CN201666935U - 频响法分析绕组变形测试仪 - Google Patents

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蔡国清
陈世光
吴战雄
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福建省普华电子科技有限公司
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Abstract

本实用新型属于电子仪器,涉及电力变压器绕组变形测试仪器,特别是一种频响法分析绕组变形测试仪,是由微处理器、CPLD、DDS、功放、信号放大器、A/D转换器、SRAM组成,其中:微处理器通过SPI总线控制DDS产生并输出频率,此频率通过功放产生信号源,从被测绕组取样回来的信号经放大,通过高速A/D转换器把转换信号存到SRAM中,再由MCU读取和处理,送到串口总线,最后在微机控制下将信号曲线显示在屏幕上。本实用新型具有抗干扰能力强,重复性强,高灵敏度,高准确度,结构先进,低成本、低功耗、体积小、动态范围大等优点。

Description

频响法分析绕组变形测试仪
技术领域
[0001] 本实用新型属于电子仪器,涉及电力变压器绕组变形测试仪器,特别是一种频响 法分析绕组变形测试仪。
背景技术
[0002] 变压器绕组变形是指绕组受机械力和电动力的作用,绕组的尺寸和形状发生了不 可逆转的变化。电力变压器在运输安装过程中可能受到碰撞冲击,引起内部的绕组扭动变 形移位;在运行中难以避免的要承受各种短路冲击,其中出口短路对变压器的危害尤其严 重。尽管现代化的断路器能够快速的将短路故障从电路切除,但往往因某种原因自动装置 不动作,使得变压器线圈在短路电流热和电动力的作用下,在很短时间内造成线圈变形,严 重的甚至会导致相间短路,绕组烧毁。电力变压器发生绕组变形后,有的会立即损坏发生事 故,更多的是仍能运行一段时间。由于常规电气试验如电阻测量、变比测量及电容量测量等 很难发现绕组的变形,这对电网的安全运行存在严重威胁。因此,对承受过机械力及电动力 作用的变压器进行绕组变形的试验和诊断是十分必要的。
发明内容
[0003] 本实用新型的目的是提供一种具有抗干扰能力强,重复性强,高灵敏度,高准确 度,结构先进,易于操作的频响法分析绕组变形测试仪。
[0004] 本实用新型的目是通过以下技术方案实现的。
[0005] 频响法分析绕组变形测试仪主要是由微处理器、CPLD、DDS、功放、信号放大器、A/ D转换器、SRAM组成,其中:微处理器通过SPI总线控制DDS产生并输出频率,此频率通过 功放产生信号源,从被测绕组取样回来的信号经放大,通过高速A/D转换器把转换信号存 到SRAM中,再由MCU读取和处理,送到串口总线,最后在微机控制下将信号曲线显示在屏幕 上。
[0006] 本实用新型具有抗干扰能力强,重复性强,高灵敏度,高准确度,结构先进,低成 本、低功耗、体积小、动态范围大等优点。
附图说明
[0007] 图1本实用新型原理框图
[0008] 图2本实用新型电路图
[0009] 图3绕组变形测试信号原理图
[0010] 图4本实用新型测试接线示图
具体实施方式
[0011] 以下对本实用新型作进一步阐述,并结合附图作详细说明。
[0012] 变压器绕组的二端口网络其特性可在频域上用传递函数H(jw) = V0(Jw)Ai(Jw)来描述,而H(jw)是时域上单位冲击响应h(t)的傅立叶变换。FRA法即频率响应分析法,将 一稳定的正弦扫描电压信号施加到被试变压器绕组的一端,同时记录该端和其他端点上的 电压幅值及相角,从而得到该被试绕组的一组频响特性,即H(jw)。当绕组发生变形时,内部 参数的变化将导致传递函数H(jw)的变化,分析和比较频响特性,从而判断绕组是否发生 变形。频率响应分析法(FRA)有抗干扰能力强、重复性强的优点,具有更高的灵敏度。
[0013] 采用FRA法:在一定的频率范围内,对变压器某一绕组的一端施加一系列特定频 率的信号,测量其两端的响应信号,即可得到该变压器绕组响应特性F :
[0014] F(f) = 201g(V1/V2)
[0015] 其中:f-每一点的试验频率(10KHZ〜100KHZ) ;V1-变压器被试绕组首端信号电 压;V2-变压器被试绕组末端信号电压。
[0016] 两条频率响应特性曲线(1和2)差值:
[0018] 其中=E12-两条频响曲线的差值(方均根值);Eli-第1条频响曲线i点幅值dB ; F2i-第2条频响曲线i点幅值dB ;N-离散点总数(高压侧计算频率范围是10〜515KHZ,中 压、低压侧计算频率范围是10〜700KHZ)。
[0019] FRA法所必须解决的问题:
[0020] 将FRA法成功地应用到变压器绕组变形测试上,除必须具有一套完整的判断方法 外,还必须具备能得到稳定、真实的变压器绕组频响特性曲线的条件:
[0021] a)测试频率范围的确定:由于受变压器电压等级、额定容量、短路阻抗、绕组及贴 心排列方式等因素影响,为确定变压器绕组是否变形,测定时必须采用不同的实验频率以 提高变形测试的有效性。在确定测试频率范围时必须满足4点要求:①可排除铁心励磁特 性不同的影响;②整个测试范围内必须具有足够多的谐振点,以满足判断是否变形的要求; ③测试线排列方式对测试结果影响甚微;④测试仪器价格不因频带宽度的增加而明显的上 涨。综合考虑各方面因素,现场进行变压器绕组变形测试频带范围以IkHz〜IMHz为宜。
[0022] b)提高抗干扰水平:变压器绕组变形现场测试需要解决干扰问题,干扰信号主要 来自现场的无线电干扰、变电站内其他带电设备的电晕信号、地网的干扰信号、测试仪器 所用电源干扰信号等。为得到可信、准确的变压器绕组频响曲线,必须通过抑制干扰信号幅 值或提高测试信号幅值来提高信噪比。
[0023] c)提高测试系统的长时间稳定性:由于变压器绕组变形判断主要通过短路前后 频响曲线来比较进行,故测试系统的长时间稳定性对提高绕组变形测试判断的准确性非常 重要。为此必须解决①提高信号发生器的频率稳定性,尽量减少频率漂移;②为保证不同环 境温度下测试结果的重复性,必须尽量减少测试系统个元件的温度漂移;③应用软件滤波 技术弥补单纯硬件滤波的不足,提高滤波系统的稳定性;④针对不同的环境干扰程度,妥善 处理信号发生器扫描信号的频率步长,最大程度抑制现场干扰;⑤在测试时间允许时,适当 增加频率测试点,最大限度保证频响曲线的连续性。
[0024] d)最大限度的保证被试品的稳定性:变压器绕组变形测试时建议按下列方法进行,以使变压器具有相对稳定的测试状态:①在变压器出线套管处拆除铁心,夹件引下线以 外的变压器所有进出线,是变压器处于完全隔离状态。②已拆除的进出线与变压器套管间 保持足够的空间距离,进出线必须直接接地,以免感应电压不同影响测试结果。③电容型套 管的末屏需要直接接地,以免套管电容量明显不同影响测试结果;④对具有分接抽头的变 压器,在测试前必须在同一档位上进行,尤其比较短路前后状况的测试必须在同一档位上 进行,以免造成误判断;⑤记录变压器绕组变形测试时的油温及环境温度;⑥对与某一特 定接线组别的变压器,正常测试时应具有一种固定接线方式,以免因接线方式不同而造成 频响曲线差异,对与以短路前后频响差异作为判据的测试,测试接线方式需要相同。
[0025] 参照图1、图2,频响法分析绕组变形测试仪主要是由微处理器、CPLD, DDS、功放、 信号放大器、A/D转换器、SRAM组成,上述所使用的芯片是:微处理器采用ARM中的STM32系 列;DDS采用AD公司的AD9856,AD9856是美国ADI生产的正交数字化变频器,其内部集成 了 1个高速直接数字频率合成器(DDS)、1个12位高速、高性能数/模转换器、时钟倍频电 路、数字滤波器及其他数字信号处理功能模块。它具有低成本、低功耗、体积小、动态范围大 等优点。+3V单电源供电,直流到80MHz的输出带宽;信号放大器用AD843JN和AD712 ;功放 芯片用 AD8016 ;高速 A/D 用 ADS805 ;CPLD 用 EPM240。
[0026] 其中:先由上位机PC界面控制对微处理器进行数控指令,微处理ARM内带自编程 程序,能由于上位机实时高速对话,完成上位机的命令。微处理由ARM接到指示后,通过SPI 总线控制AD9856信号起动,产生0〜IMHz的输出频率范围,AD9856输出信号经Rjl3、Rjl4 精密电阻取样,经C28、C27、C26频段带的电容信号耦合,又经过精密电阻Rjl5、Rjl6、Rjl7、 Rj 18电容C29、C30等分压耦合。信号进入AD843放大器,进行信号整形放大后输入到大电 流功放管AD8016,AD8016是由两路放大电路信号叠加合成,采用正输入阻抗法,增大输出 电流,放大驱动的电流可达600mA,保证了在宽频带下的正弦波输出不失真,产生的正弦波 幅值为5V,频率在0〜IMHz可变化的信号源,为测试时提供了基准源。
[0027] 取样回来的信号经信号放大器放大后,通过高速A/D转换器直接把转换的信号存 到SRAM中,再由MCU读取和处理,送到出口总线,最后在微机控制下将信号曲线显示在屏幕 上,达到直观、更容易让人根据判断原则分析出变压器是否变形和完美的视觉效果。
[0028] 参照图3,采样信号分成两路,一路输入信号;一路是输出信号。分成两路的目的 是可以减少测试线或其他的原因干扰,原本真实地反应信号变化,输入信号端采样被测绕 组的始端信号,经放大器AD843隔离放大后到高速ADS805,ADS805是可达到20MHz的频率 转换。因ADS805是单采集信号,所以又经AD712放大器来抬高电平以满足交流信号的转换, 采集到的转换信号经过总线存储到SRAM中,再由MCU读取和处理。
[0029] 输出信号采集由于经过被测试品后,信号有所减弱,经过采样换档(由继电器换 档)到AD843放大器处理与上述输入信号采集原理一样到高速ADS805进行转换,存储到 SRAM中去处理,再送到串口线,最后在微机控制下将信号描点成曲线显示在屏幕上,每一相 描成一条曲线,并用不同颜色区分,达到直观,更容易让人判断分折出变压器的绕组变形状 态。
[0030] 参照图4,FRA法对运行中的变压器进行测试之前,首先必须将变压器与电网完全 隔离,并注意感应电压对测试系统的影响,这一方面是为测试系统及测试人员的安全•’另一 方面是为把变压器随安装位置不同及不平衡的母线电容的影响降到最小。对于状态良好变
5压器以频响曲线留底为目的的变形测试,通常将变压器的分接位置调整到测试线圈的最大 电压分接位置。测试仪器的工作电源为交流220V,测试系统与被试变压器间用3根长度足 够的屏蔽,电缆连接所有电缆终端都有匹配电阻及过电压保护器,3根屏蔽电缆中的1根用 于将信号发生器的扫频信号输人到被试变压器绕组的某一端,其余2根电缆分别将绕组两 侧的电压信号输送到双通道数据采集系统上,电压信号取自变压器出线套管与变压器外 壳之间。测试仪器的外壳通过测试线的外屏蔽接地。
[0031] 不同接线组别的变压器,FRA法变压器绕组变形测试的原理接线如表1。
[0032] 表1 测试原理接线
[0033]

Claims (8)

  1. 一种频响法分析绕组变形测试仪,其特征在于是由微处理器、CPLD、DDS、功放、信号放大器、A/D转换器、SRAM组成,其中:微处理器通过SPI总线控制DDS产生并输出频率,此频率通过功放产生信号源,从被测绕组取样回来的信号经放大,通过高速A/D转换器把转换信号存到SRAM中,再由MCU读取和处理,送到串口总线,最后在微机控制下将信号曲线显示在屏幕上。
  2. 2.根据权利要求1所述的测试仪,其特征在于所述的微处理器采用ARM中的STM32系 歹丨J芯片。
  3. 3.根据权利要求1所述的测试仪,其特征在于所述的DDS采用AD9856芯片,其内部集 成了 1个高速直接数字频率合成器(DDS)、1个12位高速、高性能数/模转换器、时钟倍频 电路、数字滤波器及其他数字信号处理功能模块。
  4. 4.根据权利要求1所述的测试仪,其特征在于所述的信号放大器用AD843JN和AD712-H-· I I心片。
  5. 5.根据权利要求1所述的测试仪,其特征在于所述的功放芯片用AD8016。
  6. 6.根据权利要求1所述的测试仪,其特征在于所述的高速A/D转换器用ADS805芯片。
  7. 7.根据权利要求1所述的测试仪,其特征在于所述的CPLD用EPM240芯片。
  8. 8.根据权利要求1或3所述的测试仪,其特征在于所述的微处理器通过SPI总线控制 DDS中的AD9856,产生0〜IMHz的输出频率,此信号通过AD843JN —级放大后输入到大电 流功放管AD8016产生幅值为5V、频率在0〜IMHz信号源。
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