CN114089127A - 一种模拟变压器电弧放电的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开揭示了一种模拟变压器电弧放电的系统，包括：电弧电源装置、电弧模拟装置和电弧测量装置；其中，所述电弧电源装置用于实时测量其输出电压和电流并通过负反馈机制实时调节其输出电压和电流以使得在电弧模拟装置内能够形成稳定的电弧放电；所述电弧模拟装置用于模拟变压器形成电弧放电；所述电弧测量装置用于测量电弧放电的电压和电流数据。
Description
技术领域
本公开属于变压器技术领域，具体涉及一种模拟变压器电弧放电的系统及方法。
背景技术
大型电力变压器一般采用油浸式绝缘，油中电弧放电是油浸式电力变压器的一种较为严重的放电形式，其破坏性强，容易引起严重设备故障甚至安全事故。因此，开展电弧放电的试验模拟和特征量检测，是掌握电弧特性和预警方法的前提基础。电弧放电发生时，绝缘介质会形成局部贯穿性通道，电流激增，这一过程中电压电流波动较为剧烈，在开展模拟试验时，需要从高电压-小电流状态迅速切换至低电压-大电流工作状态，因此对电源特性要求较高，常规方法通常难以在实验室模拟得到稳定电弧。
发明内容
针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种模拟变压器电弧放电的系统，该系统能够实时测量和调节电弧放电的电压和电流使得电弧放电处于恒定状态。
为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
一种模拟变压器电弧放电的系统，包括电弧电源装置、电弧模拟装置和电弧测量装置；其中，
所述电弧电源装置用于实时测量其输出电压和电流并通过负反馈机制实时调节其输出电压和电流以使得在电弧模拟装置内能够形成稳定的电弧放电；
所述电弧模拟装置用于模拟变压器形成电弧放电；
所述电弧测量装置用于测量电弧放电的电压和电流数据。
优选的，所述电弧电源装置包括依次连接的控制器、驱动器、全桥变换器和滤波电路。
优选的，所述控制器包括依次连接的电压调节器、电流限幅器和电流调节器。
优选的，所述电弧电源装置还包括并联连接的电流传感器和电压传感器，所述电流传感器和电压传感器与所述控制器和滤波电路构成闭环反馈电路。
优选的，所述电弧电源装置还包括辅助电源和开关电源，所述辅助电源的一端外接220V交流电，另一端连接驱动器；所述开关电源的一端外接220V交流电，另一端连接全桥变换器。
优选的，所述电弧模拟装置包括实验罐体，实验罐体内设置有针电极和板电极。
优选的，所述电弧测量装置包括示波器、与示波器连接的电压探头和电流传感器。
本公开还提供一种模拟变压器电弧放电的方法，包括如下步骤：
S100：在电弧模拟装置内填装绝缘油，并接通系统回路；
S200：调整电弧模拟装置内的针电极和板电极的距离使得二者接触，系统回路导通；
S300：继续调整电弧模拟装置内的针电极和板电极的距离使得二者分离形成电弧通道，保持针电极和板电极不动，则形成稳定电弧。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
本公开能够在油隙中形成持续稳定的电弧，并根据所设定的电压电流设定值实时调整电弧电流和电压数值，实现变压器油中电弧放电的模拟和控制。
附图说明
图1是本公开一个实施例提供的一种模拟变压器电弧放电的系统的结构示意图；
图2是本公开另一个实施例提供的电弧电源装置的结构示意图；
图3是本公开另一个实施例提供的电压电流双环串级控制拓扑图；
图4是本公开另一个实施例提供的电弧测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图图1至图4详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。
一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种模拟变压器电弧放电的系统，包括：电弧电源装置、电弧模拟装置和电弧测量装置；其中，
所述电弧电源装置用于实时测量其输出电压和电流并通过负反馈机制实时调节其输出电压和电流以使得在电弧模拟装置内能够形成稳定的电弧放电；
所述电弧模拟装置用于模拟变压器形成电弧放电；
所述电弧测量装置用于测量电弧放电的电压和电流数据。
上述实施例构成了本公开的完整技术方案，本公开能够在油隙中形成持续稳定的电弧，并根据所设定的电压电流设定值实时调整电弧电流和电压数值，实现变压器油中电弧放电的模拟和控制。
另一个实施例中，所述电弧电源装置包括依次连接的控制器、驱动器、全桥变换器和滤波电路。
本实施例中，控制器的第一输入端用于接收电压和电流设定值信号，输出端连接驱动器的第一输入端，根据电压和电流设定值信号，控制器输出具有初始占空比的PWM控制信号对驱动器进行控制；驱动器的输出端连接全桥变换器的第一输入端，驱动器在PWM控制信号的控制下生成驱动信号以驱动全桥变换器输出高频功率PWM波；全桥变换器的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路对高频功率PWM波滤波处理后输出符合电压和电流设定值信号设定值范围的电压和电流信号。
另一个实施例中，所述电弧电源装置还包括并联连接的电流传感器和电压传感器，所述电流传感器和电压传感器与所述控制器和滤波电路构成闭环反馈电路。
本实施例中，电流传感器和电压传感器并联设置，且电流传感器和电压传感器的一端共同接入控制器，另一端共同接入滤波电路，电流传感器和电压传感器实时采集滤波电路输出的电压和电流信号并反馈给控制器，控制器将反馈信号与电压和电流设定值信号进行比较，并根据比较结果调节PWM控制信号的占空比，从而实现对滤波电路输出信号幅值的调节。
通过电流传感器和电压传感器的实时反馈，控制器可以根据电压和电流设定值实时调整输出电压和电流，从而使得电弧模拟装置中电弧放电维持在稳定状态。
另一个实施例中，所述控制器包括依次连接的电压比较器、电压调节器、电流限幅器、电流比较器和电流调节器。
本实施例中，电压传感器和电流传感器将滤波电路输出的电压和电流信号分别反馈至电压比较器和电流比较器与设定值进行比较，根据比较结果给出PWM控制信号来调节PWM波的占空比，从而调节输出电压和电流信号的幅值。
本实施例通过采用电压-电流双环串级控制拓扑，能够实现实时测量信号与设定值的比较和PWM波占空比的调整，能够对电弧的电压和电流实现即时的负反馈调节，其响应速率取决于电路器件/芯片的响应速率，远高于电弧通道的电压电流的波动速率。
另一个实施例中，所述电弧电源装置还包括辅助电源和开关电源，所述辅助电源的一端外接220V交流电，另一端连接驱动器；所述开关电源的一端外接220V交流电，另一端连接全桥变换器。
本实施例中，辅助电源采用可输出DC 5V的直流电源，为控制器和驱动器供电，并为全桥变换器中的开关器件提供偏置电压。开关电源可将外接的220V交流电整流为直流电源，并输入全桥变换器。
另一个实施例中，所述电弧模拟装置包括实验罐体，实验罐体内设置有针电极和板电极。
本实施例中，针电极和板电极分别设置在实验罐体的相对侧面上，针电极通过固定螺栓和引线与滤波电路的输出端连接，板电极通过螺杆与外部接地线连接，通过转动螺杆调整板电极的水平位置，进而调整针电极和板电极的间距。
需要进行电弧放电故障模拟时，首先在试验罐体内填装绝缘油，并按图1所示接通回路，然后通过螺杆调整板电极的水平位置，使得板电极与针电极接触；板电极与针电极接触后，通过控制器设置电弧电源输出的电压和电流设定值，并开启辅助电源和开关电源，此时电弧电源开始工作，回路导通，由于回路电阻较小，输出电流接近电流设定值，输出电压较低，电弧电源处于恒流工作状态；接着转动板电极螺杆，使得板电极与针电极脱离接触并保持一定间距，在板电极和针电极脱离接触的瞬间，接触电阻迅速上升，接触点急剧发热，当板电极和针电极脱离接触时形成电弧通道，回路电阻的升高使得电弧电源的输出电流减小，输出电压升高至电压设定值，电弧电源处于恒压工作状态，此时保持电极不动，即可在绝缘油中形成稳定电弧。
此外，由有机玻璃制备的实验罐体还包括上盖板，上盖板上设置有泄压阀、气阀和真空气压表，泄压阀设定值为0.2MPa，当罐体内气压超过0.2MPa时泄压阀自动打开，可保证罐体不会发生炸裂。气阀用于实验前的抽真空或游离气体取样，真空气压表可实时监测罐体的气体压力。实验罐体的侧壁设置有油阀，用于实验前向罐内注油及试验后取油样。
另一个实施例中，所述电弧测量装置包括示波器、与示波器连接的电压探头和电流传感器。
本实施例中，电压探头的一端与针电极尾端的接线端子连接，另一端连接示波器，电流传感器采用圆环状的罗氏线圈传感器，该传感器套与板电极连接的接地线上。
以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。
Claims (8)
1.一种模拟变压器电弧放电的系统，包括：电弧电源装置、电弧模拟装置和电弧测量装置；其中，
所述电弧电源装置用于实时测量其输出电压和电流并通过负反馈机制实时调节其输出电压和电流以使得在电弧模拟装置内能够形成稳定的电弧放电；
所述电弧模拟装置用于模拟变压器形成电弧放电；
所述电弧测量装置用于测量电弧放电的电压和电流数据。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，优选的，所述电弧电源装置包括依次连接的控制器、驱动器、全桥变换器和滤波电路。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制器包括依次连接的电压比较器、电压调节器、电流限幅器、电流比较器和电流调节器。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电弧电源装置还包括并联连接的电流传感器和电压传感器，所述电流传感器和电压传感器与所述控制器和滤波电路构成闭环反馈电路。
5.根据权利要求2-4任一所述的装置，其中，所述电弧电源装置还包括辅助电源和开关电源，所述辅助电源的一端外接220V交流电，另一端连接驱动器；所述开关电源的一端外接220V交流电，另一端连接全桥变换器。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电弧模拟装置包括实验罐体，实验罐体内设置有针电极和板电极。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电弧测量装置包括示波器、与示波器连接的电压探头和电流传感器。
8.一种根据权利要求1所述装置对变压器电弧放电进行模拟的方法，包括如下步骤：
S100：在电弧模拟装置内填装绝缘油，并接通系统回路；
S200：调整电弧模拟装置内的针电极和板电极的距离使得二者接触，系统回路导通；
S300：继续调整电弧模拟装置内的针电极和板电极的距离使得二者分离形成电弧通道，保持针电极和板电极不动，则形成稳定电弧。
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