CN117554856B - 一种变压器匝间短路主动防御设备性能验证装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变压器匝间短路主动防御设备性能验证装置及其方法，其中：性能验证装置包括：模拟壳体、模拟铁芯、模拟绕组、检测组件和模拟击穿组件，设置模拟绕组中具有一组绕组线圈存在匝间短路潜在性缺陷，设置模拟击穿组件包括工频试验变压器和雷电击穿装置，分别提供正常的工作环境和雷电击穿环境，设置检测组件包括检测阻抗和放电监测仪，用于检测放电信号，设置检测组件还包括高频传感器、特高频传感器和超声传感器用于模拟主动防御设备；性能验证方法包括：先在正常的工作环境中的获取放电信号作为初始值，再在提供雷电击穿环境后，再次获取放电信号作为比较值，从而验证变压器匝间短路主动防御设备的性能。
Description
技术领域
本发明涉及变电器技术领域，尤其是指一种变压器匝间短路主动防御设备性能验证装置及其方法。
背景技术
目前，变压器匝间短路主动防御设备主要依靠特高频、高频和超声传感器，通过采集变压器内部匝间短路瞬间击穿过程引发的局部放电信号，并利用超声传感器定位是否发生在匝间部位，并设置特高频和高频传感器跳闸阈值。
当前，检验特高频、高频和超声单一传感器的试验方法较为成熟，但对于变压器匝间短路主动防御设备的整体性能验证尚处于空白阶段，主要原因分为以下两点：
一是在于变压器匝间短路故障瞬态难以复现，工频加压方式匝间电压只有几千伏，无法击穿油纸绝缘；
二是缺乏对主动防御设备整体性能的评估指标，对于局部放电信号衰减、放电量对比、整体抗干扰能力评估和跳闸阈值可靠性验证等指标没有相关试验方法，导致变压器匝间短路主动防御设备无法进行入网检测，电网运维单位对该设备的可靠性存在质疑。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中缺乏对主动防御设备整体性能的评估指标的问题，提供一种变压器匝间短路主动防御设备性能验证装置及其方法，搭设模拟变压器，设置匝间短路潜伏性缺陷，在交流和雷电冲击下造成匝间绝缘击穿，通过放电监测仪完成放电量测定，用以验证变压器匝间短路主动防御设备的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种变压器匝间短路主动防御设备性能验证装置，包括：
模拟壳体；
模拟铁芯，设置在所述模拟壳体内，在所述模拟壳体和模拟铁芯之间设置与绝缘介质；
模拟绕组，包括依次缠绕在模拟铁芯外的第一绕组线圈、第二绕组线圈和第三绕组线圈，设置其中一组绕组线圈存在匝间短路潜在性缺陷；
检测组件，包括：检测阻抗、放电监测仪、高频传感器、特高频传感器和超声传感器，所述模拟绕组通过所述检测阻抗与所述放电监测仪连接，所述高频传感器与所述模拟铁芯连接，所述特高频传感器设置在所述模拟壳体内与所述模拟壳体内的绝缘介质接触，所述超声传感器设置在所述模拟壳体上；
模拟击穿组件，包括工频试验变压器和雷电击穿装置，所述工频试验变压器与存在匝间短路潜在性缺陷的绕组连接，为绕组提供工频交流电压，所述雷电击穿装置通过切换开关与存在匝间短路潜在性缺陷的绕组通断连接，为绕组提供雷电冲击。
在本发明的一个实施例中，在所述模拟壳体中设置有支撑所述模拟铁芯的绝缘垫块，在所述模拟壳体中填充有绝缘液。
在本发明的一个实施例中，所述模拟绕组一端接地，另一端通过套管与所述检测阻抗连接，所述检测阻抗包括分别与第一绕组线圈、第二绕组线圈和第三绕组线圈连接的第一检测阻抗、第二检测阻抗和第三检测阻抗，所述第一检测阻抗、第二检测阻抗和第三检测阻抗一端接地，另一端与同一放电监测仪连接。
在本发明的一个实施例中，所述高频传感器、特高频传感器和超声传感器的信号输出端与主动防御设备主体连接，所述主动防御设备主体用于接收检测信号，并对检测数据进行计算处理。
在本发明的一个实施例中，所述检测组件包括多组超声传感器，所述超声传感器分布设置在所述模拟壳体的底部、中部和上部。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，包括以下步骤：
S1、搭建上述性能验证装置；
S2、启动工频试验变压器升压至额定电压，监测放电监测仪、高频传感器、特高频传感器和超声传感器的信号，完成数据记录作为初始值；
S3、控制切换开关，对存在匝间短路潜在性缺陷的绕组同时提供试验工频交流和雷电冲击；
S4、再次记录放电监测仪、高频传感器、特高频传感器和超声传感器的信号，与步骤S2中的初始值进行比较，判断主动防御设备的性能是否合格。
在本发明的一个实施例中，在步骤S4中，获取放电监测仪监测到的第一绕组线圈、第二绕组线圈和第三绕组线圈的放电量，并计算放电量的最大传递比和最小传递比，其中：最大传递比为第三绕组线圈的放电量与第一绕组线圈的放电量比值，最小传递比为第二绕组线圈的放电量与第一绕组线圈的放电量比值；
如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器没有检测到放电信号，则判定被检的主动防御设备的放电信号衰减指标不合格；
如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器也检测到放电信号，计算高频传感器特高频传感器和超声传感器相对于初始值数据量的增量值，并计算超声传感器增量与高频传感器增量的比值、特高频传感器增量与高频传感器增量的比值，若这两个比值均在所述最大传递比和最小传递比之间，则判定被检主动防御设备的放电信号衰减指标合格。
在本发明的一个实施例中，在步骤S4中，如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器也检测到放电信号，对比高频传感器和特高频传感器的放电量，若特高频传感器的放电量大于高频传感器的放电量，而且特高频传感器的放电量增长趋势与放电监测仪监测到的与存在匝间短路潜在性缺陷的绕组的放电量变化趋势一致时，则判断主动防御设备的放电量对比指标合格，反之，则判断主动防御设备的放电量对比指标不合格。
在本发明的一个实施例中，在步骤S4中，如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器也检测到放电信号，且输出跳闸信号后，记录超声传感器、高频传感器和特高频传感器的数值，通过相位关系计算超声传感器得出的放电位置，然后停止加压，查看模拟绕组中存在匝间短路潜在性缺陷处的放电情况，如果确实发生匝间短路放电痕迹，且放电位置与超声计算得出的位置一致，则判定主动防御设备的跳闸阈值可靠性指标合格，反之，则判定主动防御设备的跳闸阈值可靠性指标不合格。
在本发明的一个实施例中，还包括步骤S5，修复好存在匝间短路潜在性缺陷的绕组的匝间短路放电故障，设置引线对外壳放电缺陷，重新进行步骤S2～S4，如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器也检测到放电信号，且输出跳闸信号后，如果超声传感器位置判断为匝间放电时，则判定主动防御设备的整体抗干扰能力评估指标不合格，反之，则判定主动防御设备的整体抗干扰能力评估指标合格。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的变压器匝间短路主动防御设备性能验证装置及其方法，搭设模拟变压器，设置匝间短路潜伏性缺陷，在交流和雷电冲击下造成匝间绝缘击穿，通过放电监测仪完成在交流和雷电冲击下放电情况的测定，通过检测到的实际放电情况和高频传感器、特高频传感器和超声传感器监测反馈的情况作比较，用以验证变压器匝间短路主动防御设备的性能，从而判断变压器匝间短路主动防御设备是否满足运行要求，有助于开展主动防御设备的入网检测，杜绝不合格设备挂网运行。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的变压器匝间短路主动防御设备性能验证装置的结构示意图；
图2是本发明的变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法的步骤流程图；
图3是本发明的验证主动防御设备的放电信号衰减指标的流程图；
图4是本发明的验证主动防御设备的放电量对比指标的流程图；
图5是本发明的验证主动防御设备的跳闸阈值可靠性指标的流程图。
说明书附图标记说明：1、模拟壳体；2、模拟铁芯；3、绝缘介质；4、第一绕组线圈；5、第二绕组线圈；6、第三绕组线圈；7、接地引线；8、第一套管；9、第二套管；10、第三套管；11、第一检测阻抗；12、第二检测阻抗；13、第三检测阻抗；14、放电监测仪；15、高频传感器；16、超声传感器；17、特高频传感器；18、主动防御设备主体；19、工频试验变压器；20、雷电击穿装置；21、切换开关。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
参照图1所示，本发明的公开了一种变压器匝间短路主动防御设备性能验证装置，包括：模拟壳体1、模拟铁芯2、模拟绕组、检测组件和模拟击穿组件，其中：
所述模拟壳体1、模拟铁芯2和模拟绕组构成模拟变压器结构，将模拟铁芯2设置在所述模拟壳体1内，在所述模拟壳体1和模拟铁芯2之间设置与绝缘介质3，保证模拟壳体1和模拟铁芯2之间不导通，设置所述模拟绕组包括依次缠绕在模拟铁芯2外的第一绕组线圈4、第二绕组线圈5和第三绕组线圈6，设置其中一组绕组线圈存在匝间短路潜在性缺陷，在本实施例中，设置所述第一绕组线圈4存在缺陷；
设置检测组件包括检测阻抗和放电监测仪14，所述检测阻抗和放电监测仪14用于检测放电信号，设置检测组件还包括高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16，所述高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16用于模拟主动防御设备，所述模拟绕组通过所述检测阻抗与所述放电监测仪14连接，所述高频传感器15与所述模拟铁芯2连接，所述特高频传感器17设置在所述模拟壳体1内与所述模拟壳体1内的绝缘介质3接触，所述超声传感器16设置在所述模拟壳体1上；
设置模拟击穿组件包括工频试验变压器19和雷电击穿装置20，所述工频试验变压器19与存在匝间短路潜在性缺陷的绕组连接，在本实施例中，即与第一绕组线圈4连接，所述工频试验变压器19为第一绕组线圈4提供正常工作时的交流电压，设置所述雷电击穿装置20通过切换开关21与存在匝间短路潜在性缺陷的绕组通断连接，在本实施例中，即与第一绕组线圈4通断连接，在所述切换开关21打开的时候，所述雷电击穿装置20和所述工频试验变压器19共同为第一绕组线圈4提供工频交流和雷电冲击。
采用本实施例的变压器匝间短路主动防御设备性能验证装置，先开启工频试验变压器19升压至额定电压，在正常的工作环境中监测放电监测仪14、高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16的放电信号作为初始值，再控制切换开关21将雷电击穿装置20接入，提供工频交流和雷电冲击，再次获取放电信号作为比较值，通过对比初始值和比较值，验证变压器匝间短路主动防御设备的性能，从而判断变压器匝间短路主动防御设备是否满足运行要求，有助于开展主动防御设备的入网检测，杜绝不合格设备挂网运行。
具体地，在本实施例中，将所述模拟铁芯2放置在所述模拟壳体1中，还要求设置模拟铁芯2和模拟壳体1之间绝缘，需要设置模拟铁芯2不能够与模拟壳体1接触，但是模拟铁芯2在重力的作用下一定会落在模拟壳体1上，因此，在所述模拟壳体1中设置有支撑所述模拟铁芯2的绝缘垫块，通过所述绝缘垫块将模拟铁芯2和模拟壳体1绝缘分隔，同时，在模拟铁芯2和模拟壳体1不接触的位置也要进行绝缘处理，防止高压击穿空气导电，因此，还在所述模拟壳体1中填充有绝缘液，具体地，所述绝缘液可以为油，油属于绝缘体，几乎不含自由移动的电荷，从而起到充分的绝缘效果。
具体地，在本实施例中，所述模拟绕组一端通过接地引线7接地，另一端通过套管与所述检测阻抗连接，所述模拟绕组包括依次缠绕在模拟铁芯2外的第一绕组线圈4、第二绕组线圈5和第三绕组线圈6，因此，设置所述套管也包括套设在第一绕组线圈4、第二绕组线圈5和第三绕组线圈6外的第一套管8、第二套管9和第三套管10，所述检测阻抗包括分别与第一绕组线圈4、第二绕组线圈5和第三绕组线圈6连接的第一检测阻抗11、第二检测阻抗12和第三检测阻抗13，所述第一检测阻抗11、第二检测阻抗12和第三检测阻抗13一端接地，另一端与同一放电监测仪14连接。
具体地，在本实施例中，设置第一绕组线圈4存在匝间短路潜在性缺陷，该缺陷可以在导线上搭设裸露铁丝，形成尖端放电通道。
具体地，所述高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16的信号输出端与主动防御设备主体18连接，所述主动防御设备主体18用于接收检测信号，并对检测数据进行计算处理。
具体地，所述检测组件包括多组超声传感器16，所述超声传感器16分布设置在所述模拟壳体1的底部、中部和上部，设置多组超声传感器16能够判断匝间短路潜在性缺陷的位置，在其他实施例中，也可以设置更多数量的超声传感器16。
实施例2
参照图2所示，在上述实施例1的基础上，本发明进一步提供了一种变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，包括以下步骤：
S1、搭建上述实施例1所述的性能验证装置；
S2、启动工频试验变压器19升压至额定电压，监测放电监测仪14、高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16的信号，完成数据记录作为初始值；
S3、控制切换开关21，对存在匝间短路潜在性缺陷的绕组同时提供试验工频交流和雷电冲击；
S4、再次记录放电监测仪14、高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16的信号，与步骤S2中的初始值进行比较，判断主动防御设备的性能是否合格。
具体地，判断主动防御设备的性能主要包括以下四个指标：放电信号衰减指标、放电量对比指标、跳闸阈值可靠性指标和抗干扰能力评估指标。
参照图3所示，所述放电信号衰减指标的判断方法为：
首先，获取放电监测仪14监测到的第一绕组线圈4、第二绕组线圈5和第三绕组线圈6的放电量，并计算放电量的最大传递比和最小传递比，其中：最大传递比为第三绕组线圈6的放电量与第一绕组线圈4的放电量比值，最小传递比为第二绕组线圈5的放电量与第一绕组线圈4的放电量比值；
如果高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16没有检测到放电信号，则判定被检的主动防御设备的放电信号衰减指标不合格；
如果高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16也检测到放电信号，计算高频传感器15特高频传感器17和超声传感器16相对于初始值数据量的增量值，并计算超声传感器16增量与高频传感器15增量的比值、特高频传感器17增量与高频传感器15增量的比值，若这两个比值均在所述最大传递比和最小传递比之间，则判定被检主动防御设备的放电信号衰减指标合格。
参照图4所示，所述放电量对比指标的判断方法为：
在步骤S4中，如果高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16也检测到放电信号，对比高频传感器15和特高频传感器17的放电量，若特高频传感器17的放电量小于高频传感器15的放电量，则判断主动防御设备的放电量对比指标不合格，若特高频传感器17的放电量大于高频传感器15的放电量，则继续判断特高频传感器17的放电量增长趋势与放电监测仪14监测到的与存在匝间短路潜在性缺陷的绕组的放电量变化趋势是否一致，如果变化趋势一致，则判断主动防御设备的放电量对比指标合格，如果变化趋势不一致，则判断主动防御设备的放电量对比指标不合格。
参照图5所示，所述跳闸阈值可靠性指标的判断方法为：
在步骤S4中，如果高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16也检测到放电信号，在检测到放电信号后输出跳闸信号，记录超声传感器16、高频传感器15和特高频传感器17的数值，因为分布设置多组超声传感器16，利用相位关系就能够计算得出具体的放电位置，然后停止加压，查看模拟绕组中存在匝间短路潜在性缺陷处的放电情况，如果确实发生匝间短路放电痕迹，且放电位置与超声计算得出的位置一致，则判定主动防御设备的跳闸阈值可靠性指标合格，如果放电位置与超声计算得出的位置不一致，则判定主动防御设备的跳闸阈值可靠性指标不合格。
具体地，在本实施例中，为了验证抗干扰能力评估指标，还包括步骤S5，修复好存在匝间短路潜在性缺陷的绕组的匝间短路放电故障，设置引线对外壳放电缺陷，具体设置方法可选用金属铁丝，一端绑扎在套管引线上，另一端距离升高座2～3mm距离，重新进行步骤S2～S4，如果高频传感器15、特高频传感器17和超声传感器16也检测到放电信号，且输出跳闸信号后，如果超声传感器16位置判断为匝间放电时，则判定主动防御设备的整体抗干扰能力评估指标不合格，反之，则判定主动防御设备的整体抗干扰能力评估指标合格。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，包括以下步骤：
S1、搭建性能验证装置，所述性能验证装置包括：
模拟壳体；
模拟铁芯，设置在所述模拟壳体内，在所述模拟壳体和模拟铁芯之间设置与绝缘介质；
模拟绕组，包括依次缠绕在模拟铁芯外的第一绕组线圈、第二绕组线圈和第三绕组线圈，设置其中一组绕组线圈存在匝间短路潜在性缺陷；
检测组件，包括：检测阻抗、放电监测仪、高频传感器、特高频传感器和超声传感器，所述模拟绕组通过所述检测阻抗与所述放电监测仪连接，所述高频传感器与所述模拟铁芯连接，所述特高频传感器设置在所述模拟壳体内与所述模拟壳体内的绝缘介质接触，所述超声传感器设置在所述模拟壳体上；
模拟击穿组件，包括工频试验变压器和雷电击穿装置，所述工频试验变压器与存在匝间短路潜在性缺陷的绕组连接，为绕组提供工频交流电压，所述雷电击穿装置通过切换开关与存在匝间短路潜在性缺陷的绕组通断连接，为绕组提供雷电冲击；
S2、启动工频试验变压器升压至额定电压，监测放电监测仪、高频传感器、特高频传感器和超声传感器的信号，完成数据记录作为初始值；
S3、控制切换开关，对存在匝间短路潜在性缺陷的绕组同时提供试验工频交流和雷电冲击；
S4、再次记录放电监测仪、高频传感器、特高频传感器和超声传感器的信号，与步骤S2中的初始值进行比较，判断主动防御设备的放电信号衰减指标、放电量对比指标、跳闸阈值可靠性指标和抗干扰能力评估指标是否合格。
2.根据权利要求1所述的变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，其特征在于：在所述模拟壳体中设置有支撑所述模拟铁芯的绝缘垫块，在所述模拟壳体中填充有绝缘液。
3.根据权利要求1所述的变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，其特征在于：所述模拟绕组一端接地，另一端通过套管与所述检测阻抗连接，所述检测阻抗包括分别与第一绕组线圈、第二绕组线圈和第三绕组线圈连接的第一检测阻抗、第二检测阻抗和第三检测阻抗，所述第一检测阻抗、第二检测阻抗和第三检测阻抗一端接地，另一端与同一放电监测仪连接。
4.根据权利要求1所述的变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，其特征在于：所述高频传感器、特高频传感器和超声传感器的信号输出端与主动防御设备主体连接，所述主动防御设备主体用于接收检测信号，并对检测数据进行计算处理。
5.根据权利要求1所述的变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，其特征在于：所述检测组件包括多组超声传感器，所述超声传感器分布设置在所述模拟壳体的底部、中部和上部。
6.根据权利要求1所述的变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，其特征在于：在步骤S4中，获取放电监测仪监测到的第一绕组线圈、第二绕组线圈和第三绕组线圈的放电量，并计算放电量的最大传递比和最小传递比，其中：最大传递比为第三绕组线圈的放电量与第一绕组线圈的放电量比值，最小传递比为第二绕组线圈的放电量与第一绕组线圈的放电量比值；
如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器没有检测到放电信号，则判定被检的主动防御设备的放电信号衰减指标不合格；
如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器也检测到放电信号，计算高频传感器特高频传感器和超声传感器相对于初始值数据量的增量值，并计算超声传感器增量与高频传感器增量的比值、特高频传感器增量与高频传感器增量的比值，若这两个比值均在所述最大传递比和最小传递比之间，则判定被检主动防御设备的放电信号衰减指标合格。
7.根据权利要求6所述的变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，其特征在于：在步骤S4中，如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器也检测到放电信号，对比高频传感器和特高频传感器的放电量，若特高频传感器的放电量大于高频传感器的放电量，而且特高频传感器的放电量增长趋势与放电监测仪监测到的与存在匝间短路潜在性缺陷的绕组的放电量变化趋势一致时，则判断主动防御设备的放电量对比指标合格，反之，则判断主动防御设备的放电量对比指标不合格。
8.根据权利要求6所述的变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，其特征在于：在步骤S4中，如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器也检测到放电信号，且输出跳闸信号后，记录超声传感器、高频传感器和特高频传感器的数值，通过相位关系计算超声传感器得出的放电位置，然后停止加压，查看模拟绕组中存在匝间短路潜在性缺陷处的放电情况，如果确实发生匝间短路放电痕迹，且放电位置与超声计算得出的位置一致，则判定主动防御设备的跳闸阈值可靠性指标合格，反之，则判定主动防御设备的跳闸阈值可靠性指标不合格。
9.根据权利要求1所述的变压器匝间短路主动防御设备性能验证方法，其特征在于：还包括步骤S5，修复好存在匝间短路潜在性缺陷的绕组的匝间短路放电故障，设置引线对外壳放电缺陷，重新进行步骤S2～S4，如果高频传感器、特高频传感器和超声传感器也检测到放电信号，且输出跳闸信号后，如果超声传感器位置判断为匝间放电时，则判定主动防御设备的整体抗干扰能力评估指标不合格，反之，则判定主动防御设备的整体抗干扰能力评估指标合格。
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