CN112051525A - 一种变压器消磁分析仪及消磁分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器消磁分析仪及消磁分析方法，解决了现有技术的不足，分析仪包括低压交直流消磁电路、低压空载测试电路和显示单元，低压交直流消磁电路用于消除变压器的剩磁，并将消除结果传送至显示单元；低压空载测试电路用于测试变压器空载电流和空载损耗，并将空载测试结果传送至显示单元；显示单元用于显示消除结果和测试结果。
Description
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，尤其是指一种变压器消磁分析仪及消磁分析方法。
背景技术
电力变压器是电网的重要组成元件之一,在电网的安全稳定运行中具有极其重要的作用。在对电力变压器进行电压比、直流电阻测量和空载实验等操作后会在铁心中残留剩磁。由于剩磁的存在,当变压器投入运行时铁心剩磁使变压器铁心半周饱和,在励磁电流中产生大量谐波,形成涌流，这不仅增加了变压器的无功消耗,而且可能引起继电保护器误动作,甚至损坏，造成经济损失。与此同时,铁心的高度饱和使漏磁增加,引起金属结构件和油箱过热。局部过热将使绝缘纸老化并使变压器油分解,影响变压器的寿命。因而变压器铁心剩磁不仅直接影响到绕组的运行安全,而且影响到电力系统的稳定、安全运行。
变压器试验或运行中出现的一些异常现象,其中有很大比例都与铁心中的剩磁有很大关系。了解变压器剩磁的产生机理、剩磁对设备运行的影响以及相关的防范措施,无疑将对保障设备的安全稳定运行起到很大的帮助作用。传统的消磁方法，是对变压器施加可调的交流电压，最大幅值是变压器额定输出电压值的150％。过去的变压器电压等级普遍不高，但是目前所使用的变压器，其电压等级最高达到了1000KV，如果用传统的手段，是根本行不通的。新式的消磁手段，通常采用直流法，给变压器高压侧施加方向变换、幅值衰减的阶梯型直流电流。相比传统的交流法，简单快捷。但是充流时间较长，即便使用助磁，也要消耗很长时间。最主要的缺点是看不出变压器剩磁的大小，更看不到消磁的效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的对变压器消磁的方法较为单一，且消磁效果较差，不能直观了解消磁的效果的缺陷，提供一种变压器消磁分析仪及消磁分析方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种变压器消磁分析仪，包括低压交直流消磁电路、低压空载测试电路和显示单元，低压交直流消磁电路用于消除变压器的剩磁，并将消除结果传送至显示单元；低压空载测试电路用于测试空载电流和空载损耗，并将空载测试结果传送至显示单元；显示单元用于显示消除结果和测试结果。本发明的变压器消磁分析仪，在低压侧进行交流直流混合消磁，配合低压空载测试电路，既可以消磁，又能测量空载数据。
作为一种优选方案，所述的低压交直流消磁电路包括电流控制模块，切换检测模块和变压器，电流控制模块和切换检测模块相连接，切换检测模块和变压器相连接。
作为一种优选方案，所述的低压空载测试电路包括变压器、调压设备和测量仪器仪表，变压器同时与调压设备和测量仪器仪表相连接。
作为一种优选方案，所述变压器包括单相变压器和三相变压器。
作为一种优选方案，所述的显示单元为带触摸屏输入的LCD或LED。带触摸屏输入的LCD或LED的设计，目的是使相关操作人员可以通过LCD或LED输入操作指令，对整个系统进行控制。
一种变压器消磁分析仪的消磁方法，包括以下步骤：
步骤1，电流控制模块输出恒流源至切换检测模块；
步骤2，切换检测模块内的继电器转换阵列输出方向交替变换、幅值逐步递减的阶梯波至变压器；
步骤3，变压器接收阶梯波进行消磁。
作为一种优选方案，消磁方法还包括一下步骤：
步骤4，切换检测模块对变压器的电压和电流进行检测，并把数据返回至电流控制模块；
步骤5，电流控制模块通过RMS有效值算法进行数据处理，并将处理完的数据通过显示单元进行显示。
一种变压器消磁分析仪的分析方法，包括空载电流和空载损耗的分析，具体为：
步骤a，检测被测变压器与低压空载测试电路完成电路连接，并检测确认接线是否正确；
步骤b，低压空载测试电路接通电源，开始升压；
步骤c，升至试验电压，读取并记录试验电压、电流及功率；
步骤d，计算空载变压器的空载电流和空载损耗；
步骤e，开始降压，降压至零后断开电源，充分放电，结束试验。
作为一种优选方案，所述步骤d中，计算空载损耗还需要计算线路损耗，实际的空载损耗为计算的空载损耗减线路损耗以及仪表损耗。
作为一种优选方案，线路损耗的计算包括两种算法：
算法1，断开变压器，将低压空载测试电路短路，施加空载电流值，从功率表中读取；
算法2，用试验电流的平方与试验线路电阻的乘积计算得出。
本发明的有益效果是：变压器消磁分析仪及消磁分析方法在低压侧进行交流直流混合消磁，配合低压空载测试电路，既可以消磁，又能测量空载数据。且变压器消磁分析仪测试的空载数据较为精确，误差较小。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理连接图；
图2是本发明的低压交直流消磁电路原理连接图；
图3是本发明的单相变压器低压空载测试电路图；
图4是本发明的另一种单相变压器低压空载测试电路图；
图5是本发明的第一种三相变压器低压空载测试电路图；
图6是本发明的第二种三相变压器低压空载测试电路图；
图7是本发明的第三种三相变压器低压空载测试电路图；
图8是本发明的第四种三相变压器低压空载测试电路图；
图9是本发明的第五种三相变压器低压空载测试电路图。
其中：1、低压交直流消磁电路，2、低压空载测试电路，3、显示单元，4、变压器，11、电流控制模块，12、切换检测模块，21、调压设备，22、测量仪器仪表，111、CPU，112、USB，113、FLASH，114、打印机，115、报警单元，116、DA，117、程控电流源，118、AD采样，121、输出开关，122、放电回路，123、极性控制，124、交流电源，125、交直流切换，126、继电器驱动，127、电流监测，128、电压监测。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：一种变压器消磁分析仪，如图1所示，包括低压交直流消磁电路1、低压空载测试电路2和显示单元3，低压交直流消磁电路用于消除变压器4的剩磁，并将消除结果传送至显示单元；低压空载测试电路用于测试空载电流和空载损耗，并将空载测试结果传送至显示单元；显示单元用于显示消除结果和测试结果。本发明的变压器消磁分析仪，在低压侧进行交流直流混合消磁，配合低压空载测试电路，既可以消磁，又能测量空载数据。所述的显示单元为带触摸屏输入的LCD。
如图2所示，所述的低压交直流消磁电路包括电流控制模块11，切换检测模块12和变压器，电流控制模块和切换检测模块相连接，切换检测模块和变压器相连接。电流控制模块具体包括CPU111、USB112、FLASH113、打印机114、报警单元115、DA116、程控电流源117和AD采样118，CPU同时与USB、FLASH、打印机、报警单元、DA和AD采样相连接，DA还与程控电流源相连接，切换检测模块包括输出开关121、放电回路122、极性控制123、交流电源124、交直流切换125、继电器驱动126、电流监测127和电压监测128，继电器驱动同时与输出开关、放电回路、极性控制和交直流切换相连接，继电器驱动还与CPU相连接，输出开关还与程控电流源和放电回路相连接，放电回路还与极性控制相连接，极性控制还与交直流切换相连接，交直流切换还同时与交流电源、电流监测、电压监测、继电器相连接，继电器还与电流监测、电压监测相连接，电流监测和电压监测还同时与AD采样相连接。
CPU采用32位arm型单片机，该芯片属于Cortex M4系列，是目前速度最快、资源最多、存储最大的单片机。AD采样采用6路同步AD采集通道,可以同步采集6路信号,分别为：AC电压、AC电流、DC电压、DC电流，另外2路作为冗余后备。低压交直流消磁电路在一个工频周期内采集128个等分点的数据。并且可以根据需要修改程序,采集更高点的数据。
LCD分为界面设计和软件通信。LCD本身内置GUI，是独立的系统，其显示界面不占用arm的内存资源,优点是可以单独设计，方便灵活；缺点是数据刷新稍慢，首先通过RS232获得显示数据，经过转换匹配后刷新显示。本装置对实时性要求不高，所以不影响使用。LCD自带触摸屏，极大的方便了用户的操作。通过点击显示图标，实现数据切换、参数输入、打印等功能。
一种变压器消磁分析仪的消磁方法，包括以下步骤：
步骤1，电流控制模块输出恒流源至切换检测模块；
步骤2，切换检测模块内的继电器转换阵列输出方向交替变换、幅值逐步递减的阶梯波至变压器；
步骤3，变压器接收阶梯波进行消磁；
步骤4，切换检测模块对变压器的电压和电流进行检测，并把数据返回至电流控制模块；
步骤5，电流控制模块通过RMS有效值算法进行数据处理，并将处理完的数据通过显示单元进行显示。
低压交直流消磁电路用程控恒流源作为输出源，配合大功率继电器转换阵列，输出方向交替变换、幅值逐步递减的阶梯波，对变压器进行直流消磁。以高精度的电压、电流互感器，分别对变压器的电压和电流进行转换，使其幅值能够匹配AD采样的输入范围。经过AD采样将模拟信号进行离散化，然后送入CPU内，用有效值算法RMS进行数据处理，得到采样序列，同时通过LCD显示结果。配置嵌入式打印机，随时打印结果。
如图3所示，所述的低压空载测试电路包括变压器、调压设备21和测量仪器仪表22，变压器同时与调压设备和测量仪器仪表相连接。
一种变压器消磁分析仪的分析方法，分析方法包括空载电流和空载损耗的分析，具体为：
步骤a，检测被测变压器与低压空载测试电路完成电路连接，并检测确认接线是否正确；
步骤b，低压空载测试电路接通电源，开始升压；
步骤c，升至试验电压，读取并记录试验电压、电流及功率；
步骤d，计算空载变压器的空载电流和空载损耗；
步骤e，开始降压，降压至零后断开电源，充分放电，结束试验。
所述变压器包括单相变压器和三相变压器，空载电流和空载损耗测量按图4-图8的接线进行。单相变压器参照图4-图5的接线，三相变压器参照图6-图8的接线。其中G为可调电源，TA为电流互感器，TV为电压互感器，T为变压器，A为电流表，V为电压表，Vp为平均值电压表，W为功率表，SC为转换开关。图8为yn或zn联结绕组的接线。
对于可调电源的具体要求为：
1.试验电压要求
1.1试验电源容量
试验所需电源容量按下式计算：
S＝SN×I0％ (1)
式中：
S—试验所需容量，kVA。
SN—被试变压器额定容量，kVA。
I0％—被试品空载电流百分数。
1.2试验电压频率：
试验电压一般应为额定电压频率，若频率不能满足，相差不能超过±5％。1.3试验电压波形：
试验电压的波形应为正弦波。为监视试验中电压波形，三相变压器与单相变压器空载试验时，均需测量电压方均根值、平均值。当电压波形畸变，即平均值电压表读数U’与方均根植电压表读数U不同时，试验电压应以平均值电压表读数U’为准。
试验电压的波形应为正弦波。为监视试验中电压波形，三相变压器与单相变压器空载试验时，均需测量电压方均根值、平均值。当电压波形畸变，即平均值电压表读数U’与方均根植电压表读数U不同时，试验电压应以平均值电压表读数U’为准。
所述步骤d中，计算空载损耗还需要计算线路损耗，实际的空载损耗为计算的空载损耗减线路损耗以及仪表损耗。图4-图9中的的接线所测功率均包括电压表和功率表的电压线圈以及电压互感器的损耗，这些损耗统称仪表损耗。仪表损耗可用相同的试验线路，断开变压器、施加试验所加电压，直接从功率表读出。图4、图6测量电压取于变压器，测量功率没有线路损耗。图5、图7、图8、图9所测量的功率不但包括仪表损耗，还包括线路损耗。
在测试过程中应注意：
a)试验用调压器避免采用移圈式调压器。
b)在试验大电容量的被试品时，应在高压侧直接测量试验电压，并与被试品并接球隙进行保护。必要时可在调压器输出端串接适当的电阻。
c)试验变压器一般应在规定的额定电压范围内使用，避免使用在铁芯的饱和部分，并可在试验变压器低压侧加滤波装置。
d)可在测量仪器输入端上并联适当电压的放电管或氧化锌压敏电阻器、浪涌吸收器等，以保护测量仪表。
e)试验回路中应具备过电压、过电流保护。可在升压控制柜中配置过电压、过电流保护的测量、速断保护装置。
f)在更换试验接线时，应在被试品上悬挂接地放电棒。在再次升压前，先取下放电棒，防止带接地放电棒升压。
g)试验接线时确保功率表极性接线正确。
h)电流回路应连接牢固，防止试验过程中断开。
i)试验过程中如认为待试设备存在剩磁，则须退磁，消除剩磁对试验结果的影响。
j)为了测量准确，连接导线应有足够的截面，电流线不小于2.5mm2、电压线不小于1.5mm2，且接触良好。
空载电流和空载损耗测量试验标准为：
a)测量结果与上次相比，无明显差异，
b)对单相变压器相间或三相变压器两个边相，空载电流差异不超过10％。
步骤d具体的过程为：
a)空载电流和空载损耗可按下式进行计算：
式中：KIA、KIB、KIC分别是电流互感器的变比。KVAB、KVBC、KVCA分别是电压互感器的变比。
I'OA、I'OB、I'OC是三相空载电流的实测值。U'AB、U'BC、U'CA是三相施加试验电压。
I0空载电流实测平均值。U'试验施加线电压平均值。
UN、IN被试线圈额定线电压和额定电流。
KI、KV、KW是电流、电压、功率表本身的倍数。
P1'、P'2两个功率表测得的损耗功率。I0％算得的空载电流百分数。
p0算得的空载损耗。
b)试验频率影响及校正
当试验频率f与额定频率fr有差异、且偏差不大于5％时，施加电压应用Uf代替Ur，按式(3)折算：
Uf＝Ur(f/fr) (3)
式中：
Ur—额定频率时的额定电压，V。
测得的空载损耗应按式(4)进行校正：
P0＝P′0[P1(fr/f)+P2(fr/f)2] (4)
式中：
P′0—电压校正后的P0，W。
P1—磁滞损耗与总的铁心损耗之比。
P2—涡流损耗与总的铁心损耗之比。
当试验频率与额定频率相差不超过±5％时，测得的空载电流不需要校正。
对于50Hz和60Hz正常使用的磁感应强度，P1和P2可采用下表的数值。
| 取向硅钢片 | 非取向硅钢片 | |
| P1 | 0.5 | 0.7 |
| P2 | 0.5 | 0.3 |
c)试验电压波形影响及校正
若U和U’之差在3％以内，则试验电压波形满足要求。测得的空载损耗按式(5)进行校正：
P0＝Pm(1+d) (5)
式中：
P0—电压波形校后的空载损耗，W。
Pm—测得的空载损耗，W。
d＝(U′-U)/U′(d通常为负值)。
若U和U’之差大于3％，应按协议确认试验的有效性。
计算得到空载电流和空载损耗，将测量值与规定值进行比较，判断是否合格。
线路损耗的计算包括两种算法：
算法1，断开变压器，将低压空载测试电路短路，施加空载电流值，从功率表中读取；
算法2，用试验电流的平方与试验线路电阻的乘积计算得出。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种变压器消磁分析仪，其特征是，包括低压交直流消磁电路、低压空载测试电路和显示单元，低压交直流消磁电路用于消除变压器的剩磁，并将消除结果传送至显示单元；低压空载测试电路用于测试变压器空载电流和空载损耗，并将空载测试结果传送至显示单元；显示单元用于显示消除结果和测试结果。
2.根据权利要求1所述的一种变压器消磁分析仪，其特征是，所述的低压交直流消磁电路包括电流控制模块，切换检测模块和变压器，电流控制模块和切换检测模块相连接，切换检测模块和变压器相连接。
3.根据权利要求1所述的一种变压器消磁分析仪，其特征是，所述的低压空载测试电路包括变压器、调压设备和测量仪器仪表，变压器同时与调压设备和测量仪器仪表相连接。
4.根据权利要求3所述的一种变压器消磁分析仪，其特征是，所述变压器包括单相变压器和三相变压器。
5.根据权利要求1所述的一种变压器消磁分析仪，其特征是，所述的显示单元为带触摸屏输入的LCD或LED。
6.一种变压器消磁分析仪的消磁方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，电流控制模块输出恒流源至切换检测模块；
步骤2，切换检测模块内的继电器转换阵列输出方向交替变换、幅值逐步递减的阶梯波至变压器；
步骤3，变压器接收阶梯波进行消磁。
7.根据权利要求6所述的一种变压器消磁分析仪的消磁方法，其特征是，还包括一下步骤：
步骤4，切换检测模块对变压器的电压和电流进行检测，并把数据返回至电流控制模块；
步骤5，电流控制模块通过RMS有效值算法进行数据处理，并将处理完的数据通过显示单元进行显示。
8.一种变压器消磁分析仪的分析方法，其特征是，包括空载电流和空载损耗的分析，具体为：
步骤a，检测被测变压器与低压空载测试电路完成电路连接，并检测确认接线是否正确；
步骤b，低压空载测试电路接通电源，开始升压；
步骤c，升至试验电压，读取并记录试验电压、电流及功率；
步骤d，计算空载变压器的空载电流和空载损耗；
步骤e，开始降压，降压至零后断开电源，充分放电，结束试验。
9.根据权利要求8所述的一种变压器消磁分析仪的分析方法，其特征是，所述步骤d中，计算空载损耗还需要计算线路损耗，实际的空载损耗为计算的空载损耗减线路损耗以及仪表损耗。
10.根据权利要求9所述的一种变压器消磁分析仪的分析方法，其特征是，线路损耗的计算包括两种算法：
算法1，断开变压器，将低压空载测试电路短路，施加空载电流值，从功率表中读取；
算法2，用试验电流的平方与试验线路电阻的乘积计算得出。
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