CN114487026A - 一种利用变压器绕组阻抗角进行绕组材质辨识的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于变压器绕组材质辨识领域，特别涉及一种利用变压器绕组阻抗角进行变压器绕组材质辨识的方法。由于配电网变压器单相绕组形成的测试回路等效电路主要由等效电感和等效电阻构成，而通常在高频下电感远大于电阻，使得直接测量难度较大且精度不高，本发明利用阻抗角数字电桥测试仪进行阻抗角测量，通过分析在高频激励下由于趋肤效应造成的阻抗角参数差异来辨别变压器绕组材质。本发明利用阻抗角辨识方法，有效的解决了电阻测试难和测量精度不高的问题，具有较好的辨识准确度。
Description
技术领域
本发明属于变压器绕组材质辨识领域，特别涉及一种利用变压器绕组阻抗角进行变压器绕组材质辨识的方法。
背景技术
变压器是电力系统的重要组成部分，但是一些厂商为了更多的经济利益，无视行业安全标准规定，私自将本该用铜导体生产的变压器换成铝绕组生产，由于变压器结构封闭造成电网公司难以辨识。尽管铝绕组变压器在工频下具有和铜绕组变压器一致的电特性，但是电力系统运行经常会有各种事故发生，铜绕组变压器的设计本身具有一定的抗故障能力，而铝绕组变压器由于材质特性，抗故障能力远低于铜绕组变压器，因此有必要在变压器出厂时进行变压器绕组材质检测。
目前行业内已有部分测试方法，但是大都对测试条件要求太高使得无法进行大规模测试，而谐波电阻辨识方法虽然对测试条件要求下降，却由于测试困难，步骤复杂，且精度低等问题使得行业推广价值较低。本发明利用阻抗角测量仪通过将阻抗角等效替代为电信号后更容易测量的特性，提出了利用阻抗角辨识变压器绕组材质的方法，该方法测试精度高，测试步骤简单，易于行业推广。
发明内容
本发明针对变压器等效测试回路电感远大于电阻造成的测量困难和精度较低的问题，提出了一种利用变压器绕组阻抗角进行变压器绕组材质辨识的方法，从而使变压器绕组材质辨识准确度更高。
本发明采用的理论方案如下：
结合附图分析，配网变压器常用星角联结形式，在高压侧即星形侧做绕组材质辨识实验时，将低压侧即角形侧三相短路，则高压侧接线端子和中性线即可构成单相测试回路。变压器单相绕组形成的测试回路等效电路主要由等效电感和等效电阻构成，由于电感远大于电阻，使得直接测量难度较大且精度不高，但是通过数字电桥可以将等效阻抗的阻抗角转化为电路信号从而更为精确的测量。
工频及低次谐波下，等效回路电感远大于电阻，使得阻抗角接近于90度且随着频率上升无明显变化。由于集肤效应的影响，变压器绕组交流电阻随着谐波次数的升高快速上升，当谐波次数大于10次后，等效电感和等效电阻曲线差距明显缩小，等效电路阻抗角开始有明显下降。
由于铜铝变压器趋肤效应不同，会使得等效电路阻抗角明显下降的起始谐波次数不同，因此设定一个阻抗角下降阈值，通过测量并绘制变压器单相绕组回路阻抗角曲线后，可以根据所截获的阻抗角在下降阈值处的谐波电源次数来进行对比实验，从而辨别变压器绕组材质。
本发明基于该理论依据提出了具体的辨识方案：
选取常见容量等级的标准铜配电网变压器若干，利用阻抗角测量电桥进行测试实验，将测量结果进行校验分析，确认无误后制作标准铜变压器数据库。进行未知材质变压器绕组材质辨识，利用阻抗角测量电桥进行测试实验，将测量结果同标准数据库做比较来得到辨识结果。
具体实验步骤为：
选取待测变压器，对变压器低压侧即角形侧三相短路；
检查阻抗角测量电桥工作状态，将测试夹具夹在变压器高压侧单相及中性线上构成测试回路；
检查所有接线无误后接通测试电桥电源，进行测量；
将测量结果绘制成曲线，并记录阻抗角明显下降时的频率。
通过上述方法，可以较为准确的测量变压器绕组在谐波激励下的阻抗角参数，通过建立数据库和对比测试变压器与标准变压器的阻抗角参数，以及阻抗角下降阈值频率可以将铝变压器准确区别出来。由于本发明利用阻抗角电桥测量变压器阻抗角会数据更加准确，从而减少辨识误差，提高工程实用性。
附图说明
图1为本发明提出的利用变压器绕组阻抗角进行变压器绕组材质辨识的方法流程图
图2为本发明提出的阻抗角测试实验步骤流程图
图3为测试电路图
图4为三台800kVA配电网变压器实测数据图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案更加清楚，下面结合实例并配合所附图式说明如下。
选取三台800kVA配电变压器，其中两台为铜变，一台为铝变，变压器参数为：
| 参数 | 铜变1 | 铜变2 | 铝变 |
| 联结组标号 | Dyn11 | Dyn11 | Dyn11 |
| 负载损耗/kW | 6.793 | 6.624 | 6.926 |
| 短路阻抗/Ω | 5.72 | 5.68 | 5.48 |
| 总重/kg | 2495 | 2688 | 2573 |
利用本发明所述方法测试得到的三台变压器在不同频率下的阻抗角数据如附图4所示，可以得到三台变压器阻抗角明显下降的频率分别为：
| 变压器 | 铜变1 | 铜变2 | 铝变 |
| 容量/kVA | 800 | 800 | 800 |
| 电压等级/kV | 10 | 10 | 10 |
| 阈值频率/Hz | 1500 | 1550 | 900 |
| 谐波次数 | 30 | 31 | 14 |
根据表中数据和附图可以明显看到不同材质绕组变压器的阻抗角参数曲线和在下降阈值处的谐波电源次数明显不同，而相同材质变压器基本接近，从而可以有效进行变压器绕组材质辨别。
Claims (3)
1.一种基于变压器绕组阻抗角进行变压器绕组材质辨识的理论依据，其特征在于，包含以下理论分析：
S11：配网变压器常用星角联结形式，在高压侧即星形侧做绕组材质辨识实验时，将低压侧即角形侧三相短路，则高压侧接线端子和中性线即可构成单相测试回路；
S12：变压器单相绕组形成的测试回路等效电路主要由等效电感和等效电阻构成，由于电感远大于电阻，使得直接测量难度较大且精度不高，但是通过数字电桥可以将等效阻抗的阻抗角转化为电路信号从而更为精确的测量；
S13：工频及低次谐波下，等效回路电感远大于电阻，使得阻抗角接近于90度且随着频率上升无明显变化；
S14：由于集肤效应的影响，变压器绕组交流电阻随着谐波次数的升高快速上升，当谐波次数大于10次后，等效电感和等效电阻曲线差距明显缩小，等效电路阻抗角开始有明显下降；
S15：由于铜铝变压器趋肤效应不同，会使得等效电路阻抗角明显下降的起始谐波次数不同；
S16：设定一个阻抗角下降阈值，通过测量并绘制变压器单相绕组回路阻抗角曲线后，可以根据所截获的阻抗角在下降阈值处的谐波电源次数来进行对比实验，从而辨别变压器绕组材质。
2.基于权利要求1所述理论依据的变压器绕组辨别技术的辨别方案，其特征在于，包含以下步骤：
S21：选取常见容量等级的标准铜配电网变压器若干；
S22：利用阻抗角测量电桥进行测试实验；
S23：将S22的测量结果进行校验分析，确认无误后制作标准铜变压器数据库；
S24：进行未知材质变压器绕组材质辨识，利用阻抗角测量电桥进行测试实验，将测量结果同S23的标准数据库做比较来得到辨识结果。
3.基于权利要求2的测试实验的具体测试步骤，其特征在于，包含以下步骤：
S31：选取待测变压器，对变压器低压侧即角形侧三相短路；
S32：检查阻抗角测量电桥工作状态，将测试夹具夹在变压器高压侧单相及中性线上构成测试回路；
S33：检查所有接线无误后接通测试电桥电源，进行测量；
S34：将测量结果绘制成曲线，并记录阻抗角明显下降时的频率。
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2022
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