障，低压绕组故障仿真装置用于仿真低压侧绕组正常无故障、导电回路接触不良的故障、绕组短路故障、低压绕组断股与绕组开路的故障仿真以及低压侧三角形和星型绕组的转换，高低压侧绕组及铁芯绝缘故障仿真装置用于仿真正常无故障状态仿真、高压绕组对地短路的故障、低压绕组对地短路的故障、高低压绕组间短路的故障和铁芯多点接地的故障。
优选的，上述高压绕组故障仿真装置包括A相绕组、B相绕组、C相绕组和中性线N，每相绕组均包括一个电阻和与电阻串接的并联的三条分支绕组，电阻两端连接有电阻短路开关，每条分支绕组均包括依次串接的第一股绕组、第二股绕组、第三股绕组和第四股绕组，第一股绕组始端和终端连接有绕组短路开关，第一股绕组和第二股绕组之间连接有断路开关，每条分支绕组的第二股绕组和第三股绕组间均引出公共分接线三连接到分接开关，每条分支绕组的第三股绕组和第四股绕组间均引出公共分接线二连接到分接开关，每条分支绕组的尾端合并后的分接线一连接有分接开关，每个分接开关出线端连接到中性线N。
优选的，上述A相绕组B相绕组和C相绕组上的电阻分别为电阻RA、电阻RB和电阻RC，电阻RA、电阻RB和电阻RC的两端连接的电阻短路开关分别为开关1S、开关2S和开关3S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第一股绕组连接的绕组短路开关分别为开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的断路开关分别为开关13S、开关14S、开关15S、开关16S、开关17S、开关18S、开关19S、开关20S和开关21S。
优选的，上述A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第二股绕组和第三股绕组间的公共分接线三连接的分接开关分别为开关24S、开关27S、开关30S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第三股绕组和第四股绕组间的公共分接线二连接的分接开关分别为开关23S、开关26S、开关29S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第四股绕组尾端合并后的分接线一连接的分接开关分别为开关22S、开关25S、开关28S。
优选的，上述低压绕组故障仿真装置包括a相绕组、b相绕组、c相绕组和中性线n，每相绕组均包括一个电阻和与电阻串接的并联的三条分支绕组，电阻两端连接有电阻短路开关，每条分支绕组均包括依次串接的第一股绕组和第二股绕组，第一股绕组始端和终端连接有绕组短路开关，第一股绕组和第二股绕组之间连接有断路开关，每条分支绕组的尾端合并后的分接线一连接有双档位开关，双档位开关的两出线端中一端连接到相邻绕组的分支绕组始端，另一端均连接到中性线n。
优选的，上述a相绕组b相绕组和c相绕组上的电阻分别为电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc，电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc的两端连接的电阻短路开关分别为开关1S'、开关2S'和开关3S'；a相绕组、b相绕组和c相绕组的九条分支绕组的第一股绕组连接的绕组短路开关分别为开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'；a相绕组、b相绕组和c相绕组的九条分支绕组的断路开关分别为开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'；a相绕组、b相绕组和c相绕组上的双档位开关的两连通点分别为1k'与4k'、2k'与5k'和3k'与6k'。
优选的，上述铁芯绝缘故障仿真装置包括铁芯以及缠绕在铁芯上的低压侧的a相绕组、b相绕组、c相绕组与中性线n和高压侧的A相绕组、B相绕组、C相绕组与中性线N，中性线N通过开关31S和开关33S分别连接到变压器外壳和中心线n上，中心线n通过开关32S连接到变压器外壳上，变压器外壳通过开关34S连接到铁芯上。
优选的，上述一种变压器综合故障诊断仿真装置的仿真方法，该方法为：
高压绕组故障仿真装置：1）变压器处于正常无故障状态仿真：高压侧绕组回路中的开关状态为：开关1S、开关2S和开关3S闭合，电阻RA、电阻RB和电阻RC均短接，4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S均断开，开关13S、开关14S、开关15S、开关16S、开关17S、开关18S、开关19S、开关20S和开关21S均闭合；2）高压绕组导电回路接触不良的故障状态仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关1S、开关2S和开关3S断开；3）每相高压绕组的每条分支绕组的第一股绕组短路故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S均闭合；4）高压绕组断股、绕组开路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关13S、开关14S、开关15S、开关16S、开关17S、开关18S、开关19S、开关20S和开关21S均断开；5）分接开关档位错档的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，通过操作分接线一处对应的开关24S、开关27S、开关30S或分接线二处对应的开关23S、开关26S、开关29S以及分接线开关三处对应的开关22S、开关25S、开关28S相互错位断开或闭合；
低压绕组故障仿真装置：1）变压器处于正常无故障状态仿真：低压侧绕组回路中的开关状态为：开关1S'、开关2S'和开关3S'闭合，电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc均短接，开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'均断开，开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'均闭合；2）低压绕组导电回路接触不良的故障状态仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关1S'、开关2S'和开关3S'断开；3）每相低压绕组的每条分支绕组的第一股绕组短路故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'均闭合；4）低压绕组断股、绕组开路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'均断开；
铁芯绝缘故障仿真装置：1）变压器铁芯处于正常无故障状态仿真：高低压绕组之间的开关33S断开，高压绕组与变压器外壳之间的开关31S断开，低压绕组与变压器外壳之间的开关32S断开，铁芯与变压器外壳之间的开关34S断开；2）高压绕组对地短路（绝缘不良）的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关31S闭合；3）低压绕组对地短路（绝缘不良）的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关32S闭合；4）高低压绕组间短路（绝缘不良）的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关33S闭合；5）铁芯多点接地的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关34S闭合。
优选的，上述电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc的电阻为各自每相三股绕组并绕时的总电阻的10～20%，电阻RA、电阻RB、电阻RC的电阻为各自每相三股绕组并绕时的总电阻的10～20%。
优选的，上述开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'分别并接的9个第一股绕组，第一股绕组的电阻为每一单股的全绕组总电阻的10～25%，即为每个分支绕组总电阻的10～25%，并按照10%、15%、25%抽出相应的三个抽头，其中一个抽头接入绕组，剩余二个抽头作为备用；开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S分别并接的9个第一股绕组，第一股绕组的电阻为每一单股的全绕组总电阻的10～25%，即为每个分支绕组总电阻的10～25%，并按照10%、15%、25%抽出相应的三个抽头，其中一个抽头接入绕组，剩余二个抽头作为备用。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过控制电阻短路开关、绕组短路开关和短路开关以及双档位开关，能够实现变压器处于正常无故障状态仿真、低压绕组导电回路接触不良的故障状态仿真、每相低压绕组的每条分支绕组的第一股绕组短路故障仿真、低压绕组断股（每一相可设置断1股和断2股两种方式）与绕组开路（每一相绕组设置断3股时即为绕组开路）的故障仿真和分接开关档位错档的故障仿真以及低压侧三角形和星型绕组的转换仿真，该仿真装置结构简单、成本低、占用空间小、仿真效果更好，可以模拟不同类型的故障，培训人员可以根据测试的数据，来分析与诊断变压器的故障，准确分析判断设备的故障，及时提供检修策略，避免设备带病运行，降低电网设备风险，提升培训效果。
附图说明
图1是高压绕组特性故障电路连接结构示意图；
图2是高压绕组特性故障的连接分接线一处的电路连接结构示意图；
图3是高压绕组特性故障的连接分接线二处的电路连接结构示意图；
图4是高压绕组特性故障的连接分接线三处的电路连接结构示意图；
图5是高压绕组特性故障的电路连接结构示意图；
图6是高低绕组及铁芯绝缘故障的电路连接结构示意图；
图7是变压器仿真装置结构的结构示意图；
图8是变压器仿真装置结构的关闭前箱门结构示意图；
图9是星型绕组变换结构示意图；
图10是图9的变换后的原理图；
图11是星型绕组变换后仿真变压器的连接组别的连线方式图；
图12是三角形绕组结构示意图；
图13是图12的变换后的原理图；
图14是三角形绕组变换后仿真变压器的连接组别的连线方式图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图14所示，一种变压器综合故障诊断仿真装置，包括高压绕组故障仿真装置、低压绕组故障仿真装置和高低压侧绕组及铁芯绝缘故障仿真装置，高压绕组故障仿真装置用于仿真高压侧绕组正常无故障、导电回路接触不良故障、绕组短路故障、高压绕组断股与绕组开路的故障仿真和分接开关档位错档的故障，低压绕组故障仿真装置用于仿真低压侧绕组正常无故障、导电回路接触不良的故障、绕组短路故障、低压绕组断股与绕组开路的故障仿真的故障以及低压侧三角形和星型绕组的转换，高低压侧绕组及铁芯绝缘故障仿真装置用于仿真正常无故障状态仿真、高压绕组对地短路的故障、低压绕组对地短路的故障、高低压绕组间短路的故障和铁芯多点接地的故障。
优选的，上述高压绕组故障仿真装置包括A相绕组、B相绕组、C相绕组和中性线N，每相绕组均包括一个电阻和与电阻串接的并联的三条分支绕组，电阻两端连接有电阻短路开关，每条分支绕组均包括依次串接的第一股绕组、第二股绕组、第三股绕组和第四股绕组，第一股绕组始端和终端连接有绕组短路开关，第一股绕组和第二股绕组之间连接有断路开关，每条分支绕组的第二股绕组和第三股绕组间均引出公共分接线三连接到分接开关，每条分支绕组的第三股绕组和第四股绕组间均引出公共分接线二连接到分接开关，每条分支绕组的尾端合并后的分接线一连接有分接开关，每个分接开关出线端连接到中性线N。
优选的，上述A相绕组B相绕组和C相绕组上的电阻分别为电阻RA、电阻RB和电阻RC，电阻RA、电阻RB和电阻RC的两端连接的电阻短路开关分别为开关1S、开关2S和开关3S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第一股绕组连接的绕组短路开关分别为开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的断路开关分别为开关13S、开关14S、开关15S、开关16S、开关17S、开关18S、开关19S、开关20S和开关21S。
优选的，上述A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第二股绕组和第三股绕组间的公共分接线三连接的分接开关分别为开关24S、开关27S、开关30S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第三股绕组和第四股绕组间的公共分接线二连接的分接开关分别为开关23S、开关26S、开关29S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第四股绕组尾端合并后的分接线一连接的分接开关分别为开关22S、开关25S、开关28S。
优选的，上述低压绕组故障仿真装置包括a相绕组、b相绕组、c相绕组和中性线n，每相绕组均包括一个电阻和与电阻串接的并联的三条分支绕组，电阻两端连接有电阻短路开关，每条分支绕组均包括依次串接的第一股绕组和第二股绕组，第一股绕组始端和终端连接有绕组短路开关，第一股绕组和第二股绕组之间连接有断路开关，每条分支绕组的尾端合并后的分接线一连接有双档位开关，双档位开关的两出线端中一端连接到相邻绕组的分支绕组始端，另一端均连接到中性线n。
优选的，上述a相绕组b相绕组和c相绕组上的电阻分别为电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc，电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc的两端连接的电阻短路开关分别为开关1S'、开关2S'和开关3S'；a相绕组、b相绕组和c相绕组的九条分支绕组的第一股绕组连接的绕组短路开关分别为开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'；a相绕组、b相绕组和c相绕组的九条分支绕组的断路开关分别为开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'；a相绕组、b相绕组和c相绕组上的双档位开关的两连通点分别为1k'与4k'、2k'与5k'和3k'与6k'；电阻短路开关、绕组短路开关、断路开关和每相绕组的每条分接绕组的分接开关均采用低压空开或按钮式开关。
优选的，上述铁芯绝缘故障仿真装置包括铁芯以及缠绕在铁芯上的低压侧的a相绕组、b相绕组、c相绕组与中性线n和高压侧的A相绕组、B相绕组、C相绕组与中性线N，中性线N通过开关31S和开关33S分别连接到变压器外壳和中心线n上，中心线n通过开关32S连接到变压器外壳上，变压器外壳通过开关34S连接到铁芯上。
优选的，上述一种变压器综合故障诊断仿真装置的仿真方法，该方法为：
高压绕组故障仿真装置仿真：1）变压器处于正常无故障状态仿真：高压侧绕组回路中的开关状态为：开关1S、开关2S和开关3S闭合，电阻RA、电阻RB和电阻RC均短接，4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S均断开，开关13S、开关14S、开关15S、开关16S、开关17S、开关18S、开关19S、开关20S和开关21S均闭合；2）高压绕组导电回路接触不良的故障状态仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关1S、开关2S和开关3S断开；3）每相高压绕组的每条分支绕组的第一股绕组短路故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S均闭合；4）高压绕组断股、绕组开路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关13S、开关14S、开关15S、开关16S、开关17S、开关18S、开关19S、开关20S和开关21S均断开；5）分接开关档位错档的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，通过操作分接线一处对应的开关24S、开关27S、开关30S或分接线二处对应的开关23S、开关26S、开关29S以及分接线开关三处对应的开关22S、开关25S、开关28S相互错位断开或闭合；
低压绕组故障仿真装置仿真：1）变压器处于正常无故障状态仿真：低压侧绕组回路中的开关状态为：开关1S'、开关2S'和开关3S'闭合，电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc均短接，开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'均断开，开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'均闭合；2）低压绕组导电回路接触不良的故障状态仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关1S'、开关2S'和开关3S'断开；3）每相低压绕组的每条分支绕组的第一股绕组短路故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'均闭合；4）低压绕组断股、绕组开路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'均断开；
铁芯绝缘故障仿真装置：1）变压器铁芯处于正常无故障状态仿真：高低压绕组之间的开关33S断开，高压绕组与变压器外壳之间的开关31S断开，低压绕组与变压器外壳之间的开关32S断开，铁芯与变压器外壳之间的开关34S断开；2）高压绕组对地短路（绝缘不良）的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关31S闭合；3）低压绕组对地短路（绝缘不良）的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关32S闭合；4）高低压绕组间短路（绝缘不良）的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关33S闭合；5）铁芯多点接地的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关34S闭合。
优选的，上述电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc的电阻为各自每相三股绕组并绕时的总电阻的10～20%，电阻RA、电阻RB、电阻RC的电阻为各自每相三股绕组并绕时的总电阻的10～20%。
优选的，上述开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'分别并接的9个第一股绕组，第一股绕组的电阻为每一单股的全绕组总电阻的10～25%，即为每个分支绕组总电阻的10～25%，并按照10%、15%、25%抽出相应的三个抽头，其中一个抽头接入绕组，剩余二个抽头作为备用，便于今后根据培训需要能方便自行接入；开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S分别并接的9个第一股绕组，第一股绕组的电阻为每一单股的全绕组总电阻的10～25%，即为每个分支绕组总电阻的10～25%，并按照10%、15%、25%抽出相应的三个抽头，其中一个抽头接入绕组，剩余二个抽头作为备用，便于今后根据培训需要能方便自行接入。
上述仿真变压器高压侧绕组设置为三挡可调的分接开关，三挡可调的分接开关的（22S～30S）开关（低压空开或按钮式开关）布置于变压器右侧箱门内侧，该仿真变压器的“高压/低压”的额定电压比设置为10kV：0.4kV；当高压侧绕组的分接开关处于分接线一位置时，变压器高压/低压的变比为：26.25；分接开关处于分接线二位置时，变压器高压/低压的变比为：25；分接开关处于分接线三位置时，变压器高压/低压的变比为：23.75。
当高压侧绕组的分接开关处于分接线一位置时，开关22S、25S、28S闭合，开关23S、24S、26S、27S、29S、30S断开，如图2所示。
当高压侧绕组的分接开关处于分接线二位置，开关23S、26S、29S闭合，开关22S、24S、25S、27S、28S、30S断开，如图3所示。
当高压侧绕组的分接开关处于分接线三位置时，开关24S、27S、30S闭合，开关22S、23S、25S、26S、28S、29S断开，如图4所示。
高压侧绕组特性故障设置说明：
实际使用的变压器，其绕组是由多股绕组并绕制作成一股，该仿真变压器高压侧绕组也是模拟实际使用的变压器来进行仿真，采用三股绕组并绕的方式，我们以上图中的A相为例说明如下：
通过操作开关1S～3S断开，可设置为高压绕组导电回路接触不良的故障方式；
说明：电阻RA串联于A相的三股并绕绕组回路之中，变压器正常时，RA是不存在的，只有当回路中连接部分接触不良时，就会在A相绕组回路中产生了附加电阻RA，附加电阻RA的存在，就说明回路中存在接触不良的情况，如果接触良好，只需把电阻RA两端并接的1S开关合上，将电阻RA短接，此时RA的电阻为零，也就表示A相绕组回路接触良好。（其余相绕组相同）
通过操作开关4S～12S闭合，可设置为高压绕组1股、2股、3股匝间短路的三种故障方式；
说明：A相中的单股绕组中的部分绕组两端并接了4S，当4S断开时，表示该绕组是正常的，合上4S时，并接的部分绕组就不存在了，也就是说该部分绕组发生了匝间短路的情况。（其余相绕组相同）
通过操作开关13S～21S断开，可设置为高压绕组断股（每一相可设置断1股和断2股两种方式）、绕组开路（每一相绕组设置断3股时即为绕组开路）的故障方式；
说明：A相中的单股绕组中的13S开关，串联于该单股绕组回路中。当13S闭合时，表示该绕组是正常的，断开4S时，表示A相中的单股绕组的回路被断开了，也就是说A相中的单股绕组发生了绕组开路的情况。（其余相绕组相同）
通过操作22S～30S的位置，可设置分接开关档位错档的故障方式；
说明：变压器分接开关正常时，当高压侧绕组的分接开关处于“分接1”（分接线一）位置时。22S、25S、28S闭合，23S、24S、26S、27S、29S、30S断开。当高压侧绕组的分接开关处于“分接2”（分接线二）位置。23S、26S、29S闭合，22S、24S、25S、27S、28S、30S断开。当高压侧绕组的分接开关处于“分接3”（分接线三）位置时。24S、27S、30S闭合，22S、23S、25S、26S、28S、29S断开。也就是说，变压器分接开关正常时，其分接位置和其相应的开关总是一一对应，当不对应时，就表示分接开关错位了，也就是说发生了错档的情况。例如：“分接1”（分接线一）位置时，正常时应该是22S、25S、28S闭合，23S、24S、26S、27S、29S、30S断开。如果是23S、25S、28S闭合，22S、24S、26S、27S、29S、30S断开。就发生了A相分接开关的“分接1”（分接线一）和“分接2”（分接线二）之间错档了。（其余相绕组相同）
低压侧绕组特性故障设置说明：
实际使用的变压器，其绕组是由多股绕组并绕制作成一股，该仿真变压器低压侧绕组也是模拟实际使用的变压器来进行仿真，采用三股绕组并绕的方式，我们以上图中的a相为例说明如下：
通过操作开关1S'～3S'断开，可设置为低压绕组导电回路接触不良的故障方式；
说明：电阻Ra串联于a相的三股并绕绕组回路之中，变压器正常时，Ra是不存在的，只有当回路中连接部分接触不良时，就会在a相绕组回路中产生了附加电阻Ra，附加电阻Ra的存在，就说明回路中存在接触不良的情况，如果接触良好，只需把电阻Ra两端并接的1S'开关合上，将电阻Ra短接，此时Ra的电阻为零，也就表示a相绕组回路接触良好。（其余相绕组相同）
通过操作开关4S'～12S'闭合，可设置为低压绕组1股、2股、3股匝间短路的三种故障方式；
说明：a相中的单股绕组中的部分绕组两端并接了4S'，当4S'断开时，表示该绕组是正常的，合上4S'时，并接的部分绕组就不存在了，也就是说该部分绕组发生了匝间短路的情况。（其余相绕组相同）
通过操作开关13S'～21S'断开，可设置为低压绕组断股（每一相可设置断1股和断2股两种方式）、绕组开路（每一相绕组设置断3股时即为绕组开路）的故障方式；
说明：a相中的单股绕组中的13S'开关，串联于该单股绕组回路中。当13S'闭合时，表示该绕组是正常的，断开4S'时，表示a相中的单股绕组的回路被断开了，也就是说a相中的单股绕组发生了绕组开路的情况。（其余相绕组相同）
上述故障设置所用的开关均为带灯光显示的，并布置于变压器左侧故障设置箱的箱门内侧。
高低压侧绕组及铁芯绝缘故障设置说明：
通过操作31S闭合，可设置为高压绕组对地短路（绝缘不良）的故障方式；
说明：正常时，31S是断开的，当高压绕组与变压器外壳绝缘击穿时，就相当于把31S闭合，也就是说，通过操作开关的通断，来模拟高压绕组对地短路（绝缘不良）的故障方式。
通过操作32S闭合，可设置为低压绕组对地短路（绝缘不良）的故障方式；
说明：正常时，32S是断开的，当高压绕组与变压器外壳绝缘击穿时，就相当于把32S闭合，也就是说，通过操作开关的通断，来模拟高压绕组对地短路（绝缘不良）的故障方式。
通过操作33S闭合，可设置为高低压绕组间短路（绝缘不良）的故障方式；
说明：正常时，33S是断开的，当高压绕组与低压绕组绝缘击穿时，就相当于把33S闭合。也就是说，通过操作开关的通断，来模拟高压绕组与低压绕组间短路（绝缘不良）的故障方式。
通过操作34S闭合，可设置为铁芯多点接地的故障方式；
说明：正常时，34S是断开的，当铁芯与变压器外壳绝缘击穿时，就相当于把34S闭合。也就是说，通过操作开关的通断，来模拟铁芯对地短路（绝缘不良）的故障方式。
实施例2：一种变压器综合故障诊断仿真装置，包括a相绕组、b相绕组、c相绕组和中性线n，每相绕组均包括一个电阻和与电阻串接的并联的三条分支绕组，电阻两端连接有电阻短路开关，每条分支绕组均包括依次串接的第一股绕组和第二股绕组，第一股绕组始端和终端连接有绕组短路开关，第一股绕组和第二股绕组之间连接有断路开关，每条分支绕组的尾端合并后的分接线一连接有双档位开关，双档位开关的两出线端中一端连接到相邻绕组的分支绕组始端，另一端均连接到中性线n。
上述a相绕组b相绕组和c相绕组上的电阻分别为电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc，电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc的两端连接的电阻短路开关分别为开关1S'、开关2S'和开关3S'。
上述a相绕组、b相绕组和c相绕组的九条分支绕组的第一股绕组连接的绕组短路开关分别为开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'。
上述a相绕组、b相绕组和c相绕组的九条分支绕组的断路开关分别为开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'。
上述a相绕组、b相绕组和c相绕组上的双档位开关的两连通点分别为1k'与4k'、2k'与5k'和3k'与6k'。
上述电阻短路开关、绕组短路开关、断路开关和每相绕组的每条分接绕组的分接开关均采用低压空开或按钮式开关。
上述故障设置所用的开关均为带灯光显示的，并布置于变压器左侧故障设置箱的箱门内侧。
上述变压器的低压侧绕组特性故障仿真装置的仿真方法，该方法为：1）变压器处于正常无故障状态仿真：低压侧绕组回路中的开关状态为：开关1S'、开关2S'和开关3S'闭合，电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc均短接，开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'均断开，开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'均闭合；2）低压绕组导电回路接触不良的故障状态仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关1S'、开关2S'和开关3S'断开；3）每相低压绕组的每条分支绕组的第一股绕组短路故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'均闭合；4）低压绕组断股、绕组开路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'均断开。
上述电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc的电阻为各自每相三股绕组并绕时的总电阻的10～20%。
低压侧绕组中，可通过操作变压器低压绕组星、三角形转换装置（1k～6k）开关（低压空开或按钮式开关），可实现变压器低压绕组星、三角形绕组的变换。如需将低压绕组变换为星形接线，只需将图中1k'、2k'、3k'闭合，4k'、5k'、6k'断开即可；如需将低压绕组变换为三角形接线，只需将图中1k'、2k'、3k'断开，4k'、5k'、6k'闭合即可。
低压侧绕组特性故障设置说明：
实际使用的变压器，其绕组是由多股绕组并绕制作成一股，该仿真变压器低压侧绕组也是模拟实际使用的变压器来进行仿真，采用三股绕组并绕的方式，我们以上图中的a相为例说明如下：
通过操作开关1S'～3S'断开，可设置为低压绕组导电回路接触不良的故障方式；
说明：电阻Ra串联于a相的三股并绕绕组回路之中，变压器正常时，Ra是不存在的，只有当回路中连接部分接触不良时，就会在a相绕组回路中产生了附加电阻Ra，附加电阻Ra的存在，就说明回路中存在接触不良的情况，如果接触良好，只需把电阻Ra两端并接的1S'开关合上，将电阻Ra短接，此时Ra的电阻为零，也就表示a相绕组回路接触良好。（其余相绕组相同）
通过操作开关4S'～12S'闭合，可设置为低压绕组1股、2股、3股匝间短路的三种故障方式；
说明：a相中的单股绕组中的部分绕组两端并接了4S'，当4S'断开时，表示该绕组是正常的，合上4S'时，并接的部分绕组就不存在了，也就是说该部分绕组发生了匝间短路的情况。（其余相绕组相同）
通过操作开关13S'～21S'断开，可设置为低压绕组断股（每一相可设置断1股和断2股两种方式）、绕组开路（每一相绕组设置断3股时即为绕组开路）的故障方式；
说明：a相中的单股绕组中的13S'开关，串联于该单股绕组回路中。当13S'闭合时，表示该绕组是正常的，断开4S'时，表示a相中的单股绕组的回路被断开了，也就是说a相中的单股绕组发生了绕组开路的情况。（其余相绕组相同）
实施例2：如图7-8所示，一种变压器仿真装置结构，包括箱体1，箱体1的前、后、左、右分别设置有可打开的前箱门9、后箱门、左箱门10和右箱门11，箱体1内安装有卧式日字型铁芯2，箱体1上方竖直安装有分接开关3、高压侧套管4、低压侧套管5和铁芯接地套管6，铁芯2上绕制有电连接高压侧套管4和低压侧套管5的高压绕组7和低压绕组8以及引线12，左箱门10上设置有故障设置箱13，箱体1通过绝缘块14固定连接到铁芯2，并将铁芯2悬空，箱体1底部设置有万向轮15，万向轮15上设置有刹车机构，箱体1设置有接地螺栓16，需要观察变压器内部结构时，只需要打开变压器四周的箱门，就能直观的查看变压器内部结构，易于熟悉和掌握变压器的组成，大大提高培训效果，提高设备故障的分析判断能力，其中左侧门的故障设置箱兼顾箱门的作用。
实施例3：如图9-14所示的原理示意图图，一种变压器低压绕组星、三角型绕组转换装置，包括a相绕组、b相绕组、c相绕组和中性线n，a相绕组、b相绕组、c相绕组上各绕组的尾端均分别连接有双档位开关进线端，双档位开关的两出线端中一端均连接到中性线n，另一端分别连接到相邻的绕组的始端。
上述双档位开关包括有a相双档位开关、b相双档位开关和c相双档位开关，a相双档位开关的两出线端分别连接到中性线n和c相绕组始端，b相双档位开关的两出线端分别连接到中性线n和a相绕组始端，c相双档位开关的两出线端分别连接到中性线n和b相绕组始端。
本实施例中采用110kV变压器进行仿真，110kV变压器接线组别是Ynyn0d11，高、中、低三侧绕组分别是：星、星、三角型接线，额定电压比分别为110/38.5/10.5kV，由于室内培训场地空间有限，不能配置大型变压器，本实施例中从节约成本和缩小体积和重量考虑，将中低压绕组（星、三角型接线）共用，中低压绕组只需绕制一组绕组，通过设计的转换装置，实现中低压绕组星、三角型的变换。节约了制造成本，减小了占地面积和体积，便于教学时的移动和搬运。转换装置设置在变压器箱体上，便于转换操作。
使用原理：如图9所示，将变压器变换为星型接线时，只需将图中双档位开关（低压空开或按钮式开关）的开关1k、开关2k、开关3k闭合，此时开关4k、开关5k、开关6k处于断开状态，即可完成星型接线的变换，简化图如图10所示，仿真变压器的连接组别为YNyn0的连接方式，如图11所示。
如图12所示，变压器变换为三角型接线时，只需将图中双档位开关的开关1k、开关2k、开关3 k断开，闭合开关4k、开关5k、开关6k，即可完成三角形接线的变换，此时的三角形接线为低压侧绕组，简化图如图13所示，仿真变压器的连接组别为YNd11的连接方式，如图14所示。
本发明将中低压绕组（星、三角型接线）共用，中低压绕组只需绕制一组绕组，通过双档位控制开关实现中低压绕组星、三角型的变换，节约了制造成本，减小了占地面积和体积，便于教学时的移动和搬运。转换装置设置在变压器箱体上，便于转换操作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式实例，本发明的保护范围并不局限于此。熟悉该技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易找到变化或替换方式，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。为此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种变压器综合故障诊断仿真装置，其特征在于：包括高压绕组故障仿真装置、低压绕组故障仿真装置和高低压侧绕组及铁芯绝缘故障仿真装置，高压绕组故障仿真装置用于仿真高压侧绕组正常无故障、导电回路接触不良故障、绕组短路故障、高压绕组断股与绕组开路的故障仿真和分接开关档位错档的故障，低压绕组故障仿真装置用于仿真低压侧绕组正常无故障、导电回路接触不良的故障、绕组短路故障、低压绕组断股与绕组开路的故障仿真以及低压侧三角形和星型绕组的转换，高低压侧绕组及铁芯绝缘故障仿真装置用于仿真正常无故障状态仿真、高压绕组对地短路的故障、低压绕组对地短路的故障、高低压绕组间短路的故障和铁芯多点接地的故障；
其中，高压绕组故障仿真装置包括A相绕组、B相绕组、C相绕组和中性线N，每相绕组均包括一个电阻和与电阻串接的并联的三条分支绕组，电阻两端连接有电阻短路开关，每条分支绕组均包括依次串接的第一股绕组、第二股绕组、第三股绕组和第四股绕组，第一股绕组始端和终端连接有绕组短路开关，第一股绕组和第二股绕组之间连接有断路开关，每条分支绕组的第二股绕组和第三股绕组间均引出公共分接线三连接到分接开关，每条分支绕组的第三股绕组和第四股绕组间均引出公共分接线二连接到分接开关，每条分支绕组的尾端合并后的分接线一连接有分接开关，每个分接开关出线端连接到中性线N；
低压绕组故障仿真装置包括a相绕组、b相绕组、c相绕组和中性线n，每相绕组均包括一个电阻和与电阻串接的并联的三条分支绕组，电阻两端连接有电阻短路开关，每条分支绕组均包括依次串接的第一股绕组和第二股绕组，第一股绕组始端和终端连接有绕组短路开关，第一股绕组和第二股绕组之间连接有断路开关，每条分支绕组的尾端合并后的分接线四连接有双档位开关，双档位开关的两出线端中一端连接到相邻绕组的分支绕组始端，另一端均连接到中性线n；
高低压侧绕组及铁芯绝缘故障仿真装置包括铁芯以及缠绕在铁芯上的低压侧的a相绕组、b相绕组、c相绕组与中性线n和高压侧的A相绕组、B相绕组、C相绕组与中性线N，中性线N通过开关31S和开关33S分别连接到变压器外壳和中心线n上，中心线n通过开关32S连接到变压器外壳上，变压器外壳通过开关34S连接到铁芯上；
A相绕组、B相绕组和C相绕组上的电阻分别为电阻RA、电阻RB和电阻RC，电阻RA、电阻RB和电阻RC的两端连接的电阻短路开关分别为开关1S、开关2S和开关3S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第一股绕组连接的绕组短路开关分别为开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的断路开关分别为开关13S、开关14S、开关15S、开关16S、开关17S、开关18S、开关19S、开关20S和开关21S：
A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第二股绕组和第三股绕组间的公共分接线三连接的分接开关分别为开关24S、开关27S、开关30S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第三股绕组和第四股绕组间的公共分接线二连接的分接开关分别为开关23S、开关26S、开关29S；A相绕组、B相绕组和C相绕组的九条分支绕组的第四股绕组尾端合并后的分接线一连接的分接开关分别为开关22S、开关25S、开关28S。
2.根据权利要求1所述的一种变压器综合故障诊断仿真装置，其特征在于：a相绕组、b相绕组和c相绕组上的电阻分别为电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc，电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc的两端连接的电阻短路开关分别为开关1S'、开关2S'和开关3S'；a相绕组、b相绕组和c相绕组的九条分支绕组的第一股绕组连接的绕组短路开关分别为开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'；a相绕组、b相绕组和c相绕组的九条分支绕组的断路开关分别为开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'；a相绕组、b相绕组和c相绕组上的双档位开关的两连通点分别为1k'与4k'、2k'与5k'和3k'与6k'。
3.采用权利要求1-2任一所述的一种变压器综合故障诊断仿真装置的仿真方法，其特征在于：该方法为：
高压绕组故障仿真装置：1）变压器处于正常无故障状态仿真：高压侧绕组回路中的开关状态为：开关1S、开关2S和开关3S闭合，电阻RA、电阻RB和电阻RC均短接，开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S均断开，开关13S、开关14S、开关15S、开关16S、开关17S、开关18S、开关19S、开关20S和开关21S均闭合；2）高压绕组导电回路接触不良的故障状态仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关1S、开关2S和开关3S断开；3）每相高压绕组的每条分支绕组的第一股绕组短路故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S均闭合；4）高压绕组断股、绕组开路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关13S、开关14S、开关15S、开关16S、开关17S、开关18S、开关19S、开关20S和开关21S均断开；5）分接开关档位错档的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，通过操作分接线一处对应的开关24S、开关27S、开关30S或分接线二处对应的开关23S、开关26S、开关29S以及分接线三处对应的开关22S、开关25S、开关28S相互错位断开或闭合；
低压绕组故障仿真装置：1）变压器处于正常无故障状态仿真：低压侧绕组回路中的开关状态为：开关1S'、开关2S'和开关3S'闭合，电阻Ra、电阻Rb和电阻Rc均短接，开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'均断开，开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'均闭合；2）低压绕组导电回路接触不良的故障状态仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关1S'、开关2S'和开关3S'断开；3）每相低压绕组的每条分支绕组的第一股绕组短路故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'均闭合；4）低压绕组断股、绕组开路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关13S'、开关14S'、开关15S'、开关16S'、开关17S'、开关18S'、开关19S'、开关20S'和开关21S'均断开；
铁芯绝缘故障仿真装置：1）变压器铁芯处于正常无故障状态仿真：高低压绕组之间的开关33S断开，高压绕组与变压器外壳之间的开关31S断开，低压绕组与变压器外壳之间的开关32S断开，铁芯与变压器外壳之间的开关34S断开；2）高压绕组对地短路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将其开关31S闭合；3）低压绕组对地短路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关32S闭合；4）高低压绕组间短路的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关33S闭合；5）铁芯多点接地的故障仿真：处于正常仿真状态的变压器，将开关34S闭合。
4.根据权利要求3所述的一种变压器综合故障诊断仿真装置的仿真方法，其特征在于：电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc的电阻为各自每相三股绕组并绕时的总电阻的10～20%，电阻RA、电阻RB、电阻RC的电阻为各自每相三股绕组并绕时的总电阻的10～20%。
5.根据权利要求3所述的一种变压器综合故障诊断仿真装置的仿真方法，其特征在于：开关4S'、开关5S'、开关6S'、开关7S'、开关8S'、开关9S'、开关10S'、开关11S'和开关12S'分别并接的9个第一股绕组，第一股绕组的电阻为每一单股的全绕组总电阻的10～25%，即为每个分支绕组总电阻的10～25%，并按照10%、15%、25%抽出相应的三个抽头，其中一个抽头接入绕组，剩余二个抽头作为备用；开关4S、开关5S、开关6S、开关7S、开关8S、开关9S、开关10S、开关11S和开关12S分别并接的9个第一股绕组，第一股绕组的电阻为每一单股的全绕组总电阻的10～25%，即为每个分支绕组总电阻的10～25%，并按照10%、15%、25%抽出相应的三个抽头，其中一个抽头接入绕组，剩余二个抽头作为备用。
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