CN111983329A - 变压器对地介损的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种变压器对地介损的测试装置及方法，该装置包括：控制器、三通道高压继电器切换模块、三通道电流采集模块、三通道电压采集模块和三通道；控制器的输出端与三通道高压继电器切换模块的输入端连接，控制器的输入端与三通道电流采集模块及三通道电压采集模块的输出端连接；三通道高压继电器切换模块的输出端通过三通道电流采集模块和三通道电压采集模块与三通道的输入端连接；三通道中的三个通道的输出端分别与待测变压器的高、中、低压绕组连接。本发明通过高压继电器灵活配置各个通道为高压输出或者低压输入，实现了各个通道串入电流采集模块，从而可测量得到各个通道的电流，同时各个通道的电压采集模块可采集各自通道的电压。
Description
技术领域
本发明涉及介损测量领域，更具体地，涉及一种变压器对地介损的测试装置及方法。
背景技术
变压器作为电力***的核心设备，承担着电压转换、能量传输和电能分配的功能，其绝缘性能的好坏直接关系着电力***的运行可靠性，因绝缘***造成的事故约占变压器事故的85％以上。介质损耗是反映其绝缘状况的重要参数。一般通过对被试品施加激励信号(如极化去极化PDC法中的高压直流信号，频域FDS法中的高压交流信号)，测量激励下的电压电流响应，得到介电损耗等特征量，来反映设备绝缘功率损耗大小，并可提供设备绝缘材料的老化、含水量等信息，据此来评估绝缘***的优劣。
现有技术中的介质响应测试仪器，其输出通道只有一个，且电流测量模块一般置于低压侧的输入通道，虽然可以有效测量绕组之间的介损，评估绕组间油纸绝缘***受潮状态(输出的激励信号加入中压绕组，2个电流测量模块分别接入低压绕组和高压绕组，可以有效测量中-低以及中-高之间的介损以及油纸绝缘含水量情况)，但是在测量三绕组变压器各个绕组(高压、中压、低压三个绕组)对地的介损时，只能将三个绕组短接成整体，测试三绕组整体对地介损，不能分别得到各个绕组对地的介损。或者只能将激励信号输出至其中一个绕组，如中压绕组，另外两个绕组接地时，测得“对地”介损。但此“对地”介损，不是纯粹的中压绕组对地介损，该“对地”介损，引入了绕组相互间绝缘***介损的影响，因此严格意义上说，也不能得到各个绕组对地的介损。当某绕组对地绝缘故障时，需要反复切换介损仪与各绕组和地的接线，并通过多次试验才能确定故障绕组，严重影响测试效率。如当且仅当中压绕组对地绝缘故障时(其他绕组对地正常，绕组之间绝缘正常)，需要多次测量，才能锁定为中压绕组对地绝缘故障。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的变压器对地介损的测试装置及方法。用于解决现有技术在测量三绕组变压器各个绕组(高压、中压、低压三个绕组)对地的介损时，只能将三个绕组短接成整体，测试三绕组整体对地介损，不能分别得到各个绕组对地的介损的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种变压器对地介损的测试装置，该装置包括：控制器、三通道高压继电器切换模块、三通道电流采集模块、三通道电压采集模块和三通道；控制器的输出端与三通道高压继电器切换模块的输入端连接，控制器的输入端与三通道电流采集模块及三通道电压采集模块的输出端连接；三通道高压继电器切换模块的输出端通过三通道电流采集模块和三通道电压采集模块与三通道的输入端连接；三通道中的三个通道的输出端分别与待测变压器的高、中、低压绕组连接；三通道高压继电器切换模块用于根据从控制器接收的切换信号，将输入端切换至激励信号或地信号；三通道电流采集模块用于采集每个通道的电流数据；三通道电压采集模块用于采集每个通道的电压数据；控制器用于根据电流数据和电压数据分别计算变压器中每个绕组的对地介损值。
进一步，变压器对地介损的测试装置还包括功率模块；所述三通道高压继电器切换模块的输入端分别与所述功率模块和GND地连接，所述功率模块用于产生所述激励信号，所述GND地用于产生地信号。
进一步，变压器对地介损的测试装置还包括通讯模块；所述通讯模块与所述控制器连接，所述控制器用于通过所述通讯模块接收下发的指令，以产生所述切换信号。
进一步，所述三通道高压继电器切换模块包括三个高压继电器，每个所述高压继电器分别配置于一个通道；所述高压继电器用于切换激励信号或地信号，以使每个通道可被配置为高压输出或低压输入。
进一步，所述三通道电流采集模块包括三个电流测量模块，所以三通道电压采集模块包括三个电压测量模块；每个所述电流测量模块和每个所述电压测量模块配置于一个通道；
每个通道中，所述电流测量模块的输入端与所述高压继电器的输出端连接，所述电流测量模块的输出端与通道的输入端连接，所述电压测量模块分别与所述通道的输入端及GND地连接。
第二方面，本发明实施例提供了一种采用上述测试装置的变压器对地介损的测试方法，该方法包括：通过控制器控制三通道高压继电器切换模块的输入端切换至激励信号；通过三通道电流采集模块采集每个通道的电流数据，以及通过三通道电压采集模块采集每个通道的电压数据；通过控制器根据电流数据和电压数据分别计算变压器中每个绕组的对地介损值。
本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置及方法，通过高压继电器灵活配置各个通道为高压输出或者低压输入，实现了各个通道串入电流采集模块，从而可测量得到各个通道的电流，同时各个通道的电压采集模块可采集各自通道的电压。基于此，用户可测量三绕组变压器高压、中压、低压三个绕组对地的介损，而不受绕组间之间电位差的影响，从而获得准确的各绕组对地介损值。同时，可根据客户的需要和现场实际接线灵活配置各个通道为输出通道或者输入通道，具有极大的灵活性和更好的用户体验。
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的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的整体配置图；
图3为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的通道1的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的高压继电器切换模块示意图；
图5为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的电流采集模块示意图；
图6为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的电压采集模块示意图；
图7为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的控制器的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
现有技术中的介质响应测试仪器，其输出通道只有一个，且电流测量模块一般置于低压侧的输入通道，虽然可以有效测量绕组之间的介损，评估绕组间油纸绝缘***受潮状态(输出的激励信号加入中压绕组，2个电流测量模块分别接入低压绕组和高压绕组，可以有效测量中-低以及中-高之间的介损以及油纸绝缘含水量情况)，但是在测量三绕组变压器各个绕组(高压、中压、低压三个绕组)对地的介损时，只能将三个绕组短接成整体，测试三绕组整体对地介损，不能分别得到各个绕组对地的介损。或者只能将激励信号输出至其中一个绕组，如中压绕组，另外两个绕组接地时，测得“对地”介损。但此“对地”介损，不是纯粹的中压绕组对地介损，该“对地”介损，引入了绕组相互间绝缘***介损的影响，因此严格意义上说，也不能得到各个绕组对地的介损。当某绕组对地绝缘故障时，需要反复切换介损仪与各绕组和地的接线，并通过多次试验才能确定故障绕组，严重影响测试效率。如当且仅当中压绕组对地绝缘故障时(其他绕组对地正常，绕组之间绝缘正常)，需要多次测量，才能锁定为中压绕组对地绝缘故障。
因此，本发明实施例提供一种变压器对地介损的测试装置，通过高压继电器灵活配置各个通道为高压输出或者低压输入，实现了各个通道串入电流采集模块，从而可测量得到各个通道的电流，同时各个通道的电压采集模块可采集各自通道的电压。基于此，用户可测量三绕组变压器高压、中压、低压三个绕组对地的介损，而不受绕组间之间电位差的影响，从而获得准确的各绕组对地介损值。同时，可根据客户的需要和现场实际接线灵活配置各个通道为输出通道或者输入通道，具有极大的灵活性和更好的用户体验。以下结合附图通过多个实施例进行展开说明和介绍。
图1为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的整体配置图。参见图1-2，该装置包括控制器、三通道高压继电器切换模块、三通道电流采集模块、三通道电压采集模块和三通道；控制器的输出端与三通道高压继电器切换模块的输入端连接，控制器的输入端与三通道电流采集模块及三通道电压采集模块的输出端连接；三通道高压继电器切换模块的输出端通过三通道电流采集模块和三通道电压采集模块与三通道的输入端连接；三通道中的三个通道的输出端分别与待测变压器的高、中、低压绕组连接；三通道高压继电器切换模块用于根据从控制器接收的切换信号，将输入端切换至激励信号或地信号；三通道电流采集模块用于采集每个通道的电流数据；三通道电压采集模块用于采集每个通道的电压数据；控制器用于根据电流数据和电压数据分别计算变压器中每个绕组的对地介损值。
图3为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置的通道1的结构示意图。参见附图3，对本发明实施例提供的测试装置的原理进行说明：通过在每个通道配置高压继电器，用于切换激励信号或者地信号，使介质响应仪器的每个通道均可独立配置为高压(输出)或者低压(输入)。同时，每个通道配置有电流测量模块，将根据上述继电器的切换，悬浮置于高压侧，或置于接地的低压侧，例如以通道1为例的附图3所示。
在一个实施例中，该测试装置还包括功率模块；三通道高压继电器切换模块的输入端分别与功率模块和GND地连接，功率模块用于产生激励信号，GND地用于产生地信号。
具体地，激励信号可由介电响应装置的功率部分(即功率模块)产生。高压继电器，可根据MCU控制器的控制，切换选择激励信号或者GND。继电器输出部分，串入电流表，即电流测量模块，且并联电压表，即电压测量模块。最后通过CH通道，连接至被试品。
在一个实施例中，该测试装置还包括通讯模块；通讯模块与控制器连接，控制器用于通过通讯模块接收下发的指令，并产生切换信号。
参见附图2，其中，作为一种可选实施例，三通道高压继电器切换模块包括三个高压继电器，每个高压继电器分别配置于一个通道；高压继电器用于切换激励信号或地信号，以使每个通道可被配置为高压输出或低压输入。三通道电流采集模块包括三个电流测量模块，所以三通道电压采集模块包括三个电压测量模块；每个电流测量模块和每个电压测量模块配置于一个通道；每个通道中，电流测量模块的输入端与高压继电器的输出端连接，电流测量模块的输出端与通道的输入端连接，电压测量模块分别与通道的输入端及GND地连接。
基于上述测试装置的结构，以下对该测试装置的测试原理进行概述：当继电器切换至激励信号时(此通道相当于传统介损仪的输出通道)，电流表悬浮并置于高压侧，以达到在高压侧测量电流的目的；当继电器切换至GND地时(此通道相当于传统介损仪的输入通道)，电流表置于低压侧。无论继电器如何切换，电流表均可测量该通道流出或流入的电流。
具体地，当继电器切换至激励信号时(此通道相当于传统介损仪的输出通道)，电流表悬浮并置于高压侧，此时将该激励信号设计为电流测量部分的“地”电位，通过I-V转换电路将电流信号变为电压信号，再通过光耦器件将高压电压信号传送至低压测量部分，以达到测量高压侧电流的目的；当继电器切换至GND地时(此通道相当于传统介损仪的输入通道)，电流表置于低压侧，此时电流测量部分的参考电位为GND地电位。无论继电器如何切换，电流表均可自由切换该测量部分的“地”电位，从而进一步测量该通道流出或流入的电流。
并且，在测量三绕组对地介损时，通过人机交互接口，接收用户下发的命令(可通过通讯模块接收)，使MCU控制(即控制器)3个通道内的高压继电器节点与激励信号导通，因此CH1/2/3(三个通道)均为相同的激励信号，并分别加至高中低压绕组上。由于三个绕组为等电位，因此各绕组相互间无电流。通过各个通道串入的电流表(电流测试模块)测量得到的响应电流，即为各个通道对地的响应电流，同时各个通道的电压表(电压测量模块)采集各自的电压，可以据此计算出各个绕组对地介损值。
综上，本发明实施例提供的变压器对地介损的测试装置，通过高压继电器灵活配置各个通道为高压输出或者低压输入，实现了各个通道串入电流采集模块，从而可测量得到各个通道的电流，同时各个通道的电压采集模块可采集各自通道的电压。基于此，用户可测量三绕组变压器高压、中压、低压三个绕组对地的介损，而不受绕组间之间电位差的影响，从而获得准确的各绕组对地介损值。同时，可根据客户的需要和现场实际接线灵活配置各个通道为输出通道或者输入通道，具有极大的灵活性和更好的用户体验。
在一个实施例中，参见附图4，本发明实施例提供一种高压继电器切换模块的结构，其中，VOH为功率模块产生的高压激励源，由于3个通道的配置完全相同，下面仅对通道1进行说明，GNDH1代表CH1通道的高压或低压地。通过控制K1可以选择接通激励信号，即配置通道为输出模式，通过控制K3可以选择接通GND信号，K1和K3的导通是互斥关系。U1为继电器的驱动芯片ULN2803ADW。MCU STM32F103C8T6引脚18和引脚19分别控制信号“IO_VOH_CH1”和“IO_GND_CH1”，通过驱动芯片U1后，分别对高压继电器进行控制。高压继电器型号为：CRSTHV24V，绕组导通电压24V，结点耐压15kV，其耐压基本覆盖所有的介质响应激励电压的范围。当MCU引脚18为高、19脚为低时，即驱动芯片U1的1脚IO_VOH_CH1为高、2脚为低时，U1的18脚RE_VOH_CH1为低、19脚为高，此时继电器K1导通，K3不导通，GNDH1电压为激励信号VOH。当驱动芯片U1的1脚IO_VOH_CH1为低、2脚为高时，U1的18脚为高(24V)，19脚为低，此时继电器K1不导通，K2导致，GNDH1为GND地电平。
在一个实施例中，参见附图5，本发明实施例提供一种电流采集模块的结构，同样以通道1为例。超低偏置电流运算放大器U11的型号为OPA129，U11的3脚接GNDH1，GNDH1作为电流采样部分的参考“地”；U11的2脚为CH1_OUT，此引脚与通道CH1的输出/输入口电气连接，使其加载在被试品上。电阻R11为5.1Ω)，由于介损电流一般较小，所以设计的电流采样范围小于20mA。因此U11和电阻R11以及相应的电路，可将电流信号转为±0.1V及以下的电压信号(相对于GNDH1)，R13100Ω和C41nF组成一阶低通滤波器，截止频率约为159kHz，用于滤除高频噪声干扰。U9为光耦放大器AMC1300B，其放大倍数约为8倍，对高压信号隔离放大后U9的7脚为±0.8V(相对于低压地GND)。U10为仪表运放AD620AN，其引脚5接1.65V电压，R12为49.9kΩ，所以仪表运放的放大倍数约等于2倍，可将U11输出的±0.8V电压，转化为SAMP_IO_CH1电压信号，(±0.8)×2+1.65，属于[0,3.3V]区间，并将此信号，送入MCU的ADC引脚即MCU的11脚，供MCU的ADC模块进行采样，从而得到CH1_OUT的电流大小。
在一个实施例中，参见附图6，本发明实施例提供一种电压采集模块的结构，对于通道1的电压CH1_OUT，本设计中，激励电压范围为±500V，U2为运放OPA277，电阻R3为50MΩ玻璃釉电阻，R2为150kΩ电阻，放大倍数为：150k/50M＝0.003，因此可将±500V电压转换为±1.5V电压。D1为开关二极管，用于保护运放U2。R4100Ω和C11nF组成低通滤波器。U3为仪表运放AD620AN，U3的5脚接1.65V电压，使6脚上的输出电压SAMP_VO_CH1＝(±1.5)+1.65，属于[0,3.3V]区间，MCU的ADC模块可对其采样。U3的6脚，连接U5MCU的14脚，用于采集电压。
在一个实施例中，参见附图7，本发明实施例提供一种控制器的结构，U5控制的型号为STM32F103C8T6，其11脚到13脚分别采集通道1/2/3的电流大小，14脚至16脚分别采集通道1/2/3的电压。34和37脚为烧写程序的下载口，18脚和19脚用于控制通道1的两个继电器，20脚和39脚用于控制通道2的两个继电器，40脚和41脚用于控制通道3的两个继电器。21脚和22脚用于和通信模块进行数据交互。5脚为晶振信号输入引脚。Y1为25M有源晶振。
图8为本发明实施例提供的变压器对地介损的测试方法的流程示意图，参见附图8，本发明实施例提供一种采用上述实施例提供的装置的变压器对地介损的测试方法，包括但不限于如下步骤：
步骤101、通过控制器控制三通道高压继电器切换模块的输入端切换至激励信号；
步骤102、通过三通道电流采集模块采集每个通道的电流数据，以及通过三通道电压采集模块采集每个通道的电压数据；
步骤103、通过控制器根据电流数据和电压数据分别计算变压器中每个绕组的对地介损值。
具体地，测量三绕组对地介损时，通过人机交互接口，接收用户下发的命令，使MCU控制3个通道内的高压继电器节点与激励信号导通，因此CH1/2/3均为相同的激励信号，并分别加至高中低压绕组上。由于三个绕组为等电位，因此各绕组相互间无电流。通过各个通道串入的电流表(电流测试模块)测量得到的响应电流，即为各个通道对地的响应电流，同时各个通道的电压表(电压测量模块)采集各自的电压，可以据此计算出各个绕组对地介损值。
本发明实施例提供的变压器对地介损的测试方法，通过高压继电器灵活配置各个通道为高压输出或者低压输入，实现了各个通道串入电流采集模块，从而可测量得到各个通道的电流，同时各个通道的电压采集模块可采集各自通道的电压。基于此，用户可测量三绕组变压器高压、中压、低压三个绕组对地的介损，而不受绕组间之间电位差的影响，从而获得准确的各绕组对地介损值。同时，可根据客户的需要和现场实际接线灵活配置各个通道为输出通道或者输入通道，具有极大的灵活性和更好的用户体验。
本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
最后应说明的是：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 (6)
1.一种变压器对地介损的测试装置，其特征在于，包括：控制器、三通道高压继电器切换模块、三通道电流采集模块、三通道电压采集模块和三通道；所述控制器的输出端与所述三通道高压继电器切换模块的输入端连接，所述控制器的输入端与所述三通道电流采集模块及所述三通道电压采集模块的输出端连接；所述三通道高压继电器切换模块的输出端通过所述三通道电流采集模块和所述三通道电压采集模块与所述三通道的输入端连接；所述三通道中的三个通道的输出端分别与待测变压器的高、中、低压绕组连接；
所述三通道高压继电器切换模块用于根据从所述控制器接收的切换信号，将输入端切换至激励信号或地信号；
所述三通道电流采集模块用于采集每个通道的电流数据；
所述三通道电压采集模块用于采集每个通道的电压数据；
所述控制器用于根据所述电流数据和所述电压数据分别计算所述变压器中每个绕组的对地介损值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括功率模块；
所述三通道高压继电器切换模块的输入端分别与所述功率模块和GND地连接，所述功率模块用于产生所述激励信号，所述GND地用于产生地信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括通讯模块；
所述通讯模块与所述控制器连接，所述控制器用于通过所述通讯模块接收下发的指令，以产生所述切换信号。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三通道高压继电器切换模块包括三个高压继电器，每个所述高压继电器分别配置于一个通道；所述高压继电器用于切换激励信号或地信号，以使每个通道可被配置为高压输出或低压输入。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述三通道电流采集模块包括三个电流测量模块，所以三通道电压采集模块包括三个电压测量模块；每个所述电流测量模块和每个所述电压测量模块配置于一个通道；
每个通道中，所述电流测量模块的输入端与所述高压继电器的输出端连接，所述电流测量模块的输出端与通道的输入端连接，所述电压测量模块分别与所述通道的输入端及GND地连接。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述装置的变压器对地介损的测试方法，其特征在于，包括：
通过控制器控制三通道高压继电器切换模块的输入端切换至激励信号；
通过三通道电流采集模块采集每个通道的电流数据，以及通过三通道电压采集模块采集每个通道的电压数据；
通过所述控制器根据所述电流数据和所述电压数据分别计算所述变压器中每个绕组的对地介损值。
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2020
- 2020-08-25 CN CN202010865810.9A patent/CN111983329A/zh active Pending
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