CN114878640A - 一种用于配电变压器绕组材质鉴别的方法及系统 - Google Patents

一种用于配电变压器绕组材质鉴别的方法及系统 Download PDF

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王欣盛
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刘翔
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汪英英
张锦
王昱晴
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Abstract

本发明公开了一种用于配电变压器绕组材质鉴别的方法及系统，属于变压器绕组技术领域。本发明方法，包括：测试并记录冷态下被试品以及标准试品的直流电阻值及环境温度值；将所述温度试验箱封闭，并设置温度试验箱的工作温度，并保持所述工作温度恒定；对所述被试品与标准试品进行监测，并实时监测所述温度试验箱内被试品与标准试品的温度值；记录所述被试品与标准试品热态下的温度值及测量直流电阻值；获取被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数以及相对于铝线圈标准样品的归类法系数；与标准判据比较，确定被试品的材质。本发明可消除绕组平均温度参与计算对测量结果的影响。

Description

一种用于配电变压器绕组材质鉴别的方法及系统
技术领域
本发明涉及变压器绕组技术领域，并且更具体地，涉及一种用于配电变压器绕组材质鉴别的方法及系统。
背景技术
“铝代铜”是指采用铝代替铜作为变压器绕组材质，是目前国内配电变压器普遍存在的一个问题。以铝代铜，且不在铭牌中声明或明示，将给电网公司或用户造成选型误导和场合误用，也给电网的安全可靠运行带来了威胁和隐患。
当前，配电变压器“以铝代铜”现象较为隐蔽，常规标准规定的试验项目难以鉴别，行业内主要采用以下几种方法进行变压器绕组材质鉴别：
(1)通过吊罩解体后破坏绕组绝缘来检测导线类型，该方法操作繁琐，成本高，工程实用性差；
(2)通过变压器质量、尺寸等参数计算判断，但是不同厂家、不同系列的变压器设计差异较大，难以形成准确的判断标准；
(3)基于X射线的衰减规律鉴别，该方法操作复杂，且可能对人体健康存在不利影响；
(4)基于热电效应，利用铜和铝的Seebeck系数差异测量热电势鉴别绕组材质，该方法虽然具有操作简单，接线简便，测试无损等优点，但在应用过程中仍有约30％配电变压器热电势值处于40uV～100uV检测盲区；
(5)基于电阻温度系数法，通过不同温度下的电阻值计算电阻温度系数鉴别绕组材质，该方法对绕组电阻测量的准确性、绕组平均温度测量的准确性要求较高，在工程应用中也难以较为理想的区分绕组材质。
综上所述，解体检查法、参数对比法、电气特性法、热电效应法、电阻温度系数法等方法均存在不同程度的难点和偶然性。
发明内容
针对上述问题本发明提出了一种用于配电变压器绕组材质鉴别的方法，包括：
将待鉴别的变压器绕组即被试品，以及标准样品在冷态下放置于同一温度试验箱内，测试并记录冷态下被试品以及标准试品的直流电阻值及环境温度值；
所述标准样品包括：铜线圈标准样品，以及铝线圈标准样品；
将所述温度试验箱封闭，并设置温度试验箱的工作温度，并保持所述工作温度恒定；
对所述被试品与标准试品进行监测，并实时监测所述温度试验箱内被试品与标准试品的温度值；
当所述监测时间超出预设时间，且记录的被试品与标准试品的温度值的差值在预设温度内时，记录所述被试品与标准试品热态下的温度值及测量直流电阻值；
基于校正系数归类法，对所述冷态下被试品以及标准试品的直流电阻值和热态下的直流电阻值进行计算，获取被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数以及相对于铝线圈标准样品的归类法系数；
通过将所述铜线圈标准样品的归类法系数以及相对于铝线圈标准样品的归类法系数，与标准判据比较，确定被试品的材质。
可选的，方法还包括：将被试品，以及标准样品在室温下放置于同一温度试验箱内，将所述温度试验箱在非工作状态下与所述温度试验箱的外界保持连通，冷态直流电阻及温度测试之前需静置12h以上。
可选的，工作温度与温度试验箱在冷态下的温度的温差不低于50K。
可选的，监测所述温度试验箱内被试品与标准试品的温度值，使用温度传感器进行监测，所述温度传感器至少包括两个，若所述被试品为液浸式配电变压器绕组时，其中一个温度传感器应放置于被试品顶层油的测温处。
可选的，获取被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数的计算公式如下：
Figure BDA0003354346590000031
其中，R1-X为被试品在冷态下的直流电阻值，R1-Cu为铜线圈标准样品在冷态下的直流电阻值，R2-Cu为铜线圈标准样品在热态下的测量直流电阻值，R2-X为被试品在热态下的测量直流电阻值。
可选的，获取被试品相对于铝线圈标准样品的归类法系数的计算公式如下：
Figure BDA0003354346590000032
其中，R1-X为被试品在冷态下的直流电阻值，R1-Al为铝线圈标准样品在冷态下的直流电阻值，R2-Al为铝线圈标准样品在热态下的测量直流电阻值，R2-X为被试品在热态下的测量直流电阻值。
可选的，标准判据如下：
被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数YCu趋近于1，
且1.038≤YAl≤1.043时，判断被试品为铜材质；
被试品相对于铝线圈标准样品的归类法系数YAl趋近于1，
且0.9583≤YCu≤0.9636时，判断被试品为铝材质。
本发明可消除绕组平均温度参与计算对测量结果的影响，准确、便捷、无损的实现配电变压器绕组材质鉴别，本发明可为电网设备质量监督抽查提供有效的检测手段。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种用于配电变压器绕组材质鉴别的方法，包括：
将待鉴别的变压器绕组即被试品，以及标准样品在冷态下放置于同一温度试验箱内，测试并记录冷态下被试品以及标准试品的直流电阻值及环境温度值；
所述标准样品包括：铜线圈标准样品，以及铝线圈标准样品；
将所述温度试验箱封闭，并设置温度试验箱的工作温度，并保持所述工作温度恒定；
对所述被试品与标准试品进行监测，并实时监测所述温度试验箱内被试品与标准试品的温度值；
当所述监测时间超出预设时间，且记录的被试品与标准试品的温度值的差值在预设温度内时，记录所述被试品与标准试品热态下的温度值及测量直流电阻值；
基于校正系数归类法，对所述冷态下被试品以及标准试品的直流电阻值和热态下的直流电阻值进行计算，获取被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数以及相对于铝线圈标准样品的归类法系数；
通过将所述铜线圈标准样品的归类法系数以及相对于铝线圈标准样品的归类法系数，与标准判据比较，确定被试品的材质。
其中，将被试品，以及标准样品在室温下放置于同一温度试验箱内之前，将所述温度试验箱在非工作状态下与所述温度试验箱的外界保持连通，并静置12h以上。
其中，工作温度与温度试验箱在冷态下的温度的温差不低于50K。
其中，监测所述温度试验箱内被试品与标准试品的温度值，使用温度传感器进行监测，所述温度传感器至少包括两个，若所述被试品为液浸式配电变压器绕组时，其中一个温度传感器应放置于被试品顶层油的测温处。
其中，获取被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数的计算公式如下：
Figure BDA0003354346590000051
其中，R1-X为被试品在冷态下的直流电阻值，R1-Cu为铜线圈标准样品在冷态下的直流电阻值，R2-Cu为铜线圈标准样品在热态下的测量直流电阻值，R2-X为被试品在热态下的测量直流电阻值。
可选的，获取被试品相对于铝线圈标准样品的归类法系数的计算公式如下：
Figure BDA0003354346590000052
其中，R1-X为被试品在冷态下的直流电阻值，R1-Al为铝线圈标准样品在冷态下的直流电阻值，R2-Al为铝线圈标准样品在热态下的测量直流电阻值，R2-X为被试品在热态下的测量直流电阻值。
其中，标准判据如下：
被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数YCu趋近于1，
且1.038≤YAl≤1.043时，判断被试品为铜材质；
被试品相对于铝线圈标准样品的归类法系数YAl趋近于1，
且0.9583≤YCu≤0.9636时，判断被试品为铝材质。
其中，归类法系数的偏差范围与直流电阻测试单元的准确度及热、冷态的温度梯度有关；以温差为50K、直流电阻测试单元准确度为0.2级为例，校正系数的偏差范围为±1.5％，此时，趋近于1指0.985≤YCu≤1.015；0.985≤YAl≤1.015。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
本发明实现的原理如下：
铜和铝的材料校正系数分别为235和225，依据GB/T 1094.2-2013中第7.6节绕组平均温度确定的计算公式，可反推出材料校正系数X的计算公式：
Figure BDA0003354346590000061
式中：
θ1为冷态时绕组平均温度，℃；
θ2为热态时绕组平均温度，℃；
R1为冷态电阻值，Ω：
R2为热态电阻值，Ω。
式(1)推导后可得：
Figure BDA0003354346590000062
冷态环境温度下静置充分的铜、铝绕组变压器可分别将式(2)左边表示为235+θ1、225+θ1。式(2)右边由冷、热态电阻值及热冷态绕组平均温度梯度共同计算决定。
事实上，绕组电阻测量的准确性、绕组平均温度测量的准确性均会对测量结果产生较大影响，导致在工程应用中直接采用式(1)或式(2)计算的材料校正系数难以较为理想的区分绕组材质。因此，本文引入了已知材料的铜、铝线圈作为标准样品，以消除绕组平均温度参与计算对测量结果的影响。
在同一环境区域充分静置的被试样品、铜线圈标准样品、铝线圈标准样品，在冷态环境温度下测量直流电阻值；将被试样品、铜线圈标准样品、铝线圈标准样品放置于同一温度试验箱，温度试验箱加热至一定温度且恒定保持足够长的时间后(大于12h)，在热态下测量直流电阻值。可按式(3)和式(4)计算得到归类法系数。
Figure BDA0003354346590000071
Figure BDA0003354346590000072
式中：
YCu为相对于铜线圈标准样品的被试样品归类法系数；
YAl为相对于铝线圈标准样品的被试样品归类法系数；
R1-X为被试样品在冷态环境温度下测量的直流电阻值，Ω；
R1-Cu为铜线圈标准样品在冷态环境温度下测量的直流电阻值，Ω；
R1-Al为铝线圈标准样品在冷态环境温度下测量的直流电阻值，Ω；
R2-X为被试样品在热态下测量的直流电阻值，Ω；
R2-Cu为铜线圈标准样品在热态下测量的直流电阻值，Ω；
R2-Al为铝线圈标准样品在热态下测量的直流电阻值，Ω。
当被试样品绕组材质为铜且冷态绕组平均温度为5℃～40℃时，则有
Figure BDA0003354346590000073
Figure BDA0003354346590000074
当被试样品绕组材质为铝且冷态绕组平均温度为5℃～40℃时，则有
Figure BDA0003354346590000075
Figure BDA0003354346590000076
(2)试验过程如下：
本章阐述了配电变压器绕组材质校正系数归类法检测方法的具体实施步骤，试验程序如下：
被试品及标准样品在室温下放置于同一温度试验箱内，温度试验箱在非工作状态下与外界保持连通且静置12h以上，测试并记录冷态下绕组直流电阻值及环境温度；
封闭温度试验箱，设置温度试验箱工作温度(与冷态环境温度存在不低于50K的温差)，保持该设定温度恒定并开始工作；
应至少采用2个温度传感器，以辅助试验结果评估，其中被试品为液浸式配电变压器时，应在顶层油测温处放置1个温度传感器；
每隔一定时间(如每30min)记录温度传感器读数或采用自动连续记录；
高低压箱恒定工作12h且被试品与标准样品在相似部位监测点的相对温差均在0.2℃以内时，仍保持温度试验箱恒定工作，此时，测试并记录热态下直流电阻值及监测点温度；
当被试样品的冷却方式与标准样品不一致时，应考虑适当延长试验时间。
计算归类法系数
归类法系数按式(3)和式(4)计算；当归类法系数满足绕组材质归类法判据分布时，给出判别结果，试验结束；
当归类法系数不满足绕组材质归类法判据分布时，延长试验时间，直至归类法系数满足判据分布，给出判别结果，试验结束。
(3)判断依据如下：
当归类法系数YCu趋近于1且1.038≤YAl≤1.043时，可判断被试绕组为铜材质；
当归类法系数YAl趋近于1且0.9583≤YCu≤0.9636时，可判断被试绕组为铝材质；
归类法系数的偏差范围与直流电阻测试单元的准确度及热、冷态的温度梯度有关；以温差为50K、直流电阻测试单元准确度为0.2级为例，校正系数的偏差范围为±1.5％，此时，趋近于1指0.985≤YCu≤1.015；0.985≤YAl≤1.015。
本发明可消除绕组平均温度参与计算对测量结果的影响，准确、便捷、无损的实现配电变压器绕组材质鉴别，本发明可为电网设备质量监督抽查提供有效的检测手段。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种用于配电变压器绕组材质鉴别的方法，所述方法包括：
将待鉴别的变压器绕组即被试品，以及标准样品在冷态下放置于同一温度试验箱内，测试并记录冷态下被试品以及标准试品的直流电阻值及环境温度值；
所述标准样品包括：铜线圈标准样品，以及铝线圈标准样品；
将所述温度试验箱封闭，并设置温度试验箱的工作温度，并保持所述工作温度恒定；
对所述被试品与标准试品进行监测，并实时监测所述温度试验箱内被试品与标准试品的温度值；
当所述监测时间超出预设时间，且记录的被试品与标准试品的温度值的差值在预设温度内时，记录所述被试品与标准试品热态下的温度值及测量直流电阻值；
基于校正系数归类法，对所述冷态下被试品以及标准试品的直流电阻值和热态下的直流电阻值进行计算，获取被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数以及相对于铝线圈标准样品的归类法系数；
通过将所述铜线圈标准样品的归类法系数以及相对于铝线圈标准样品的归类法系数，与标准判据比较，确定被试品的材质。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：将被试品，以及标准样品在室温下放置于同一温度试验箱内，将所述温度试验箱在非工作状态下与所述温度试验箱的外界保持连通，冷态直流电阻及温度测试之前需静置12h以上。
3.根据权利要求1所述的方法，所述工作温度与温度试验箱在冷态下的温度的温差不低于50K。
4.根据权利要求1所述的方法，所述温度试验箱内被试品与标准试品的温度值，使用温度传感器进行监测，所述温度传感器至少包括两个，若所述被试品为液浸式配电变压器绕组时，其中一个温度传感器应放置于被试品顶层油的测温处。
5.根据权利要求1所述的方法，所述获取被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数的计算公式如下：
Figure FDA0003354346580000021
其中，R1-X为被试品在冷态下的直流电阻值，R1-Cu为铜线圈标准样品在冷态下的直流电阻值，R2-Cu为铜线圈标准样品在热态下的测量直流电阻值，R2-X为被试品在热态下的测量直流电阻值。
6.根据权利要求1所述的方法，所述获取被试品相对于铝线圈标准样品的归类法系数的计算公式如下：
Figure FDA0003354346580000022
其中，R1-X为被试品在冷态下的直流电阻值，R1-Al为铝线圈标准样品在冷态下的直流电阻值，R2-Al为铝线圈标准样品在热态下的测量直流电阻值，R2-X为被试品在热态下的测量直流电阻值。
7.根据权利要求1所述的方法，所述标准判据如下：
被试品相对于铜线圈标准样品的归类法系数YCu趋近于1，
且1.038≤YAl≤1.043时，判断被试品为铜材质；
被试品相对于铝线圈标准样品的归类法系数YAl趋近于1，
且0.9583≤YCu≤0.9636时，判断被试品为铝材质。
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