CN108680598B - 一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，它包括：S1：将待测绕组两端分别通过铜排连接线与导电杆连接；S2：在导电杆上固定设置加热模块；S3：控制加热模块的加热，使绕组两端导电杆受热一致；S4：热电势测量仪通过热电势测量线与导电杆的连接并采集整个配电变压器的热电势Ev；S5：根据热电势测量仪采集的热电势Ev对待测绕组的材质进行检测判断。本发明取得的有益效果是：通过在绕组两端同时加热，且保持加热温度相同，规避了热电势测量时热电势测量线(线夹)与导电杆连接处所产生的热电势误差，在不损坏配电变压器绕组的情况下，准确分辨出绕组材质是铜还是铝。
Description
技术领域
本发明涉及配电变压器技术领域，特别是一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法。
背景技术
配电变压器采用铜材质做绕组，是电力公司公司和许多电力用户的要求，但一些黑心商家为了最大程度追求利益，不惜用铝绕组制造的变压器，以此充好。这类“铝代铜”变压器使得电力用户按照纯铜线价格买来的却是假冒的铝线变压器，在经济上也蒙受了损失。另一方面，这种厂家生产的铝线变压器质量也难以保证，带来了安全隐患。
近几年在针对配电变压器抽检的时候也发现有铝绕组配电变压器的存在，但目前设备管理部门尚无一种简单快捷的手段判断出配电变压器的材质，大多是通过吊罩或破坏绕组的方式，辨别出绕组的材质，对配电变压器造成不可逆的损害。因此，研究一种切实可行的变压器绕组材质鉴别方法，具有重要的现实意义和工程价值。
目前，国内外研究对干式配电变压器绕组材质的无损检测，主要由以下几个方面：
第一是对变压器绕组进行X射线探伤和工业射线胶片拍照，将拍摄的结果同正常铜绕组变压器进行比对，进而确认绕组的材质但是这种测试方法成本高，对人体辐射大，现场使用不方便；
第二种检测方法是测量配电变压器绕组在固定电流下的时间一电阻曲线,再分别与铜的时间一电阻曲线和铝的时间一电阻曲线对比,具体可参考申请号为200810158124.7名称为《变压器绕组导线材质测试仪及其测试方法》的中国发明专利,但这种检测方法在现场使用时准确度较低，受绕组材质、粗细等因素干扰较大；
第三种方法是基于热电势的变压器绕组材质无损检测，该方法可靠性高，具体可参考申请号为201620701836.9名称为《一种变压器绕组材质智能诊断装置》的中国实用新型专利，该方法理论研究精确可靠，但实际应用过程中发现绕组端头加热后，端头铜排跟热电势测量线夹之间也会产生一定的热电势，导致该专利无法准确测量出绕组接点处的热电势。
基于上述问题，本发明基于热电原理，提出一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，能有效解决申请号为201620701836.9的不足。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，通过在绕组两端同时加热，且保持加热温度相同，规避了热电势测量时热电势测量线（线夹）处所产生的热电势误差，能在不损坏配电变压器绕组的情况下，准确分辨出绕组材质。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，它包括有：
S1：待测绕组分别通过第一铜排连接线和第二铜排连接线与第一导电杆和第二导电杆连接；
S2：在第一导电杆和第二导电杆上分别固定第一加热模块和第二加热模块；
S3：控制第一加热模块和第二加热模块的加热，使第一导电杆与第二导电杆受热一致；
S4：热电势测量仪分别通过第一热电势测量线和第二热电势测量线与第一导电杆和第二导电杆的连接并采集整个配电变压器的热电势Ev；
S5：根据热电势测量仪采集的热电势Ev对待测绕组的材质进行检测判断。
进一步，所述步骤S5的还包括有：
S51：根据热电偶的中间导体定律和中间温度定律，将热电势Ev进行如下分解：
Ev= QUOTE
+ QUOTE 
+
QUOTE 
+
QUOTE 
；
其中， QUOTE 
表示在热端温度为T1，冷端温度为T0时，第一热电势测量线与第一导电杆之间所产生的热
电势；
QUOTE 
表
示在热端温度为T2，冷端温度为T0时，第二导电杆与第二热电势测量线之间所产生的热电
势；
QUOTE 
表示在热端温度为T3，冷端温度为T0时，待测绕组与第二铜排连接线之间所产生的热电势；
QUOTE 
表示在热端温度为T4，冷端温度为T0时，第一铜排连接线与待测绕组之间所产生的热电势；
S52：判断温度T1与T2的关系；当温度T1=T2时， QUOTE 
+ QUOTE 
=0；
此时：
Ev= QUOTE 
+
QUOTE 
；
S53：计算热电势分解后待测绕组与第一导电杆和第二导电杆的塞贝克系数；若塞贝克系数约为0.5μV/k，则待测绕组为铜材质绕组；若塞贝克系数不低于4μV/k，则待测绕组为铝材质绕组。
进一步，所述步骤S5的判断还包括有；
S501：将第一导电杆与第二导电杆加热至130℃，此时传导至待测接头处的温度大于30℃；
S502：热电势测量仪开始采集热电势Ev，若采集的热电势Ev小于30μV，则待测绕组为
铜材质绕组；若采集的热电势Ev大于120μV，则待测绕组为铝材质绕组；若采集的热电势Ev为
30μV至120μV之间时，则待测绕组为铝材质绕组概率为： QUOTE 
，待测绕组为铜材质绕组概率为： QUOTE 
。
进一步，所述第一导电杆与第二导电杆可为铜排，且不为铝导电杆。
进一步，所述变压器可为干式变压器或油浸式变压器。
进一步，所述第一热电势测量线与第二热电势测量线可为测量夹。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
（1）本发明方法能够快速准确测量出加热后绕组和高温导电杆（或铜排）接点处所产生的热电势。
（2）提高测量的准确性，排除热电势采集线（或夹子）和加热后铜排材质不同而产生热电势的干扰。
（3）本发明测试方法不仅适用于干式变压器，也适用于油浸式变压器，且避免测试过程中对变压器绕组的破坏，测试方法更简捷。
（4）本发明测试方法不仅适用于配电变压器的低压绕组，也适用于配电变压器的高压绕组。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法的流程示意图。
图2为两端加热配电变压器绕组材质无损检测装置的连接示意图。
图3为两端加热配电变压器绕组材质无损检测系统的连接示意图。
图4为两端加热配电变压器绕组材质无损检测系统的局部连接示意图。
其中，1为热电势测试仪，2为第一热电势测量线，3为第一导电杆，4为第二导电杆，5为第一加热模块，6为第二加热模块，7为待测绕组与第一导电杆3的接点，8为待测绕组，9为待测绕组与第二导电杆4的接点，10为第一铜排连接线，11为第二铜排连接线，12为第二热电势测量线，13为第二温度测量线，14为加热线，15为加热端口，16为第一温度测量线，17为航空插头，18为温度测量点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例：如图1和图2所示；一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，它包括有：
S1：待测绕组8分别通过第一铜排连接线10和第二铜排连接线11与第一导电杆3和第二导电杆4连接；
S2：在第一导电杆3和第二导电杆4上分别固定设置第一加热模块5和第二加热模块6；
S3：控制第一加热模块5和第二加热模块6的加热，使第一导电杆3与第二导电杆4受热一致；
S4：热电势测量仪1分别通过第一热电势测量线2和第二热电势测量线12与第一导电杆3和第二导电杆4的连接并采集整个配电变压器的热电势Ev；本实施例中，热电势测量仪1采用微伏表。第一热电势测量线2与第二热电势测量线12可为测量夹。
S5：根据热电势测量仪1采集的热电势Ev对待测绕组的材质进行检测判断。
测试过程中第一加热模块5和第二加热模块6分别固定在待测绕组8的第一导电杆（或铜排）3和第二导电杆（或铜排）4上，且控制两个加热模块5和6的加热，使第一热电势测量线2、第二热电势测量线12与两个导电杆（或铜排）3、4的接触部位温度基本一致。
经过一段时间的加热，热量沿着导电杆（或铜排）3、4向待测绕组8传导，最终由于待测绕组8两端第一铜排连接线10和第二铜排连接线11长度不同，而使待测绕组与导电杆（或铜排）的两个节点7、9处的温度T3、T4不同，此时热电势测试仪1采集的热电势Ev即为热电势测量线与铜排之间产生的热电势和铜排与待测绕组之间产生的热电势的代数和。
步骤S5的还包括有：
S51：根据热电偶的中间导体定律和中间温度定律，将热电势Ev进行如下分解：
Ev= QUOTE 
+ QUOTE 
+
QUOTE 
+
QUOTE 
；
其中， QUOTE 
表示在热端温度为T1，冷端温度为T0时，第一热电势测量线与第一导电杆之间所产生的热
电势；
QUOTE 
表示在热端温度为T2，冷端温度为T0时，第二导电杆与第二热电势测量线之间所产生的热
电势；
QUOTE 
表示在热端温度为T3，冷端温度为T0时，待测绕组与第二铜排连接线之间所产生的热电势；
QUOTE 
表示在热端温度为T4，冷端温度为T0时，第一铜排连接线与待测绕组之间所产生的热电势；
S52：判断温度T1与T2的关系；当温度T1=T2时， QUOTE 
+ QUOTE 
=0；
此时：
Ev= QUOTE 
+ QUOTE 
；
S53：计算热电势分解后待测绕组8与第一导电杆3和第二导电杆4的塞贝克系数；若塞贝克系数约为0.5μV/k，则待测绕组为铜材质绕组；若塞贝克系数不低于4μV/k，则待测绕组为铝材质绕组。
当铜排连接线和待测绕组材质不同（即连接线为铜，绕组为铝）时， QUOTE 
和 QUOTE 
的塞贝克系数的
数值较大，大概为4μV/K。而当热电势测量线和绕组都是铜材质时，导致产生的热电势较小，
此时塞贝克系数的数值小于1μV/K。此时热电势测试仪1采集的热电势Ev主要是绕组和铜排
连接线之间（T3和T4位置）所产生的热电势。
本发明能准确测量出绕组8和铜排（或导电杆）3、4与连接线10、11在加热后所产生的热电势：测得不同铜材间有相对较小的塞贝克系数，约为0.5μV/k，而铜铝材料之间的塞贝克系数不低于4μV/k。
步骤S5的判断还包括有；
S501：将第一导电杆3与第二导电杆4加热至130℃，此时传导至待测接头处的温度大于30℃；
S502：热电势测量仪1开始采集热电势Ev，若采集的热电势Ev小于30μV，则待测绕
组为铜材质绕组；若采集的热电势Ev大于120μV，则待测绕组为铝材质绕组；若采集的热电
势Ev为30μV至120μV之间时，则待测绕组为铝材质绕组概率为： QUOTE 
，待测绕组为铜材质绕组概率为： QUOTE 
。
第一导电杆3与第二导电杆4可为铜排，且不为铝导电杆或铝排；因为铝与铝之间没有铜排作为参考测量。
本发明在使用时要注意以下几点：
（1）绕组两端导电杆（或铜排）在加热过程中应保证两个热电势测量线夹处的温度基本相等，温差不超过5℃。
（2）绕组两端导电杆（或铜排）或连接线的长度应不相同，使经过加热后，绕组两端两个接点处的温度不同，有一定的温度差。
（3）本发明方法适用于油浸式配电变压器的低压侧和高压侧，以及适用于干式配电变压器的低压侧，但在干式配电变压器的高压侧使用时应拆除绕组两端导线，加接两个长短不同的铜排。
本发明基于热电原理，通过对变压器绕组两端导电杆（或铜排）同时加热且保持两热电势测量线夹部位温度一致，两端热电势测量线与导电杆（或铜排）之间因材质不同产生的热电势将互相抵消，根据测得加热后绕组两端的热电势，即为加热后绕组和导电杆（或铜排）接头处所产生的热电势，进而判断出绕组材质。
如图2所示，一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测装置，它包括有：
铜排加热装置：适于对配电变压器绕组两端进行加热；
温度测量装置：对配电变压器待测绕组两端进行温度测量；
热电势采集装置：利用微伏级电压表采集加热后绕组两端产生的热电势。
本装置在绕组的两端同时加热且控制加热温度相同，两端测量线与导电杆（或铜排）之间因材质不同产生的热电势将互相抵消，根据测得加热后绕组两端的热电势，即为加热后绕组和导电杆（或铜排）接头处所产生的热电势，进而判断出绕组材质。本装置不仅适用于油浸式配电变压器，也适用于干式配电变压器。
如图3和图4所示，一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测系统，它包括有：
检测装置、第一导电杆3、第二导电杆4和待测绕组8，其特征在于：检测装置通过采集线分别与第一导电杆3和第二导电杆4连接；
第一导电杆3上设置有第一加热模块5；第二导电杆4上设置有第二加热模块6；
检测装置上还设置有加热端口15，第一加热模块5和第二加热模块6通过加热线14与加热端口15连接；
待测绕组8两端分别通过第一铜排连接线10、第二铜排连接线11与第一导电杆3和第二导电杆4连接。
检测装置包括有：处理器、温度采集模块、热电势采集模块、加热控制模块和材质分析模块；
温度采集模块分别采集第一导电杆3和第二导电杆4的温度值，并标记为T1、T2；温度采集模块将采集到的温度传输给处理器，处理器根据接受的温度值数据向加热控制模块发送控制指令；
热电势采集模块采集变压器的热电势，并将采集到的热电势传输至处理器，处理器将接受到的热电势数据分析处理后传输至材质分析模块进行绕组材质的判断。
加热控制模块加热过程如下：
S01：处理器预设加热温度为T；
S02：在第一导电杆3和第二导电杆4处分别预设有温度测量点，处理器向加热控制模块发送加热指令；
S03：加热控制模块控制第一加热模块5和第二加热模块6分别对第一导电杆3和第二导电杆4进行加热；第一加热模块5中设置有第一加热片，第二加热模块6中设置有第二加热片。通过加热片对导电杆进行加热。
S04：检测温度测量点的温度是否为T+2℃；若是，加热停止，反之，继续加热；
S05：检测温度测量点的温度是否低于T-2℃，若是，则继续加热，反之，停止加热。
S06：在步骤S04或S05加热15min后，开始进行测量热电势；
S07：材质分析模块根据测量的热电势数据进行材质判断。
其中，为检测装置供电的是220V交流电源，检测装置开机后先设定加热温度为T。T的设置可根据变压器的绝缘等级而定，本实施例中设定为100℃。开始加热时，检测装置对两个加热模块进行分开控制，根据导电杆（或铜排）上T1、T2处温度值，决定两个加热模块是否要加热。
加热模块将导电杆（或铜排）上温度测量点处的温度加热至T+2℃时，即102℃时，加热停止。当温度测量点处温度低于T-2℃时，即98℃时，加热模块继续加热。即使得测量点T1、T2处的温度均稳定在T±2℃，本实施例中温度稳定在98℃至102℃之间。当两个测量点处温度均稳定在T±2℃时，再继续加热15min，此时热量沿着导电杆传导至导电杆（或铜排）与绕组之间的接点7处，可以开启热电势测量，测量完毕根据测得值进行材质判断。
本发明检测装置由以下几部分组成：处理器、温度采集模块、热电势采集模块、加热控制模块和材质分析模块。温度采集模块主要对绕组两端导电杆（或铜排）上T1、T2处的温度进行采集，并将数据传输给处理器，由处理器通过加热控制模块来分别控制两个加热模块的加热，最终使温度采集点T1、T2处的温度保持在T±2℃。保持15min后热电势采集模块开始进行热电势采集，并根据测得的值进行材质判别。
采集线包括有第一热电偶回路和第二热电偶回路；
第一热电偶回路分别与第一导电杆3和检测装置连接；
第二热电偶回路分别与第二导电杆4和检测装置连接；
第一热电偶回路由第一热电势测量线2（铜材质）和第一温度测量线16构成，第二热电偶回路由第二热电势测量线12（铜材质）和第二温度测量线13构成。其中，热电势测量线均为铜线，温度测量线为康铜。
热电势的测量借助两组测温热电偶中的铜线进行，铜线和康铜构成一组热电偶，可以对加热后导电杆（或铜排）上的温度进行测试。在两组热点偶中，采用其中的两根相同的铜线组成热电势采集回路，对加热后绕组及接点处产生的热电势进行测量。采用这种测量方式，减少了接线，使得测量更便捷。但是由于两根导电杆（或铜排）上的温度不会绝对保持一致，因此测量铜线与加热后的导电杆（或铜排）之间依然会存在温度差，最多4℃，而不同材质的铜之间会产生大约1μV/k的热电势，因此本测量装置也会产生大约4μV的误差，因为误差值较小，所以可以忽略。
检测装置上还设置有航空插头17，第一热电偶回路和第二热电偶回路通过航空插头17与检测装置连接。
本发明中的配电变压器可为油浸式配电变压器或干式配电变压器。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
S1：待测绕组（8）分别通过第一铜排连接线（10）和第二铜排连接线（11）与第一导电杆（3）和第二导电杆（4）连接，第一铜排连接线（10）与第二铜排连接线（11）长度不相同；
S2：在第一导电杆（3）和第二导电杆（4）上分别固定第一加热模块（5）和第二加热模块（6）；
S3：控制第一加热模块（5）和第二加热模块（6）的加热，使第一导电杆（3）与第二导电杆（4）受热一致；
S4：热电势测量仪（1）分别通过第一热电势测量线（2）和第二热电势测量线（12）与第一导电杆（3）和第二导电杆（4）的连接并采集整个配电变压器的热电势Ev；
S5：根据热电势测量仪（1）采集的热电势Ev对待测绕组的材质进行检测判断。
2.如权利要求1所述的两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，其特征在于，所述步骤S5的还包括有：
S51：根据热电偶的中间导体定律和中间温度定律，将热电势Ev进行如下分解：
Ev=
+
+
+
；
其中，
表示在热端温度为T1，冷端温度为T0时，第一热电势测量线与第一导电杆之间所产生的热电势；
S52：判断温度T1与T2的关系；当温度T1=T2时，
+
=0；
此时：
Ev=
+
；
S53：计算热电势分解后待测绕组（8）与第一导电杆（3）和第二导电杆（4）的塞贝克系数；若塞贝克系数约为0.5μV/k，则待测绕组为铜材质绕组；若塞贝克系数不低于4μV/k，则待测绕组为铝材质绕组。
3.如权利要求1所述的两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，其特征在于，所述步骤S5的判断还包括有；
S501：将第一导电杆（3）与第二导电杆（4）加热至130℃，此时传导至待测接头处的温度大于30℃；
S502：热电势测量仪（1）开始采集热电势Ev，若采集的热电势Ev小于30μV，则待测绕组为铜材质绕组；若采集的热电势Ev大于120μV，则待测绕组为铝材质绕组；若采集的热电势Ev为30μV至120μV之间时，则待测绕组为铝材质绕组概率为：
，待测绕组为铜材质绕组概率为：
。
4.如权利要求1-3任一权利要求所述的两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，其特征在于，所述第一导电杆（3）与第二导电杆（4）可为铜排，且不为铝导电杆。
5.如权利要求1所述的两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，其特征在于，所述变压器可为干式变压器或油浸式变压器。
6.如权利要求1所述的两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，其特征在于，所述第一热电势测量线（2）与第二热电势测量线（12）可为测量夹。
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