CN108732450A - 大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法。通过在卷铁心首尾加一个直流电压源，通过罗氏线圈和示波器采集流过铁心的电流值；然后采用微元分析的方法对卷绕路径方向的等效电阻进行准确求解，以计算出卷铁心的实际等效电阻；最后通过实际等效电阻与理论等效电阻的比较，判断卷铁心是否发生片间短路，并确定短路片数与位置。该检测系统及方法有效提升了卷铁心变压器片间短路的检测效率。

Description

大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法

技术领域

本发明属于电力设备故障诊断技术领域，具体涉及大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法。

背景技术

卷铁心变压器因其较低的空载损耗而得到快速发展，尤其在牵引系统中拥有广阔的应用前景，而变压器的正常工作是供变电系统持续正常运行的保障和前提。卷铁心是采用硅钢片带料，连续卷制成的封闭形铁心，在卷铁心的硅钢带开料过程中，难免会造成毛刺等问题，在卷绕等过程以及后续的运输过程中，不可避免对片间绝缘造成破坏，从而造成片间短路。铁心片间短路将导致铁心局部过热，加速绝缘热老化，使绝缘损坏，降低牵引变压器寿命，对社会经济造成了一定的影响。

由于卷铁心变压器的结构设计，卷铁心一旦发生故障，难以进行更换，因此在研制过程中有效地检测出卷铁心片间短路的方法，可大幅地提高卷铁心变压器的运行性能与使用寿命。目前主要通过人为观察的方式来进行检查，效率低下，尚无能够有效检测大型变压器卷铁心片间短路的方法。因此，为了避免变压器卷铁心片间短路、提高卷铁心变压器的服役性能，现急需大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于更加有效地检验大型变压器卷铁心片间短路情况。

实现本发明目的的技术方案包括：

大型变压器卷铁心片间短路的检测系统，所述大型变压器卷铁心为拼装式的卷铁心，单个卷铁心横截面为近似半圆形；检测系统包括：卷铁心、直流电压源、罗氏线圈、测量电阻以及数字示波器；卷铁心硅钢带首尾连接到直流电压源，罗氏线圈套在直流电压源连接线上；罗氏线圈串联测量电阻，测量电阻两端并联所述的数字示波器。

检测方法包括如下步骤：

1)逐级推算每一级卷绕路径长度，得到第i级硅钢带的卷绕长度l_i的表达式为：

l_i＝2π(r+id)+2(p+q)+d，i∈{1,2,3,…,2n}

式中，p为心柱长度，q为铁轭长度，r为圆角半径，d为硅钢带厚度，2n为卷绕总圈数；

2)设每级卷绕的硅钢带首尾宽度分别为m₀,m₁,m₂,…,m_2n+1，其中m₀和m_n分别为宽度最小值和最大值，则硅钢带宽度m_j可表示为：

式中，j∈{1,2,3,…,n,n+1,n+2,…,2n,2n+1}，R为铁心外截面半径；

同时，可得卷绕第i级铁心硅钢带宽度g(x)与该级卷绕路径上的位置x的函数关系式：

3)对宽度渐变硅钢带电阻值进行积分求和，得出卷铁心卷绕首尾外接直流电压源时的等效电阻的表达式：

式中ρ为硅钢材质的电阻率；表征卷绕总圈数的参数n按照下式计算：

其中[·]为取整运算；

4)判断卷绕工艺是否合格：

式中，R_exp＝U/I_exp，I_exp为如图3中所述的数字示波器(5)测量到的电流值，U为外加直流电压源的电压值；ε为相对误差百分比；

若ε≤1％则认为卷绕合格，否则认为存在问题，需进行缺陷排查，并转到步骤5)；

5)计算故障等效电阻：

式中，R_k为第k级，k+1级，…，k+p-1级硅钢带片间短路的短路电阻，k为发生片间短路的第一级，p为片间短路片数，且满足k+p-1≤2n；故障等效电阻R_eq ^*的范围如下：

6)通过上述R_eq ^*带入p＝5，p＝10，p＝15，...p＝t可得故障等效电阻R_eq ^*的范围Δ₍₅₎,Δ₍₁₀₎,Δ₍₁₅₎,…Δ_(t)，并与实际等效电阻R_exp进行比对，若R_exp∈Δ_(t)，即t片片间短路；

7)当已经确定片间短路片数p＝t，再依据5)中故障短路电阻R_eq ^*的计算公式，可以推导出发生片间短路的第一级级数k。

本发明的有益效果在于，提供了一种大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法，通过在铁心卷绕首尾端外加直流电压源，并利用测试并计算得到的电阻值与理论值对比，评估铁心卷绕工艺是否合格，并确定短路片数与位置。本发明有效提升了卷铁心变压器片间短路的检测效率。

附图说明

图1为大型变压器卷铁心截面图。

图2为大型变压器卷铁心卷绕路径函数图。

图3为大型变压器卷铁心片间短路的检测系统接线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施流程作进一步的详述。

图3所示为大型变压器卷铁心片间短路的检测系统接线图，由图3可知大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法，包含以下步骤：

1)逐级推算每一级卷绕路径长度，得到第i级硅钢带的卷绕长度l_i的表达式为：

l_i＝2π(r+id)+2(p+q)+d，i∈{1,2,3,…,2n}

式中，p为心柱长度，q为铁轭长度，r为圆角半径，d为硅钢带厚度，2n为卷绕总圈数；

2)如图1所示，设每级卷绕的硅钢带首尾宽度分别为m₀,m₁,m₂,…,m_2n+1，其中m₀和m_n分别为宽度最小值和最大值，则硅钢带宽度m_j可表示为：

式中，j∈{1,2,3,…,n,n+1,n+2,…,2n,2n+1}，R为铁心外截面半径；

同时，如图2所示，可得卷绕第i级铁心硅钢带宽度g(x)与该级卷绕路径上的位置x的函数关系式：

3)对宽度渐变硅钢带电阻值进行积分求和，得出卷铁心卷绕首尾外接直流电压源时的等效电阻的表达式：

式中ρ为硅钢材质的电阻率；表征卷绕总圈数的参数n按照下式计算：

其中[·]为取整运算；

4)判断卷绕工艺是否合格：

式中，R_exp＝U/I_exp，I_exp为如图3中所述的数字示波器(5)测量到的电流值，U为外加直流电压源的电压值；ε为相对误差百分比；

若ε≤1％则认为卷绕合格，否则认为存在问题，需进行缺陷排查，并转到步骤5)；

5)计算故障等效电阻：

式中，R_k为第k级，k+1级，…，k+p-1级硅钢带片间短路的短路电阻，k为发生片间短路的第一级，p为片间短路片数，且满足k+p-1≤2n；故障等效电阻R_eq ^*的范围如下：

6)通过上述R_eq ^*带入p＝5,p＝10,p＝15,...,p＝t可得故障等效电阻R_eq ^*的范围Δ₍₅₎,Δ₍₁₀₎,Δ₍₁₅₎,…Δ_(t)，并与实际等效电阻R_exp进行比对，若R_exp∈Δ_(t)，即t片片间短路；

7)当已经确定片间短路片数p＝t，再依据5)中故障短路电阻R_eq ^*的计算公式，可以推导出发生片间短路的第一级级数k。

Claims (2)

1.大型变压器卷铁心片间短路的检测系统，其特征在于，所述大型变压器卷铁心为拼装式的卷铁心，单个卷铁心横截面为近似半圆形；检测系统包括：卷铁心(1)、直流电压源(2)、罗氏线圈(3)、测量电阻(4)以及数字示波器(5)；

卷铁心(1)硅钢带首尾连接到直流电压源(2)，罗氏线圈(3)套在直流电压源(2)连接线上；罗氏线圈(3)串联测量电阻(4)，测量电阻(4)两端并联所述的数字示波器(5)。

2.大型变压器卷铁心片间短路的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)逐级推算每一级卷绕路径长度，得到第i级硅钢带的卷绕长度l_i的表达式为：

l_i＝2π(r+id)+2(p+q)+d，i∈{1,2,3,…,2n}

式中，p为心柱长度，q为铁轭长度，r为圆角半径，d为硅钢带厚度，2n为卷绕总圈数；

2)设每级卷绕的硅钢带首尾宽度分别为m₀,m₁,m₂,…,m_2n+1，其中m₀和m_n分别为宽度最小值和最大值，则硅钢带宽度m_j可表示为：

式中，j∈{1,2,3,…,n,n+1,n+2,…,2n,2n+1}，R为铁心外截面半径；

同时可得卷绕第i级铁心硅钢带宽度g(x)与该级卷绕路径上的位置x的函数关系式：

3)对宽度渐变硅钢带电阻值进行积分求和，得出卷铁心卷绕首尾外接直流电压源时的等效电阻的表达式：

式中ρ为硅钢材质的电阻率；表征卷绕总圈数的参数n按照下式计算：

其中[·]为取整运算；

4)判断卷绕工艺是否合格：

式中，R_exp＝U/I_exp，I_exp为所述的数字示波器(5)测量到的电流值，U为外加直流电压源的电压值；ε为相对误差百分比；

若ε≤1％则认为卷绕合格，否则认为存在问题，需进行缺陷排查，并转到步骤5)；

5)计算故障等效电阻：

式中，R_k为第k级，k+1级，…，k+p-1级硅钢带片间短路的短路电阻，k为发生片间短路的第一级，p为片间短路片数，且满足k+p-1≤2n；故障等效电阻R_eq ^*的范围如下：

6)通过上述R_eq ^*带入p＝5，p＝10，p＝15,...,p＝t可得故障等效电阻R_eq ^*的范围Δ₍₅₎,Δ₍₁₀₎,Δ₍₁₅₎,…Δ_(t)，并与实际等效电阻R_exp进行比对，若R_exp∈Δ_(t)，即t片片间短路；

7)当已经确定片间短路片数p＝t，再依据步骤5)中故障短路电阻R_eq ^*的计算公式，推导出发生片间短路的第一级级数k。