CN108508271B - 一种变压器扫频阻抗测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变压器扫频阻抗测试装置，解决了传统的测试方法对采样***的要求极高，难以保证采样精度的技术问题。本发明装置包括：扫频源、功率放大器、第一测量电阻、第二测量电阻、硬件除法器和真有效值转换电路；扫频源的输出端与功率放大器的输入端连接；功率放大器的输出端分别与变压器的输入端以及硬件除法器的第一输入端连接；第一测量电阻连接于功率放大器与变压器之间；变压器的输出端与硬件除法器的第二输入端连接；变压器的输出端还通过第二测量电阻接地；硬件除法器的输出端与真有效值转换电路的输入端连接。
Description
技术领域
本发明涉及变压器测量技术领域，尤其涉及一种变压器扫频阻抗测试装置。
背景技术
在电力***中，变压器是昂贵且重要的设备之一。由于其内部结构的特殊性，人员操作失误、雷电流冲击和负载量突变等因素都会对运行中的变压器造成极为严重的损坏。当变压器遭受短路冲击电流时，其绕组由于强大的电动力会发生扭曲、塌陷和位移等永久变形，如不及时发现和修复，累积效应会使变形进一步发展，进而引起绕组外部绝缘失效，并最终造成整个电力***出现停电事故。正确及时的对变压器绕组状态进行检测，能够最大限度保证变压器的安全运行，从而延长变压器的工作寿命。
早期的变压器检修大多为人工吊罩检查，该方法耗时耗力，且效果一般，操作不当还会引起绝缘受潮。为了解决以上问题，人们提出了基于扫频阻抗检测的变压器无损检测方法-扫频阻抗法。
扫频阻抗法是一种结合频率响应分析法和短路阻抗法优点的新型变压器无损检测方法。该方法通过比较10Hz-1MHz频率下短路阻抗值的偏差，可以准确判别绕组的状况，根据变压器频率-阻抗曲线(即扫频阻抗曲线)的改变，能够确定故障的类型和位置，其测试***如图2所示。
阻抗求解公式如下所示：
其中，jω是复数角度，Zk(jω)是复数阻抗，Ui(jω)是复数输入电压，Uo(jω)是复数输出电压，I1(jω)是复数输出电流，α是采样电阻系数。由公式(1)可以看出，如何在10Hz-1MHz频率下都能准确测量变压器的复数短路阻抗，并最终求解出复数短路阻抗的模|Zk1(jω)|是一个难题。
传统的测试方法图3所示，用高速采集卡采集Ui(jω)和Uo(jω)，由于计算中需要准确计算Ui(jω)和Uo(jω)的相位和幅值，为了满足相位和幅值1％的精度要求，在输入信号为1MHz的极端情况下，需要100MHz的采样频率，同时还要高精度采样，存在对采样***的要求极高，难以保证采样精度的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种变压器扫频阻抗测试装置，解决了传统的测试方法对采样***的要求极高，难以保证采样精度的技术问题。
本发明提供了一种变压器扫频阻抗测试装置，包括：
扫频源、功率放大器、第一测量电阻、第二测量电阻、硬件除法器和真有效值转换电路；
所述扫频源的输出端与所述功率放大器的输入端连接；
所述功率放大器的输出端分别与变压器的输入端以及所述硬件除法器的第一输入端连接；
所述第一测量电阻连接于所述功率放大器与所述变压器之间；
所述变压器的输出端与所述硬件除法器的第二输入端连接；
所述变压器的输出端还通过所述第二测量电阻接地；
所述硬件除法器的输出端与所述真有效值转换电路的输入端连接。
可选地，本发明提供的一种变压器扫频阻抗测试装置还包括：
数据采集卡；
所述数据采集卡的输入端与所述真有效值转换电路的输出端连接。
可选地，所述扫频源产生正弦信号。
可选地，所述功率放大器将所述正弦信号的电压幅值放大至至少20V，将所述正弦信号的电流幅值放大至至少1A。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种变压器扫频阻抗测试装置，包括：扫频源、功率放大器、第一测量电阻、第二测量电阻、硬件除法器和真有效值转换电路；所述扫频源的输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的输出端分别与变压器的输入端以及所述硬件除法器的第一输入端连接；所述第一测量电阻连接于所述功率放大器与所述变压器之间；所述变压器的输出端与所述硬件除法器的第二输入端连接；所述变压器的输出端还通过所述第二测量电阻接地；所述硬件除法器的输出端与所述真有效值转换电路的输入端连接。
本发明通过硬件除法器和真有效值转换电路对扫频源发出的测量信号进行处理，提高了变压器阻抗测量的精度，且利用硬件除法器在时域中的特性，保留了复数除法的相位特性，保证了测试结果的正确性，解决了传统的测试方法对采样***的要求极高，难以保证采样精度的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种变压器扫频阻抗测试装置的结构示意图；
图2为变压器扫频阻抗测试的等效电路图；
图3为传统的变压器扫频阻抗测试装置的结构示意图；
其中，附图标记为：
1、扫频源；2、功率放大器；3、第一测量电阻；4、第二测量电阻；5、变压器；6、硬件除法器；7、真有效值转换电路；8、数据采集卡；9、电脑。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种变压器扫频阻抗测试装置，解决了传统的测试方法对采样***的要求极高，难以保证采样精度的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种变压器扫频阻抗测试装置的一个实施例，包括：
扫频源1、功率放大器2、第一测量电阻3、第二测量电阻4、硬件除法器6和真有效值转换电路7；
扫频源1的输出端与功率放大器2的输入端连接；
功率放大器2的输出端分别与变压器5的输入端以及硬件除法器6的第一输入端连接；
第一测量电阻3连接于功率放大器2与变压器5之间；
变压器5的输出端与硬件除法器6的第二输入端连接；
变压器5的输出端还通过第二测量电阻4接地；
硬件除法器6的输出端与真有效值转换电路7的输入端连接；
需要说明的是，由于硬件除法器6是模拟电路，其除法是在时域中完成，可以有效的完成
运算。硬件除法器6输入的Ui(jω)、Uo(jω)是10Hz-1MHz频率下的正弦波电压信号，得到除法结果Zk1(jω)也是一个正弦电压信号，Zk1(jω)中完整保留了相位和幅值特征。
真有效值转换电路7可以把不同频率正弦电压信号的有效值转换成直流电压输出，对于本测试装置，可以将10Hz-1MHz频率下的正弦波电压信号Zk1(jω)转换成|Zk1(jω)|对应的直流电压信号。
本发明实施例通过硬件除法器6和真有效值转换电路7对扫频源1发出的测量信号进行处理，提高了变压器5阻抗测量的精度，且利用硬件除法器6在时域中的特性，保留了复数除法的相位特性，保证了测试结果的正确性，解决了传统的测试方法对采样***的要求极高，难以保证采样精度的技术问题。
进一步地，本发明实施例提供的一种变压器扫频阻抗测试装置还包括：
数据采集卡8；
数据采集卡的输入端与真有效值转换电路7的输出端连接；
需要说明的是，相对于传统测试方案中的数据采集卡8，新方案中采集卡只需要高精度的采集真有效值转换电路7输出的|Zk1(jω)|对应的直流电压信号即可，100Hz的采样速率就可以满足要求，此时可以选用速率低但精度更高的采集卡，大幅度的降低了采集卡的成本和难度，同时大幅度提高了采样的精度；数据采集卡8与电脑9连接，将采集到的数据发送至电脑9进行后续的计算和分析。
进一步地，扫频源1产生正弦信号。
进一步地，功率放大器2将正弦信号的电压幅值放大至至少20V，将正弦信号的电流幅值放大至至少1A。
本发明实施例提供的一种变压器扫频阻抗测试装置的工作方式如下：
S1)扫频源1按照扫频频率节点要求输出10Hz-1MHz的正弦电压小信号；
S2)功率放大器2放大小信号正弦电压波形，放大信号的最大电压值要求不低于20V，输出最大电流要求不低于1A；
S3)将放大后的信号输入待测变压器5；
S4)通过第一测量电阻3、第二测量电阻4转换，将输入电压Ui和输出电压Uo送入到硬件除法器6电路，完成时域下的正弦电压信号除法运算，并输出对应除法结果的正弦电压信号Zk1；
S5)将硬件除法器6的输出信号输入到真有效值转换电路7，将正弦电压信号的有效值转换成直流电压信号；
S6)将直流电压信号输入采集卡，并完成电压信号的高精度采集；
S7)将采集的电压电流数据送入电脑9进行计算和分析；
S8)得出变压器5运行情况的相关结论。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种变压器扫频阻抗测试装置，其特征在于，包括：
扫频源、功率放大器、第一测量电阻、第二测量电阻、硬件除法器和真有效值转换电路；
所述扫频源的输出端与所述功率放大器的输入端连接；
所述功率放大器的输出端分别与变压器的输入端以及所述硬件除法器的第一输入端连接；
所述第一测量电阻连接于所述功率放大器与所述变压器之间；
所述变压器的输出端与所述硬件除法器的第二输入端连接；
所述变压器的输出端还通过所述第二测量电阻接地；
所述硬件除法器的输出端与所述真有效值转换电路的输入端连接；
数据采集卡；
所述数据采集卡的输入端与所述真有效值转换电路的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的变压器扫频阻抗测试装置，其特征在于，所述扫频源产生正弦信号。
3.根据权利要求2所述的变压器扫频阻抗测试装置，其特征在于，所述功率放大器将所述正弦信号的电压幅值放大至至少20V，将所述正弦信号的电流幅值放大至至少1A。
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