CN107912059B - 开关装置、测试装置及变压器测量装置的开关装置操作方法 - Google Patents

Abstract

一种变压器测量装置(30)的开关装置(10)包括可控开关构件(14)，该可控开关构件设置为将所述变压器的多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子(11)短路。还公开了一种包括所述开关装置(10)的测试装置(40)，以及所述开关装置(10)的一种操作方法(50)。利用本发明例示实施方式的装置(10，40)和方法(50)，可通过变压器自动测试降低工作量，时间消耗以及误差和不准确性。

Description

开关装置、测试装置及变压器测量装置的开关装置操作方法

技术领域

本发明涉及一种变压器测量装置的开关装置，具有该开关装置的测试装置，以及该开关装置的操作方法。本发明尤其涉及可用于电压转换器测量装置的此类装置和方法。

背景技术

变压器例如用作供电网络的高电势电气变量测量、网络保护或电压转换部件，所述电压转换例如为将高压侧第一电压值转化为低于该第一电压值的低压侧第二电压值。

在例如以确保操作安全性或其他原因为目的的转换特性测量中，可能需要利用测量装置测定变压器的多个特征量。此类特征量测定例如包括变压器绕组电阻测定，变压比测定和/或杂散阻抗或杂散电感测定。具体而言，所述多个特征量的测定包括多种独立的测量，在每种此类测量中，均对电压和/或电流进行记录和评估。从所测量的特征量，可例如得出与变压器测量精度(测量或保护等级)相关的结论。

EP2787357A2描述了一种可以对电压转换器的不同参数进行测定的例示方法。根据这些参数，可以确定电压转换器的转换精度。该方法的应用中需要对所述参数进行高精度和高可重复性的测定。

一般而言，在所述多项独立测试中，尤其在所谓的四线或四导体测量方法中，待测试变压器的外部电路(布线结构)不同。其中，手动重新布线方式可导致较大的工作量并消耗较多的时间，并使得各项独立测试存在不准确或不可重复的问题。这对于需要根据当时采用的测试方法在具体待测物体的初级侧或次级侧产生短路的情形而言，尤其如此。

发明内容

因此，需要一种能够在变压器测试时使变压器测量装置和待测试变压器之间的布线结构发生自动变化的装置和方法，尤其需要适用于需测试的电压转换器的此类装置和方法。

根据本发明，上述目的由一种具有下述特征的开关装置，具有下述特征的测试装置，以及具有下述特征的方法实现。附属权利要求阐明了本发明的优选和/或有利实施方式。

根据例示实施方式，公开一种变压器测量装置的开关装置，具有该开关装置的测试装置，以及该开关装置的操作方法，该开关装置基于可控开关构件，以使得所述测量装置和待测试变压器之间的布线结构发生自动变化。

利用这种装置和方法，可减少工作量和时间消耗，尤其可降低多项相继独立测试中手动布线所引起的所述测量装置和待测试变压器之间的布线结构变化的误差和不准确性。如此，可实现测量结果的可再现性，并提高相应变压器的测试精度。

本发明优选适用于电压转换器。电压转换器也称为仪表变压器或保护变压器，并例如用于对电能表或电网保护应用中的交流电压进行流动记录。然而，本发明不限于该优选应用领域。原则上，本发明可用于任何类型的变压器。

根据一种例示实施方式，所述开关装置包括可控开关构件，该可控开关构件设置为将所述变压器的多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子短路。

变压器绕组为线圈，也就是说，其是一种可主要由电感以及欧姆电阻和寄生电容表征的无源器件。

绕组端子也可为该绕组的末端和/或抽头。

其中，可控表示所述开关装置无需人工介入便可操作。根据一种优选例示实施方式，用于驱动相应开关构件的控制信号可由所述测量装置生成，从而可通过所述测量装置使所述布线结构自动且灵活地适应相应需求以及待在具体情形中实施的测试序列，其中，所述测量装置可对所述开关装置的设置，相应测试信号的生成和施加，以及相应测量信号的提取和评价进行统一协调。

所述开关装置可包括第一额外可控开关构件，该第一额外可控开关构件设置为将由所述测量装置提供的第一电气量作为测试信号提供于所述多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子。

所述第一电气量可以为电势或电流。其可以为变化量或恒定量。

所述开关装置可包括第二额外可控开关构件，该第二额外可控开关构件设置为从所述多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子中提取出第二电气量，所述第二电气量作为测量信号记录于所述测量装置。

所述第二电气量可同样为电势或电流，且可同样为变化量或恒定量。

其中，电压指两个电势之间的差值。该电压可以为绕组的两个端子之间的电压，或者该绕组的一个端子与接地电势之间的电压。

根据一种实施方式，所述可控开关构件可设置为将所述多个绕组的次级侧所分配的端子短路，其中，该次级侧具有小于10Ω，优选小于1Ω，尤其优选小于1mΩ的相应的低欧姆电阻。在本例示实施方式中，所述次级侧绕组尤其对应于所述变压器的具有低电压的低压侧。

在另一实施方式中，所述可控开关构件还可设置为将所述多个绕组的初级侧所分配的端子短路，其中，该初级侧具有小于该绕组电阻50％，优选小于1Ω，尤其优选小于1mΩ的相应低欧姆电阻。在该实施方式中，所述初级侧绕组尤其对应于所述变压器的具有高电压的高压侧。

所述可控开关构件还可设置为将所述相应初级或次级变压器绕组所分配的相应端子双重短路。因此，为了提高可靠性和产品安全性，可通过第一模块(尤其低压模块)的合适开关构件以及通过第二模块(尤其高压模块)的相应开关构件实现相应的短路。通过这种方式，可避免错误的短路在所述开关装置中造成危险电势的可能性。

在所述测量中，所述相应变压器可尤其用作上变频器。如此，可根据输入端的数伏特的电压，在所述初级侧上生成若干千伏级的电压。在存在错误的短路时，所述千伏级的电压相应地施加于由上述可控开关构件构成的开关矩阵上。如此，与所述短路并联且具有作用于“另一”侧部分的冗余短路的变压器可以冗余方式确保短路。

所述各可控开关构件均可为电源开关。

电源开关为一类在控制电路的控制下对负载电路进行切换的特殊开关。每个所述可控开关构件可以为高压继电器，具有绝缘控制电极的双极晶体管(IGBT)或场效应晶体管(FET)，或者可包括这些器件。

所述变压器的多个绕组也可包括部分绕组。

所述开关装置可集成在所述测量装置内，从而使得所述具有测试信号信号源的开关装置与所述测量装置的测量信号评价单元安装于同一壳体内。

然而，所述开关装置与所述测量装置也可设置于各自的壳体内。现场使用时，特别是在高压区域中使用时，可将各个开关装置设置于待测试变压器附近，而在所述高压环境之外的安全区域对所述测量装置进行操作。

根据本发明的一种例示实施方式，测试装置包括根据上述实施方式当中的一种实施方式的开关装置以及变压器测量装置。

根据一种例示实施方式，一种变压器测量装置的开关装置操作方法包括通过所述可控开关构件将所述变压器的多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子短路。

所述方法可由根据上述实施方式当中的一种实施方式的开关装置或测试装置实施。

具体而言，所述开关装置的上述所有特征可相应作为所述方法的类似方法特征。

根据本发明例示实施方式的上述装置和方法在变压器测量装置和待测试变压器之间实现不同的布线构造。其中，可实现多个优点。具体而言，可减少工作量和时间消耗，尤其可降低多项相继独立测试中手动布线所引起的所述测量装置和待测试变压器之间的布线结构变化的误差和不准确性。如此，可实现测量结果的可再现性。

实际中使用的变压器具有多种不同结构，而且这些变压器的特性随之不同。根据本发明例示实施方式的所述装置和方法可对具有各种不同构造的各种不同变压器进行简单测试，其中，所述变压器测试可实现很大程度的自动化。

附图说明

以下，根据优选实施并参考附图，对本发明进行更加详细的说明。

图1所示为根据一种例示实施方式的开关装置。

图2A和图2B所示为所述例示实施方式开关装置的待测试变压器的例示绕线端子。

图3所示为根据另一例示实施方式的测量装置，该测量装置具有集成于其中的开关装置。

图4所示为根据一种例示实施方式的测试装置。

图5为根据一种例示实施方式的方法流程图。

具体实施方式

以下，根据优选实施并参考附图，对本发明进行更加详细的说明。附图中，相同附图标记表示相同或类似元件。附图为本发明各种实施方式的示意图。附图中所示的元件不一定按真实比例示出。相反，附图中不同元件的呈现方式在于使得本领域技术人员可清楚了解其功能和目的。

附图中所呈现的功能单元和元件之间的连接和联结也可配置为间接性的连接或联结。连接或联结可配置为有线或无线形式。

以下，将对用于具有任意构造的变压器的装置和方法进行详细说明。该变压器可例如为高压或中压供电系统的变压器。此外，该变压器可例如为安装于发电厂或变电站内的变压器。所述装置可以为可对已安装变压器实施现场测试的移动装置。

图1所示为根据一种例示实施方式的开关装置10。

如图所示，从开关装置10引出多个用于连接待测试变压器绕组的端子11，其中，该变压器可具体为电压转换器，且其多个绕组也可为部分绕组。

所述例示实施方式包括用于初级侧绕组的端子位置12，以及用于多个可同时连接的次级侧绕组的三个端子位置13。举例而言，如图中的两条平行垂直线所示，通过所有绕组的磁通量均相同。

开关装置10包括示于图1左侧的可控开关构件14，该可控开关构件用于将所述变压器的多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子11短路。

具体而言，可控开关构件14可利用低电阻将分配于所述绕组的端子11短路。这要求为连接于端子位置13的次级侧绕组提供小于10Ω，优选小于1Ω，尤其优选小于1mΩ的欧姆电阻，以及为连接于端子位置12的初级侧绕组提供小于所述变压器绕组电阻50％，优选小于1Ω，尤其优选小于1mΩ的欧姆短路电阻。

如图1左上部所示，从开关装置10引出多个端子15，16。通过这些端子，可优选由测量装置将待提供的第一电气量(尤其为电流或电势)作为测试信号馈送至开关装置10。在图示例示实施方式中，端子15为高压侧端子，而端子16为低压侧端子。

其中，开关装置10包括第一额外可控开关构件17，该第一额外可控开关构件用于将相应端子15，16处的测试信号馈送至所述多个绕组中的一个绕组所分配的端子11。其中，次级侧端子位置13的每个端子11均可灵活地连接至所述两个端子16中一个。

图1中还示出了模块18，该模块用于生成高压测试信号。该模块可集成在开关装置10内，或集成在所述指定的测量装置(图1中未示出)内。此外，模块18也可以为须正确连接至所述测量装置及开关装置10的单独部件。模块18可以为在端子11一侧及端子15一侧(为了安全性目的)均由可控开关构件14短路的双重短路模块。相应地，分配于所述初级侧绕组的端子11也可以为双重短路端子。

如图1右上部所示，从开关装置10引出多个端子19。通过开关装置10的这些端子，可引出第二电气量，同样优选为电流或电压，并将其作为测量信号提供给所述测量装置。

为此目的，开关装置10包括设置于次级侧端子位置13的端子11与端子19之间的第二额外可控开关构件20，每个第二额外可控开关构件均用于将相应的分配端子11连接至相应的指定端子19。每个端子11均可通过合适的电路灵活地连接至两个可能的端子19中的一个指定端子。

可控开关构件14，17，20中的每一个均可为电源开关。

如图1所示，各个可控开关构件14，17，20可受控制信号S的控制，控制信号S优选由所述测量装置提供。以这种方式，可通过根据控制信号S在开关装置10处将被测物的相应所需绕组短路而设置不同的可变测试参数，及测试信号馈送至所需初级侧或次级侧端子且可在该所需初级侧或次级侧端子处对所述测量信号进行评价。

其中，通过所述测量装置进行上述设置极为有利，这是因为在该情况下，可通过同一个单元简单地实现所述测试信号的生成及所述测量信号的评价，以及以控制信号S指示开关装置10的相应所需设置。

图2A和图2B所示为图1例示实施方式的开关装置10的例示绕线端子。

图2A所示为变压器的例示绕线端子，该变压器包括一个初级侧绕组以及两个次级侧绕组。

图2B所示同样为变压器的例示绕线端子，该变压器同样包括一个初级侧绕组以及两个次级侧绕组。该变压器的两个次级侧绕组实际上为单个次级侧绕组的部分绕组，且该部分绕组之间设有抽头。因此，此两个部分绕组共享一个公共端子11。

将端子11和可控开关构件14，17，20分配于图1和图2实施方式的相应变压器的各初级或次级绕组的分配方式应理解为一种例示。开关装置10的设计当然不限于其中所示的应用情形。原则上，可通过可控开关构件14将所述待测试变压器的任意初级侧或次级侧端子短路。同样地，测试信号端子15，16中的任意一个可通过可控开关构件17连接至所述变压器的任意初级侧或次级侧端子，测量信号端子19中的任意一个可通过可控开关构件20连接至所述变压器的任意初级侧或次级侧端子。

在图3所示例示实施方式中，开关装置10集成在上述指定的测量装置30中。因此，在该例示实施方式中，测量装置30和开关装置10共享一个公共外壳，并形成一个公共结构单元。通过该外壳的集成，可避免测量装置30和开关装置10之间的布线所涉及的误差来源及危险因素。

图4所示为根据另一例示实施方式的测试装置40或测试环境。

除了开关装置10之外，测试装置40还包括变压器测量装置30，其中，开关装置10和测量装置30分别设置于其自身的外壳中，因此形成不同的单元，这对于高压应用较为有利。现场使用时，特别是在高压区域中使用时，可将各个开关装置10设置于待测试变压器附近，而在所述高压环境之外的安全区域对测量装置30进行操作。

图5为根据一种例示实施方式的方法50的流程图。

方法50用于以变压器测量装置30对上述类型的开关装置10进行操作。

方法50中使用可控开关构件14，该可控开关构件用于分别将所述变压器的多个绕组中的一个绕组所分配的端子11短路。该方法中还使用第一额外可控开关构件17，该第一额外可控开关构件用于将优选由测量装置30提供的第一电气量作为测试信号提供给所述多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子11。此外，方法50中还使用第二额外可控开关构件20，该第二额外可控开关构件用于从所述多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子11中提取出第二电气量，所述第二电气量作为测量信号优选记录于测量装置30中。

方法50包括如下步骤。在第一步骤51中，利用可控开关构件14，将所述变压器的多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子11短路。在第二步骤52中，在正确设置可控开关构件17后，将所述第一电气量作为测试信号馈送至所述多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子11。在第三步骤52中，在正确设置可控开关构件20后，从所述多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子11中提取出第二电气量，所述第二电气量作为测量信号。

方法50可由根据上述例示实施方式中的一个例示实施方式的任意开关装置10或根据上述例示实施方式的测试装置40实施。

虽然以上已参考附图对例示实施方式进行了详细描述，但在其他例示实施方式中还可使用替代或额外特征。

例如，虽然参考电压转换器对本发明进行了描述，但是本发明可普遍应用于任何类型的变压器。

此外，可控开关构件14，17，20并不非得全部采用。当仅采用可控开关构件14，17，20中的若干开关构件时，便已经可实现上述自动设置的优点，即将被测物体的各个绕线端子选择性地短路，以及/或者可将其选择性地连接至所述测量装置的测试信号输出端15，16或测量信号输入端19。

虽然上述变压器可安装于供电系统的发电厂或变电站，但根据例示实施方式的所述装置和方法也可用于更小型的变压器。

根据另一实施方式，可控开关构件14，17，20及其所实现的开关矩阵还可用于将被测物体或变压器的多个绕组，尤其多个次级绕组串联。通过这种方式，可“人为地”提高所述变压器的电感，从而降低测量所需的电流，进而降低所述测量装置的输出功率并实现开关装置的小型化(例如，小型继电器)。

Claims (21)

1.一种用于变压器的测量装置(30)的开关装置(10)，其特征在于，包括第一可控开关构件(14)，所述第一可控开关构件设置为将所述变压器的多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子(11)短路；以及

第二可控开关构件，所述第二可控开关构件设置为将所述变压器的多个绕组相互串联,

其中,所述第一可控开关构件(14)设置为将所述多个绕组中的初级侧绕组所分配的相应端子(11)短路，其中，所述初级侧绕组的欧姆电阻小于其绕组电阻的50％。

2.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第二可控开关构件包括第一额外可控开关构件(17)，所述第一额外可控开关构件设置为将由所述测量装置(30)提供的第一电气量作为测试信号提供于所述多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子(11)。

3.如权利要求2所述的开关装置，其特征在于，

所述第一电气量为0V至数千千伏范围内的电压。

4.如权利要求2所述的开关装置，其特征在于，

所述第一额外可控开关构件(17)可由所述测量装置(30)所提供的控制信号控制。

5.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第二可控开关构件包括第二额外可控开关构件(20)，所述第二额外可控开关构件设置为从所述多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子(11)中提取出第二电气量，所述第二电气量作为测量信号由所述测量装置(30)检测。

6.如权利要求5所述的开关装置，其特征在于，

所述第二额外可控开关构件(20)可由所述测量装置(30)所提供的控制信号控制。

7.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第一可控开关构件(14)设置为将所述多个绕组中的次级侧绕组所分配的相应端子(11)短路，其中，所述次级侧绕组的欧姆电阻小于10Ω。

8.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第一可控开关构件(14)设置为将所述多个绕组中的次级侧绕组所分配的相应端子(11)短路，其中，所述次级侧绕组的欧姆电阻小于1Ω。

9.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第一可控开关构件(14)设置为将所述多个绕组中的次级侧绕组所分配的相应端子(11)短路，其中，所述次级侧绕组的欧姆电阻小于1mΩ。

10.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第一可控开关构件(14)设置为将所述多个绕组中的初级侧绕组所分配的相应端子(11)短路，其中，所述初级侧绕组的欧姆电阻小于1Ω。

11.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第一可控开关构件(14)设置为将所述多个绕组中的初级侧绕组所分配的相应端子(11)短路，其中，所述初级侧绕组的欧姆电阻小于1mΩ。

12.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第一可控开关构件(14)还设置为通过变压器将所述一个绕组所分配的相应端子(11)双重短路。

13.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第一可控开关构件(14)和所述第二可控开关构件中的每一个包括电源开关。

14.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述第一可控开关构件(14)和所述第二可控开关构件可由所述测量装置(30)所提供的控制信号控制。

15.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述变压器的所述多个绕组包括所述变压器的至少一个部分绕组。

16.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，

所述开关装置设置为用于设计为电压转换器的变压器。

17.一种测试装置，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的开关装置(10)，以及

变压器的测量装置(30)。

18.如权利要求17所述的测试装置，其特征在于，

所述测量装置(30)设计为生成测试信号并将所述测试信号馈送至所述开关装置(10)，以将所述测试信号通过所述开关装置(10)施加于所述变压器；且

所述测量装置(30)设计为通过所述开关装置(10)接收所述变压器的测量信号，并对所述测量信号进行评价。

19.如权利要求18所述的测试装置，其特征在于，

所述测量装置(30)包括用于生成所述测试信号的信号源以及用于评价所述测量信号的评价单元。

20.如权利要求17所述的测试装置，其特征在于，

所述开关装置(10)集成在所述测量装置(30)内。

21.一种操作变压器的测量装置(30)的开关装置(10)的方法(50)，其特征在于，包括如下步骤：

通过所述开关装置(10)的第一可控开关构件(14)将所述变压器的多个绕组中的一个绕组所分配的相应端子(11)短路；以及

通过所述开关装置(10)的第二可控开关构件将所述变压器的所述多个绕组中的至少两个绕组相互串联，

其中,所述第一可控开关构件(14)设置为将所述多个绕组中的初级侧绕组所分配的相应端子(11)短路，其中，所述初级侧绕组的欧姆电阻小于其绕组电阻的50％。

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