CN103777139B - 一种变压器有载分接开关检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器有载分接开关检测装置及检测方法，当电源控制开关导通时，倍频电压发生器在中央控制与数据处理器控制下输出试验电压，依次经过二次滤波电路、输出控制开关后施加到被测有载分接开关两端，当被测有载分接开关动作时，电压电流传感器工作，采集数据通过中央控制与数据处理器处理后传送到计算机上显示。本发明基于倍频正弦波检测以及利用波形解析与拟合方法，对测量波形解析计算，实现有载分接开关动作时其纯接触电阻及开关动作特性有效检测，消除被测***中的电感、电容影响测量误差的因素；利用倍频检测时每个频数据进行比较，对装置等影响测量因素进行修正措施，提高测量的准确性、精度及测量结果的唯一性。
Description
技术领域
本发明涉及变压器附属设备的检测领域，具体涉及一种变压器有载分接开关检测装置及检测方法，适用于带有载分接开关变压器的分接开关特性检测试验。
背景技术
目前，大型变压器事故率频发，分析原因有30%的故障是变压器有载分接开关动作异常所致，变压器有载分接开关是变压器中唯一在高电压大电流下快速运动的部件，其自身故障率相对较高，如其质量问题、装配工艺以及运行维护不到位等原因导致分接开关触头接触电阻增大在变压器运行时会过热、烧损，分接开关切换过程异常直接威胁变压器和电网的安全运行，为此在预防性试验中对变压器有载分接开关动作特性提出了检测要求，以往电力行业主要采用直流方法进行变压器有载分接开关动作特性现场试验，国内涉及变压器有载分接开关测试仪器的专利大多是基于直流方式如“电力变压器有载分接开关综合测试仪”专利号96218971、“变压器有载分接开关测试仪”专利号201010584656.4等均是基于直流方法进行试验的仪器专利，由于直流试验方法受油膜影响、当有载分接开关切换过程中变压器绕组呈感性产生反向电势引起输入电流振荡，测试结果的可信度较差、测试波形常出现无层次、断续和跳跃问题，自电力行业“DL/T265－2012变压器有载分接开关现场试验导则”颁布以来，出现了交流检测方法，对于交流方法检测的专利如“变压器有载分接开关动作特***流测试装置”专利号200910066429.X和专利号200820030319.9，交流测试虽然解决了直流方法测试存在问题，但是现场变压器有载分接开关动作特性检测是变压器绕组与有载分接开关无法分开，检测时绕组电感和套管端部电容变化，影响检测精度，测试波形仍有一定偏差。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种变压器有载分接开关检测装置及检测方法，基于倍频方法消除了电感、电容效应问题对测量结果的影响，提高测量的精度及测量结果的唯一性，为正确检测评估设备状态提供真实有效的依据。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种变压器有载分接开关检测装置，包括输入电源、输入电源控制开关、中央控制与数据处理器、隔离驱动模块和倍频电压发生器，当输入电源控制开关导通时，中央控制与数据处理器控制隔离驱动模块驱动倍频电压发生器输出预先设定频率为f1的试验电压，试验电压经过二次滤波电路、输出控制开关通过变压器套管和变压器绕组施加到被测有载分接开关两端，电压、电流传感器与有载分接开关连接，当被测有载分接开关动作时，电压、电流传感器采集有载分接开关电流、电压，通过中央控制与数据处理器处理后传送到计算机上显示。
作为优选，所述输入电源为单向220V交流电压。
作为优选，所述试验电压为正弦波三相倍频电压。
作为优选，所述倍频电压发生器包括输入滤波模块、整流模块和三组单相逆变模块，输入电源经过输入滤波模块滤波和整流模块整流后，进入三组单相逆变模块提供检测电压，检测电压通过输出滤波模块滤波后传送到输出升压变压器，输出升压变压器输出频率为f1的三相高电压，三相倍频输出电压频率切换与控制是中央控制与数据处理器通过控制隔离驱动模块驱动三组单相逆变模块进行的，三组单相逆变模块包括A相全桥逆变模块、B相全桥逆变模块、C相全桥逆变模块。
本发明还公开了一种变压器有载分接开关检测装置的检测方法，基于倍频正弦波检测以及利用波形解析与拟合方法，对倍频下被检测试品的电抗具有X2=2X1，电阻R的值不随频率变化的特点，利用以下公式（a）对测量波形解析计算，实现有载分接开关动作时其纯接触电阻及开关动作特性有效检测
2Z1-Ζ2=2×(R+jX1)-(R+jX2)=2×(R+jX1)-(R+j2X1)=R（a）
其中，Z1和X1分别为频率为f1时对应的阻抗和电抗，Ζ2和X2分别为频率为f2时对应的阻抗和电抗，f2=2f1；R为电阻。
该检测方法基于本发明公开的检测装置，包括以下步骤：
1）通过中央控制与数据处理器控制隔离驱动模块驱动倍频电压发生器输出预先设定频率为f1的正弦波电压，利用电压电流传感器采集有载分接开关电流、电压，得到阻抗Z1；
2）通过中央控制与数据处理器控制隔离驱动模块驱动倍频电压发生器输出预先设定频率为f2的正弦波电压，f2为f1的倍数关系为f2=2f1，利用电压电流传感器采集有载分接开关电流、电压，得到阻抗Z2；
3）检测阻抗Z=R+jX，X为被检测***的电抗值，X=ωL=2πfL，ω是角频率，单位为rad/s，f是频率，单位为Hz，L是检测***的电感值，为一定值，单位为H；R为被检测***的电阻（主要为有载分接开关接触电阻），单位为Ω，倍频检测时当输入检测电压频率不同，X电抗也不同，倍频下检测结果：电抗对应关系为X2=2X1，但R的电阻值不随频率改变而变化。通过下面公式对测量波形解析计算，可以获取有载分接开关动作时其纯接触电阻值变化特性：
2Z1-Ζ2=2×(R+jX1)-(R+jX2)=2×(R+jX1)-(R+j2X1)=R（a）
中央控制与数据处理器根据式（a）通过获取波形按照不同时刻波形解析计算，然后数据拟合得到有载分接开关动作时其纯电阻值变化波形，根据电阻R变化具有较直观地判断有载分接开关动作特性及本体是否存在问题。
在本发明中，计算机通过显示器接口和上位机接口与中央控制与数据处理器连接。
在本发明中，采用AC-DC-AC的双逆变方式，将交流220V电源经输入滤波模块、整流、三组单相逆变模块组合以及输出滤波、升压变压器提升电压，来实现检测所需的频率恒定、电压稳定的纯正弦波三相倍频测量电压，结构简单，为变压器有载分接开关动作特性准确检测提供保障。
在本发明中，利用倍频检测时的每个频率数据进行比较，对检测的正确性进行核查与校验，对测量装置影响测量因素（如温度漂移、外界干扰信号等）进行修正，减小了测量仪器自身影响测量误差因素，提高了测量的准确性和精度。
有益效果：本发明的一种变压器有载分接开关检测装置及检测方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1、采用倍频正弦波检测以及利用波形解析与拟合方法，对有载分接开关动作时其电阻值变化特性进行检测，克服了被测量***电感、分布电容效应问题，提高了变压器有载分接开关测量精度；
2、通过AC-DC-AC的双逆变电源来完成倍频电压发生器，测量装置结构简单，纯正弦波检测电源输出频率恒定、高稳定度的变频源，保证了测试结果的唯一有效性，提高了变压器有载分接开关动作特性检测装置的准确程度；
3、变压器有载分接开关动作特性检测装置利用倍频检测时每个频率数据进行比较，对装置影响测量因素进行修正，减小了测量仪器自身影响测量误差因素。
附图说明
图1为本发明总的基本原理图；
图2为本发明中倍频电压发生器原理图；
图3为本发明中隔离驱动模块电路图；
图4为本发明中倍频电源控制电路图；
图5为本发明中测量数据分析流程图；
图6为本发明中测量主程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明的一种变压器有载分接开关检测装置，包括输入电源、输入电源控制开关1、中央控制与数据处理器6、倍频电压发生器2和隔离驱动模块5。对被试变压器有载分接开关进行测量时，本发明装置接入交流220V单相电源，通过输入电源控制开关1给装置供电，装置启动后经过自检和装置初始参数设定包括所要输出电压的频率等参数，触发中央控制与数据处理器6控制隔离驱动模块5驱动倍频电压发生器2工作,中央控制与数据处理器6控制隔离驱动模块5驱动倍频电压发生器2输出预先设定频率为f1的试验电压，试验电压依次经过二次滤波电路3、输出控制开关4，通过变压器套管和变压器绕组施加到被测有载分接开关10两端，有载分接开关10两端与电压电流传感器7连接，当被测有载分接开关10动作时，电压电流传感器7采集有载分接开关10电流、电压和角度，然后传送给中央控制与数据处理器6进行检测数据处理、分析、储存以及上传检测数据文件到计算机进行检测波形解析等工作。计算机通过显示器接口8和上位机接口9与中央控制与数据处理器6连接。
在本发明中，输入电源为单向220V交流电压，试验电压为正弦波三相倍频电压。图2是倍频电压发生器的原理图，倍频电压发生器是通过AC-DC-AC的双逆变电源来实现的，由于变压器有载分接开关动作特性检测要求检测电源输出频率恒定，电压稳定，纯正三相正弦波电压，因此倍频电压发生器2核心部件采用了输入滤波模块、整流模块和三组单相逆变模块，当输入电源（交流工作电源）经过输入滤波模块滤波和整流模块整流后，经过三组单相逆变模块形成了三相交流正弦波电压，该电压通过输出滤波模块滤波经过输出升压变压器升压，即可输出频率为f1的三相交流正弦波检测电压，三相正弦波检测电压的频率是通过控制是中央控制与数据处理器6通过控制隔离驱动模块5驱动三组单相逆变模块进行控制的。
本发明在使用时，首先通过中央控制与数据处理器6控制隔离驱动模块5驱动倍频电压发生器2输出预先设定频率为f1的正弦波电压，利用电压电流传感器7采集有载分接开关10电流、电压，得到一阻抗为Z1；通过中央控制与数据处理器6控制隔离驱动模块5驱动倍频电压发生器2输出预先设定频率为f2的正弦波电压，f2为f1的倍数关系，利用电压电流传感器7采集有载分接开关10电流、电压，得到一阻抗为Z2；由于所施加的正弦波交流信号频率为倍数关系（即f2=2f1），检测阻抗Z=R+jX，X为被检测***的电抗值，X=ωL=2πfL，R为被检测***的电阻值（主要为有载分接开关10接触电阻），倍频检测时当输入检测电压频率不同，X电抗也不同，倍频下的电抗检测结果具有：X2=2X1，R的电阻值不随频率改变而变化的特点，利用下面公式对测量波形解析计算，可获取有载分接开关10动作时其纯接触电阻值变化特性：
2Z1-Ζ2=2×(R+jX1)-(R+jX2)=2×(R+jX1)-(R+j2X1)=R（a）
中央控制与数据处理器6根据式（a）通过获取波形按照不同时刻波形解析计算，然后数据拟合得到有载分接开关10动作时其纯电阻值变化波形。
如图3所示的电路，是实现隔离模块的典型实例电路，采用光耦芯片TLP250及MOS管及电阻等器件实现的变频电源隔离驱动模块5。
如图4所示的电路，是实现三相倍频输出电压控制模块的典型实例电路，包括SG3525、中央控制处理器、DAC0832、ADC0809以及***电压、电流传感器、显示器、键盘，中央控制处理器利用ADC0809检测三相倍频输出电压、电流大小，通过运算然后利用DAC0832调节Ub、Uv来改变三极管集电极上电流，达到控制SG3525输出PWM脉冲频率和脉宽，驱动隔离驱动模块5，对三相倍频输出电压频率和幅值进行控制。
本发明在使用时，可以配合调用一个主控程序和一个检测数据分析程序，所述主控程序写在中央控制与数据处理器6的存储器中，所述检测数据分析程序是在本装置以外的上位机上进行的。
如图5所示，本发明对检测数据进行专业分析的流程，启动检测数据专业分析程序，通过调取测量数据文件，对每一个频率下数据比较分析，比较分析修正影响装置的因素，对倍频检测数据波形进行存储与显示。
启动检测数据专业分析程序对被检测***进行倍频检测数据分析，①利用倍频检测时每个频数据进行比较，对变压器有载分接开关10动作特性检测装置自身影响测量因素进行修正，提高测量准确性；②根据输入倍频电压检测阻抗具有的特点，按照下面计算方法对测量数据进行解析计算：
2Z1-Ζ2=2×(R+jX1)-(R+jX2)=2×(R+jX1)-(R+j2X1)=R
可以获取有载分接开关10动作时其纯接触电阻值，在被品上获取波形根据上述运算对不同时刻波形解析，通过计算数据拟合实现有载分接开关10动作时其真实纯接触电阻值变化波形和开关动作特性，实现有载分接开关10有效检测。
如图6所示，为本发明主控程序，主程序提供了装置启动、装置自检测、检测参数初始设定、输出电压控制与检测数据存储、显示测量波形等功能，检测前的装置自检、初始参数设定以及实时显示、数据存储，简化了检测流程，提高了检测效率和精度。
启动主程序时，首先测量仪器进行自检，设定初始测量参数，如果没有触发，则进入初始测量参数设定状态并且等待；如果触发则启动装置倍频电源，输出f1频率三相检测电压，在显示器上显示f1频率电压波形，测量结束对测量数据存储；f1频率测量后，进入测量判断状态，如果不继续测量，则结束；如果继续测量，那么启动倍频电源输出f2频率电压进行检测，显示f2频率三相检测电压波形，测量结束对测量数据存储。
从上述过程可以看出：本发明的装置和方法可以消除电感、电容效应问题对测量结果的影响，提高测量的精度及测量结果的唯一性，为正确检测评估设备状态提供真实有效的依据；其次利用倍频检测时每个频数据进行比较，对装置等影响测量因素进行修正，可以减小测量仪器自身的测量误差，提高检测精度及抗干扰能力。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种变压器有载分接开关检测装置，其特征在于：包括输入电源、输入电源控制开关(1)、中央控制与数据处理器(6)、倍频电压发生器(2)和隔离驱动模块(5)，当输入电源控制开关(1)导通时，倍频电压发生器(2)上电，中央控制与数据处理器(6)控制隔离驱动模块(5)驱动倍频电压发生器(2)输出预先设定频率的试验电压，试验电压依次经过二次滤波电路(3)、输出控制开关(4)，经过滤波的试验电压通过变压器套管和变压器绕组施加到被测有载分接开关(10)两端；有载分接开关(10)与电压电流传感器(7)连接，当被测有载分接开关(10)动作时，电压电流传感器(7)采集有载分接开关(10)电流、电压，然后通过中央控制与数据处理器(6)处理后传送到计算机上显示。
2.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关检测装置，其特征在于：所述试验电压为正弦波三相倍频电压。
3.根据权利要求2所述的变压器有载分接开关检测装置，其特征在于：所述倍频电压发生器(2)包括输入滤波模块、整流模块和三组单相逆变模块，输入电源经过输入滤波模块滤波和整流模块整流后，进入三组单相逆变模块提供检测电压，检测电压通过输出滤波模块滤波后进入输出升压变压器，输出升压变压器输出频率为预先设定频率的三相倍频输出电压，三相倍频输出电压频率切换与控制是中央控制与数据处理器(6)通过控制隔离驱动模块(5)驱动三组单相逆变模块进行的。
4.一种基于权利要求1至3任一项所述的变压器有载分接开关检测装置的检测方法，其特征在于：基于倍频正弦波检测以及利用波形解析与拟合方法，对倍频下被检测试品的电抗具有X2＝2X1，电阻R的值不随频率变化的特点，利用以下公式(a)对测量波形解析计算，实现有载分接开关动作时其纯接触电阻及开关动作特性有效检测
2Z1-Ζ2＝2×(R+jX1)-(R+jX2)＝2×(R+jX1)-(R+j2X1)＝R(a)
其中，Z1和X1分别为频率为f1时对应的阻抗和电抗，Ζ2和X2分别为频率为f2时对应的阻抗和电抗，f2＝2f1；R为电阻。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)通过中央控制与数据处理器(6)控制隔离驱动模块(5)驱动倍频电压发生器(2)输出预先设定频率为f1的正弦波电压，利用电压电流传感器(7)采集有载分接开关(10)电流、电压和角度，得到阻抗Z1；
2)通过中央控制与数据处理器(6)控制隔离驱动模块(5)驱动倍频电压发生器(2)输出预先设定频率为f2的正弦波电压，f2为f1的倍数关系，利用电压电流传感器(7)采集有载分接开关(10)电流、电压和角度，得到阻抗Z2；
3)中央控制与数据处理器(6)获取不同时刻阻抗Z1和阻抗Z2波形并解析计算，然后数据拟合得到有载分接开关(10)动作时其纯电阻R的变化波形，根据电阻R变化波形判断有载分接开关(10)可靠性。
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Denomination of invention: Device and method for detecting transformer on-load tap-changer Effective date of registration: 20190118 Granted publication date: 20160330 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd Nanjing City South Branch Pledgor: NANJING ZHUOSHI ELECTRIC CO., LTD. Registration number: 2019320000054 |
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Denomination of invention: Device and method for detecting transformer on-load tap-changer Effective date of registration: 20200319 Granted publication date: 20160330 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd Nanjing City South Branch Pledgor: NANJING ZHUOSHI ELECTRIC Co.,Ltd. Registration number: Y2020980000847 |
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Date of cancellation: 20201229 Granted publication date: 20160330 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Nanjing City South Branch Pledgor: NANJING ZHUOSHI ELECTRIC Co.,Ltd. Registration number: Y2020980000847 |