大型變壓器低壓側(cè)繞組直流電阻快速測試方法的研究

1、大型變壓器低壓側(cè)繞組直流電阻快速測試方法的研究  文件類型：PDF/Adobe Acrobat   文件大?。鹤止?jié) 全球最大隨機(jī)視頻聊天 更多搜索：大型變壓器低壓繞組直流電快速測試方法研究-1大型變壓器低壓側(cè)繞組直流電阻快速測試方法的研究甄旭鋒,梁志瑞(華北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院,河北保定071003)摘要:介紹了測量大型變壓器低壓側(cè)繞組直流電阻的幾種方法,詳述和分析了其測試過程和測量結(jié)果.并針對現(xiàn)有測量方法測量低壓側(cè)繞組的直流電阻時(shí)的不足,綜合助磁法和全壓-恒流電源法,提出了基于這兩種方法的一種新方法.關(guān)鍵詞:直流電阻;助磁法;繞組;全壓-恒流電源法;快

2、速測量0引言電力變壓器繞組直流電阻的測量是其試驗(yàn)中的重要項(xiàng)目之一,它是確定短路損耗的重要數(shù)據(jù),通過直流電阻的測量,可檢查線圈質(zhì)量,分接開關(guān)位置接觸是否良好,線圈或引線有無折斷,并聯(lián)支路的正確性,有無短路現(xiàn)象.因此在交接,預(yù)試,大修和調(diào)換分接開關(guān)后均需進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn).近年來隨著電力工業(yè)和機(jī)械制造水平的不斷發(fā)展,電力系統(tǒng)的容量越來越大,單臺變壓器的容量也不斷加大.大型變壓器線圈的容量越大,電壓等級越高,電感與電阻的比值就越大.一般大型變壓器的電感高達(dá)幾百甚至幾千亨,電阻值卻只有幾毫歐至幾歐.因此大型變壓器的繞組直流回路的穩(wěn)定時(shí)間可能長達(dá)數(shù)十分鐘甚至更長,如何快速準(zhǔn)確測量電力變壓器繞組的直流電阻一直是

3、人們研究和追求的主要目標(biāo).1基本原理1變壓器繞組等效電路是一個(gè)阻值很小的電阻元件R和一個(gè)較大電感的電感元件L串聯(lián)組合,繞組直流電阻測量的基本電路如圖1-1kLRE圖1-1電力變壓器繞組電阻測量基本原理圖當(dāng)t=0時(shí)合上開關(guān)k,回路電壓方程為diE L iRdt當(dāng)t=0時(shí)i=0,則加一直流電壓時(shí)繞組電流為(1 ) (1 )t tEi e I eR經(jīng)過計(jì)算,各 與電流的關(guān)系見表1表1-1充電時(shí)間與電流的關(guān)系t0.5 2 3 4 5 i0.394I0.632I0.865I0.95I0.98I0.993I這樣一個(gè)一階的動態(tài)電路,要準(zhǔn)確地測得直流電阻必須等電路達(dá)到穩(wěn)定后才能讀數(shù)測試,就是在實(shí)際工作中達(dá)到需

4、要的精度,至少需要5 時(shí)間.因此采用快速測試,縮短測量時(shí)間,提高試驗(yàn)工作效率,對具體測試工作有著重要的意義.由時(shí)間常數(shù)表達(dá)式LR來看,減小 縮短時(shí)間有兩種方法,一是減小電感,二是增大回路電阻.電感可由下式表示KIns KnsLI lI l(1-1)式中60.4 10HKmn匝數(shù)s鐵心截面l鐵心回路長度導(dǎo)磁系數(shù)從上式可以看出,電力變壓器繞組的電感量L決定于繞組的匝數(shù)、鐵心的幾何尺寸和硅鋼片的導(dǎo)磁系數(shù).對被測變壓器來說n、s、l是已知的,只有 是能改變的.磁通密度B與磁場強(qiáng)度H,導(dǎo)磁系數(shù) 與磁場強(qiáng)度H的關(guān)系曲線如圖1-2B BH2圖1-2磁通密度B,導(dǎo)磁系數(shù) 與磁場強(qiáng)度H的關(guān)系曲線可以看出,當(dāng)磁場

5、強(qiáng)度H很大,鐵芯磁通密度趨于飽和時(shí),導(dǎo)磁系數(shù) 就大幅下降,電力變壓器的電感L也隨之減小.從H=NI/L來看,要增大H,就要增大I,也就是提高穩(wěn)定電流,才能有效的減小電感L.另一方面,在回路中串入一個(gè)電阻R,增大了回路電阻,同樣可減小時(shí)間常數(shù) .減小電感,串入回路電阻在大型變壓器直阻測量中都有應(yīng)用.但由于它自身電感大的特點(diǎn),同時(shí)電阻的引入還需要提高電源容量,實(shí)際測量中采用減少電感的方法效果好,下面介紹幾種常用的方法.2測量方法直流電阻的測量方法很多,基本方法包括直流壓降法和電橋法,此外還有高壓充電低壓測量法,磁通泵法,二階振蕩法,動態(tài)測量法,短路去磁法1和恒流源法等.本文主要介紹幾種與大電感繞組

6、直流電阻測量相關(guān)的方法.2.1增大回路電阻的電路突變法2增大回路電阻的電路突變法原理電路如圖所示,測量電流與時(shí)間的關(guān)系如圖所示ANEKRRxLx圖2-1測量原理電路圖t3t2iI12i'i' 'I=E/R+R xt圖2-2測量電流的指數(shù)曲線當(dāng)k閉合,AN也閉合時(shí),回路電流方程為:''1( )xtEi eR,'xxLR(2-1)AN斷開時(shí),回路電流方程為:''''1( )xtUi eR R,''xxLR R(2-2)由于R>>Rx,所以 .測量時(shí),將按鈕AN閉合,附加電阻R短路,使全部電壓

7、加在被試?yán)@組上,電流沿曲線1以較大的速率上升,一直達(dá)到預(yù)定的電流I(xEIR R)時(shí)斷開按鈕AN,則電流i由曲線1立即穩(wěn)定到曲線2的穩(wěn)定值,繞組的充電時(shí)間將由t2(t25'' )縮短到t3.若采用常規(guī)測量方法的充電時(shí)間為t1(t1=5 ),則13 2t t t ,可見該方法能縮短測量的時(shí)間.近年來,在電阻突變法基礎(chǔ)上,進(jìn)一步進(jìn)行研究和發(fā)展,提出了全壓-恒流電源法.它是建立在電路的強(qiáng)制穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)上,目的是研究大電感電路的過渡過程.2.2全壓-恒流電源法3全壓恒流電源法是建立在電路的強(qiáng)制穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)上,強(qiáng)調(diào)開始加全壓(高壓)來迅速提高線圈的電流,縮短過渡過程.然后,用小電流恒流源穩(wěn)定

8、電流來進(jìn)行測量,是研究大電感電路的過渡過程比較好的方法.全壓恒流電源法的原理如圖2所示ERcDI0RL+-k比較放大和執(zhí)行UR+-圖2-3全壓恒流電源法的原理圖試驗(yàn)開始,比較放大和執(zhí)行單元中的開關(guān)K閉合,全壓電源通過采樣電阻Rc和全壓開關(guān)K加到被試品繞組的兩端,對被測量繞組進(jìn)行充電.E的值取決于測量繞組的L,R所要求的充電時(shí)間的恒流值I0.當(dāng)充電至t1時(shí),回路電流瞬時(shí)值為I0,采樣電阻壓降Un=I0*Rc,這時(shí)比較放大和執(zhí)行單元通過分析,動作斷開K.于是,隔離二極管D自動導(dǎo)通,恒流源向被測量繞組供給I0電流.電路的電流被強(qiáng)迫穩(wěn)定在I0上,電路進(jìn)入強(qiáng)制穩(wěn)態(tài).讀UR的值,計(jì)算出直流電阻值.全壓恒流

9、充電時(shí)間很短,與測量時(shí)間相比,可以忽略,這就提高了工作效率.2.3助磁法4"助磁法"就是迫使鐵芯迅速趨于飽和,從而降低自感效應(yīng),減小回路電感,縮短測試時(shí)間.把高壓繞組,低壓繞組串聯(lián)起來,通以電流測量,采3用同相位和同極性的高壓繞組助磁.由于高壓繞組的匝數(shù)遠(yuǎn)比低壓繞組匝數(shù)多,借助于高壓繞組的勵(lì)磁安匝數(shù),用較小的電流就可使鐵芯飽和,從而使繞組電感大大減小,以縮短測試時(shí)間,而達(dá)到快速測試的目的.這就是助磁法快速測量大容量變壓器低壓繞組直流電阻的原理.下圖為 / 接法的變壓器"助磁法"測量的原理接線圖,其他接法的原理圖類.uac+-ABCabc+-I0圖2-4測

10、Rac+-ABCabc+-ubcI0圖2-5測RbcUab+-ABCabc+-I0圖2-6測Rab圖2-4接線原理圖中,引出a,c端線接一個(gè)電壓表測量電壓Uac,精密恒流源I0提供測量電源,由于高壓側(cè)助磁的作用,低壓側(cè)磁通飽和,電感值變小,過渡過程縮短,很短時(shí)間內(nèi)就可以讀數(shù)值.據(jù)公式0acacURI,同理,利用原理圖2-5,2-6接線測量,能快速的得到Rbc,Rab數(shù)據(jù),據(jù)( )a b caca b cR R RRR R R( )c a bbca b cR R RRR R R( )b a caba b cR R RRR R R,解可得Ra,Rb,Rc值,測量誤差在允許的范圍內(nèi).3目前幾種方法測

11、試結(jié)果的分析與比較用普通方法測試大型變壓器低壓側(cè)繞組的直流電阻值,測量兩相阻值Rbc,Rac各需要30分鐘左右電流達(dá)到穩(wěn)定,測量Rab時(shí)電流穩(wěn)定則需要一個(gè)至兩個(gè)小時(shí),有時(shí)依然不穩(wěn)定,導(dǎo)致導(dǎo)線與儀器的發(fā)熱,不能繼續(xù)工作.數(shù)據(jù)的精度也達(dá)不到要求.總體看來,這么長的時(shí)間的測量及較大的測量誤差,在工作中是不能接受的.依據(jù)"2.3助磁法"中的原理接線圖對保定變壓器廠的變壓器成品進(jìn)行出廠前低壓側(cè)繞組直流電阻測量,變壓器型號為SFP-720000/500,低壓側(cè)繞組助磁法測試結(jié)果見表3-1:表3-1助磁法測試結(jié)果相別數(shù)值/ 充電穩(wěn)定時(shí)間/min穩(wěn)定狀況恒流源充電電流ac0.0006959

12、11穩(wěn)定20Aab0.000692916穩(wěn)定20Abc0.000887813穩(wěn)定20A由以上數(shù)據(jù)看出測量時(shí)間縮短到十幾分鐘,測試速度提高了一倍多,同時(shí)三相電路狀態(tài)均達(dá)到穩(wěn)定,經(jīng)計(jì)算,測量誤差也遠(yuǎn)小于所要求的±2%.由此看來,助磁法是一個(gè)比較好的測試方法.全壓-恒流電源法對大容量變壓器的測試,與普通方法相比,測量速度與測量精度都有很大的提高,但與助磁法相比測量時(shí)間還要長些.綜上所述,現(xiàn)有的測量方法存在以下幾點(diǎn)的問題和不足:(1)三相繞組的測量時(shí)間最短仍有四十分鐘左右,還有進(jìn)一步縮短的空間和必要.(2)當(dāng)用助磁法測量不同相的電阻值時(shí),要注意繞組中剩磁對測量電源產(chǎn)生磁通的抵消作用,試驗(yàn)中看

13、到如果兩者方向相反,對測量的速度和準(zhǔn)確性有嚴(yán)重影響.(3)由于大型變壓器低壓側(cè)繞組呈連接,并聯(lián)繞組存在互感,使得充電時(shí)間變長.使測試數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定,不僅使測試數(shù)據(jù)缺乏可信度,更增加了對設(shè)備狀況判斷的難度.(4)試驗(yàn)表明:低壓側(cè)接線的變壓器低壓側(cè)直流電阻測試時(shí),總是存在著"兩快一慢"問題,有一相繞組的測量時(shí)間會很明顯的比其它兩相4的長很多,甚至充電電流不能達(dá)到儀器所要求的穩(wěn)定程度,使三相測試數(shù)據(jù)不具備可信的比較判斷作用.因此,對于大型變壓器低壓側(cè)型接線直流電阻的測試,還必需進(jìn)行進(jìn)一步方法上的研究.4新測量方法的研究為進(jìn)一步更加快速,準(zhǔn)確的測得大電感低壓側(cè)繞組的直流電阻值,減小測

14、量誤差,提出了全壓-恒流電源法與助磁法相結(jié)合一種新的測量方法.新方法測量Rac的原理接線圖如下:EDI0+-k比較放大和執(zhí)行uac+-ABCabcRc圖4-1新方法測Rac原理圖圖4-1看出,新方法引入全壓-恒流電源作為測量電源,比單純用恒流源供電優(yōu)點(diǎn)是以較高的電壓能更快速提升電感中的電流值,縮短達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間.由于被測品不是一個(gè)的繞組線圈,而是兩個(gè)繞組線圈組的串聯(lián),所以瞬間加在低壓測a,c端的電壓Uac應(yīng)小于直流電壓值E,然后逐漸穩(wěn)定,總體趨勢是下降的.電流的變化規(guī)律正相反,總趨勢是上升到穩(wěn)定.其電壓,電流變壓波形如圖4-2:u,iI0Uaciut0t1tEt20圖4-2新方法充電過程電壓-

15、電流波形圖t0時(shí)刻電流升至I0,直流電壓源斷開,恒流源通過二極管供電,t1時(shí)刻穩(wěn)定到I0值.t2時(shí)刻電壓表也達(dá)到穩(wěn)定值,這樣計(jì)算可得電阻值.其他兩相的電阻值同理可得.經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn),其測量速度和精度都優(yōu)于助磁法和全壓-恒流電源法所得結(jié)果.試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)比較執(zhí)行單元的良好性能是這種方法的快速測量成敗的關(guān)鍵.如果動作過晚,電路中電流較大,有可能對器件造成損害;倘如過早,電流會有很長的上升時(shí)間,不能快速進(jìn)入穩(wěn)態(tài),影響測量的快速性,失去了使用此方法的意義.同時(shí)穩(wěn)定性能更好、紋波系數(shù)更小的全壓電壓源和精密恒流源的研發(fā)制作,是進(jìn)一步研究的方向.5結(jié)論1)采用高壓-小電流恒流電源可以實(shí)現(xiàn)對大型變壓器繞組

16、電阻的快速測量.這樣助磁法中的"兩快一慢"問題也有很大的改觀,"兩快"繞組的測量時(shí)間與"一慢"繞組的測量時(shí)間的差距明顯縮小,充電電流很快就能達(dá)到儀器所要求的穩(wěn)定程度.2)整個(gè)測量過程中電壓源的斷開和恒流源的接入都是自動完成的,不僅測試方便,還消除了人為操作帶來的誤差.3)有較高的精度,調(diào)節(jié)Rc值,能實(shí)現(xiàn)較寬的測量范圍.4)測量當(dāng)中,針對助磁法中剩磁消磁的問題,只要接線時(shí),注意測量時(shí)鐵芯中的磁通方向與測試其他相后剩磁方向相同,即保持它們的一致性,以達(dá)到剩磁助磁而不是剩磁消磁的目的,就可以解決.5)對于并聯(lián)繞組存在互感問題,這個(gè)新方法沒有從消除互感影響入手來解決問題,而是加全壓來迅速提高線圈的電流,在短時(shí)間內(nèi)使過渡過程強(qiáng)制穩(wěn)定,大大提高了數(shù)據(jù)的可信度.參考文獻(xiàn)1王亮,電力變壓器直流電阻快速測量的研究:學(xué)位論文;保定,華北電