CN112051526B - 一种用于变压器模型励磁特性测试的试验平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于变压器模型励磁特性测试的试验平台及方法，所述试验平台包括变压器模型、交流电源、电阻器、调压器、第一功率分析仪、第二功率分析仪、第二联动开关、第三联动开关以及电流互感器；所述交流电源、电阻器、调压器、第一功率分析仪以及变压器模型的一次绕组依次串联形成一次回路，所述第二功率分析仪与所述变压器模型的二次绕组串联形成二次回路，所述电流互感器用于测量所述一次回路的电流数据并传输给第二功率分析仪。本发明提供的用于变压器模型励磁特性测试的试验平台不仅通过测量可以得到变压器的磁性能数据，又能真实反映变压器在实际工作状态下的电磁性能，有利于提高变压器产品的电磁分析及优化设计。

Description

一种用于变压器模型励磁特性测试的试验平台及方法

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，更具体地，涉及一种用于变压器模型励磁特性测试的试验平台及方法。

背景技术

大型电力变压器中的铁心采用取向硅钢片叠片而成，而不同形式的铁心中的空载损耗、空载电流、杂散损耗、局部过热问题是电力变压器设计中的重点问题。大量的研究结果表明，不论是磁性能材料中的电磁场分布，还是损耗分布，其结果的准确性和有效性取决于磁性材料在叠成铁心后变压器实际工作状态下的电磁性能。而电工材料供应商提供的电磁性能数据通常是在标准规定的条件下测量得出的。实际变压器铁心中存在接缝形式，即接缝处存在空气气隙，导致设计人员无法对电力变压器铁心的磁场和损耗分布进行精确地计算。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于变压器模型励磁特性测试的试验平台及方法，旨在解决现有技术中存在的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种用于变压器模型励磁特性测试的试验平台，包括变压器模型、交流电源、电阻器、调压器、第一功率分析仪、第二功率分析仪、第二联动开关、第三联动开关以及电流互感器；

所述交流电源、电阻器、调压器、第一功率分析仪以及变压器模型的一次绕组依次串联形成一次回路，所述第二联动开关的第一动触点连接于所述调压器的调压端与所述第一功率分析仪之间，所述第二联动开关的第二动触点连接于所述交流电源与所述一次绕组之间；

所述第二功率分析仪与所述变压器模型的二次绕组串联形成二次回路，所述第三联动开关的第一动触点连接于所述二次绕组的第一极与所述第二功率分析仪的第一极之间，所述第三联动开关的第二动触点连接于所述二次绕组的第二极与所述第二功率分析仪的第二极之间；

所述第二联动开关的第一动触点与所述第一功率分析仪之间的导线穿过所述电流互感器的感应线圈，所述电流互感器的输出端与所述第二功率分析仪相连接。

优选地，所述一次回路还包括第一联动开关和电压表；

所述第一联动开关的第一动触点连接于所述交流电源与所述电阻器之间，所述第一联动开关的第二动触点连接于所述交流电源与所述第二联动开关的第二动触点之间；

所述电压表的第一极连接于所述调压器的调压端与所述第二联动开关的第一动触点之间，所述电压表的第二极连接于所述第一联动开关的第二动触点与所述第二联动开关的第二动触点之间。

优选地，所述变压器模型采用不同接缝形式的爱波斯坦方圈铁心模型。

根据本发明的第二方面，提供一种用于变压器模型励磁特性测试的方法，包括：

步骤一、搭建如上所述的试验平台；

步骤二、验证所述试验平台的测量回路；

步骤三、对所述变压器模型进行退磁处理；

步骤四、闭合所述第一联动开关、第二联动开关和第三联动开关，测量并记录所述变压器模型的励磁电流数据、电压波形数据和损耗数据；

步骤五、根据所述步骤四中记录的数据，绘制磁化特性曲线和损耗曲线，并根据测量的曲线数据，进行损耗的拟合计算。

优选地，所述步骤二中，验证所述试验平台的测量回路，如果正常，则进入步骤三，如果不正常，则对所述测量回路检查并排除故障后重新进行验证，直至正常。

优选地，所述步骤二包括：

闭合所述一次回路的第一联动开关，断开所述第二联动开关，对所述调压器进行升压，查看所述一次回路中的电压表的读数，如果所述电压表读数逐渐增大，则说明供电正常，可进行试验。

优选地，所述步骤二还包括：

将所述调压器归零，闭合所述第一联动开关和第二联动开关，断开所述第三联动开关，查看所述第一功率分析仪的电流读数，如果电流读数为零，则说明测量回路正常；将所述调压器升压至所述变压器模型的额定电压，记录所述第一功率分析仪采集的电流和电压数据，闭合所述第三联动开关，记录所述第二功率分析仪采集的电流和电压数据，比较两次采集的电流和电压数据，如果结果相同，则可继续进行试验。

优选地，所述步骤三包括：

将所述调压器归零，断开所述第三联动开关，闭合所述第一联动开关和第二联动开关，短接所述第一功率分析仪上的电流输入端子，所述调压器升压，使得所述变压器模型的铁心磁密达到2.0T以上，然后逐步降压到零。

优选地，所述步骤四中，闭合所述第一联动开关、第二联动开关和第三联动开关，按估算电压数据调节所述调压器，逐步升压，用所述第一功率分析仪和第二功率分析仪测量并记录所述变压器模型的励磁电流数据、电压波形数据和损耗数据；其中，所述估算电压数据为使得所述变压器模型的铁心磁密达到2.0T以上时的阈值电压。

优选地，所述步骤四还包括：

根据升压过程中各电压点的平均值和有效值，求出电压的畸变率，当波形系数超过1.5％时，停止升压；然后逐步降压并进行相应各电压点的测量和记录，考察试验数据的重复性。

本发明提供的用于变压器模型励磁特性测试的试验平台及方法，可以对变压器模型中铁心励磁特性进行测试，并能够分离铁心接缝区和柱轭区的损耗；可以测量变压器模型在不同饱和程度下的感应电压、励磁电流和相应的波形；可以得到变压器模型中铁心在不同饱和条件下的磁化特性曲线和损耗曲线。不仅通过测量可以得到变压器的磁性能数据，又能真实反映变压器在实际工作状态下的电磁性能，有利于提高变压器产品的电磁分析及优化设计。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了根据本发明实施例的用于变压器模型励磁特性测试的试验平台的电路结构图。

图中：变压器模型1、一次绕组2、二次绕组3、交流电源4、电阻器5、调压器6、电压表7、第一功率分析仪8、第二功率分析仪9、电流互感器10、第一联动开关11、第二联动开关12、第三联动开关13。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

参照图1，本发明提供一种用于变压器模型励磁特性测试的试验平台，所述试验平台包括变压器模型1、交流电源4、电阻器5、调压器6、第一功率分析仪8、第二功率分析仪9、第二联动开关12、第三联动开关13以及电流互感器10。

所述交流电源4、电阻器5、调压器6、第一功率分析仪8以及变压器模型1的一次绕组2依次串联形成一次回路，第二联动开关12的第一动触点连接于调压器6的调压端与第一功率分析仪8之间，第二联动开关12的第二动触点连接于交流电源4与所述一次绕组2之间；

第二功率分析仪9与变压器模型1的二次绕组3串联形成二次回路，第三联动开关13的第一动触点连接于所述二次绕组3的第一极与第二功率分析仪9的第一极之间，第三联动开关13的第二动触点连接于所述二次绕组3的第二极与第二功率分析仪9的第二极之间；

第二联动开关13的第一动触点与第一功率分析仪9之间的导线穿过电流互感器10的感应线圈，电流互感器10的输出端与第二功率分析仪9相连接。

所述一次回路中还包括第一联动开关11和电压表7，第一联动开关11的第一动触点连接于交流电源4与电阻器5之间，第一联动开关11的第二动触点连接于交流电源4与第二联动开关12的第二动触点之间；

电压表7的第一极连接于调压器6的调压端与第二联动开关12的第一动触点之间，电压表7的第二极连接于第一联动开关11的第二动触点与第二联动开关12的第二动触点之间。

本实施例中，变压器模型1采用不同接缝形式的爱波斯坦方圈铁心模型。

本发明还提供一种用于变压器模型励磁特性测试的方法，包括：

步骤一、搭建如上所述的用于变压器模型励磁特性测试的试验平台。

根据图1所示的电路结构图，搭建用于变压器模型励磁特性测试的试验平台。其中，第一功率分析仪8用于测量变压器模型1的一次绕组2，第二功率分析仪9用于测量变压器模型1的二次绕组3，第三联动开关13用于闭合或断开测量变压器模型1的二次绕组3和第二功率分析仪9之间的连接。

步骤二、验证试验平台的测量回路。

该步骤中，验证所述试验平台的测量回路，如果正常，则进入步骤三，如果不正常，则对所述测量回路检查并排除故障后重新进行验证，直至正常。

所述验证试验平台的测量回路具体操作流程如下：

闭合第一联动开关11，断开第二联动开关12，对调压器6进行升压，查看电压表7的读数，若电压表7读数逐渐增大，则说明供电正常，可进行试验。将调压器6归零，闭合第一联动开关11和第二联动开关12，断开第三联动开关13，查看第一功率分析仪8的电流读数，如果电流读数为零，则说明测量回路正常。将调压器6升压至变压器模型1的额定电压，记录第一功率分析仪8采集的电流和电压数据，闭合第三联动开关13，记录第二功率分析仪9采集的电流和电压数据，比较两次采集的电流和电压数据，如果结果相同，则可继续进行试验。

其中，第一功率分析仪8测量变压器模型1一次绕组2的电流和电压数据；第二功率分析仪9测量变压器模型1二次绕组3的电压数据，以及通过电流互感器10测量变压器模型1一次绕组2的电流数据。本实施例中的变压器模型1的一次绕组2和二次绕组3等匝数。

步骤三、对变压器模型进行退磁处理。

在对变压器模型励磁特性测试前需要对变压器模型1进行退磁处理，具体操作流程如下：

将调压器6归零，断开第三联动开关13，闭合第一联动开关11和第二联动开关12，短接第一功率分析仪8上的电流输入端子，调压器6升压，使得变压器模型1的铁心磁密达到2.0T以上，然后逐步降压到零。注意降压时要连续、平稳、慢速。

步骤四、闭合第一联动开关、第二联动开关和第三联动开关，测量并记录变压器模型的励磁电流数据、电压波形数据和损耗数据。

该步骤具体操作如下：

闭合第一联动开关11、第二联动开关12和第三联动开关13，按估算电压数据调节调压器6，逐步升压，用第一功率分析仪8和第二功率分析仪9测量并记录变压器模型1的励磁电流数据、电压波形数据和损耗数据；其中，估算电压数据为使得变压器模型1的铁心磁密达到2.0T以上时的阈值电压。

根据升压过程中各电压点的平均值和有效值，求出电压的畸变率，当波形系数超过1.5％时，停止升压；然后逐步降压并进行相应各电压点的测量和记录，考察试验数据的重复性。

其中，升压过程中选取的各电压点应均匀，以方便后期根据记录的数据进行绘制曲线。

步骤五、根据步骤四中记录的数据，绘制磁化特性曲线和损耗曲线，并根据测量的曲线数据，进行损耗的拟合计算。

该步骤中，将所述步骤四中记录的数据进行处理，分别计入相应表格，绘制磁化特性曲线(B-H曲线)和损耗曲线(B-P曲线)，并根据测量的曲线数据，进行损耗的拟合计算。

本发明的用于变压器模型励磁特性测试的试验平台，可以测量变压器模型的空载损耗和空载电流，基于该试验平台可以分析变压器铁心在不同接缝形式下的损耗分布特征和励磁特性，通过对变压器铁心模型的测试，其成果可转换到变压器空载损耗及空载电流计算的数据支撑。

本发明提供的用于变压器模型励磁特性测试的试验平台，可以对变压器模型中铁心励磁特性进行测试，并能够分离铁心接缝区和柱轭区的损耗；可以测量变压器模型在不同饱和程度下的感应电压、励磁电流和相应的波形；可以得到变压器模型中铁心在不同饱和条件下的磁化特性曲线和损耗曲线。不仅通过测量可以得到变压器的磁性能数据，又能真实反映变压器在实际工作状态下的电磁性能，有利于提高变压器产品的电磁分析及优化设计。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种用于变压器模型励磁特性测试的方法，其特征在于，包括：

步骤一、搭建试验平台，所述试验平台包括变压器模型、交流电源、电阻器、调压器、第一功率分析仪、第二功率分析仪、第二联动开关、第三联动开关以及电流互感器；所述交流电源、电阻器、调压器、第一功率分析仪以及变压器模型的一次绕组依次串联形成一次回路，所述第二联动开关的第一动触点连接于所述调压器的调压端与所述第一功率分析仪之间，所述第二联动开关的第二动触点连接于所述交流电源与所述一次绕组之间；所述第二功率分析仪与所述变压器模型的二次绕组串联形成二次回路，所述第三联动开关的第一动触点连接于所述二次绕组的第一极与所述第二功率分析仪的第一极之间，所述第三联动开关的第二动触点连接于所述二次绕组的第二极与所述第二功率分析仪的第二极之间；所述第二联动开关的第一动触点与所述第一功率分析仪之间的导线穿过所述电流互感器的感应线圈，所述电流互感器的输出端与所述第二功率分析仪相连接；

所述一次回路还包括第一联动开关和电压表；所述第一联动开关的第一动触点连接于所述交流电源与所述电阻器之间，所述第一联动开关的第二动触点连接于所述交流电源与所述第二联动开关的第二动触点之间；所述电压表的第一极连接于所述调压器的调压端与所述第二联动开关的第一动触点之间，所述电压表的第二极连接于所述第一联动开关的第二动触点与所述第二联动开关的第二动触点之间；

所述变压器模型采用不同接缝形式的爱波斯坦方圈铁心模型；

步骤二、验证所述试验平台的测量回路；

步骤三、对所述变压器模型进行退磁处理；将所述调压器归零，断开所述第三联动开关，闭合所述第一联动开关和第二联动开关，短接所述第一功率分析仪上的电流输入端子，所述调压器升压，使得所述变压器模型的铁心磁密达到2.0T以上，然后逐步降压到零；

步骤四、闭合所述第一联动开关、第二联动开关和第三联动开关，测量并记录所述变压器模型的励磁电流数据、电压波形数据和损耗数据；闭合所述第一联动开关、第二联动开关和第三联动开关，按估算电压数据调节所述调压器，逐步升压，用所述第一功率分析仪和第二功率分析仪测量并记录所述变压器模型的励磁电流数据、电压波形数据和损耗数据；其中，所述估算电压数据为使得所述变压器模型的铁心磁密达到2.0T以上时的阈值电压；

步骤五、根据所述步骤四中记录的数据，绘制磁化特性曲线和损耗曲线，并根据测量的曲线数据，进行损耗的拟合计算。

2.根据权利要求1所述的用于变压器模型励磁特性测试的方法，其特征在于，所述步骤二中，验证所述试验平台的测量回路，如果正常，则进入步骤三，如果不正常，则对所述测量回路检查并排除故障后重新进行验证，直至正常。

3.根据权利要求2所述的用于变压器模型励磁特性测试的方法，其特征在于，所述步骤二包括：

闭合所述一次回路的第一联动开关，断开所述第二联动开关，对所述调压器进行升压，查看所述一次回路中的电压表的读数，如果所述电压表读数逐渐增大，则说明供电正常，可进行试验。

4.根据权利要求3所述的用于变压器模型励磁特性测试的方法，其特征在于，所述步骤二还包括：

将所述调压器归零，闭合所述第一联动开关和第二联动开关，断开所述第三联动开关，查看所述第一功率分析仪的电流读数，如果电流读数为零，则说明测量回路正常；将所述调压器升压至所述变压器模型的额定电压，记录所述第一功率分析仪采集的电流和电压数据，闭合所述第三联动开关，记录所述第二功率分析仪采集的电流和电压数据，比较两次采集的电流和电压数据，如果结果相同，则可继续进行试验。

5.根据权利要求1所述的用于变压器模型励磁特性测试的方法，其特征在于，所述步骤四还包括：

根据升压过程中各电压点的平均值和有效值，求出电压的畸变率，当波形系数超过1.5％时，停止升压；然后逐步降压并进行相应各电压点的测量和记录，考察试验数据的重复性。