CN116106659A - 一种配电变压器能效高精度测试***及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电变压器能效高精度测试***及应用，包括试验控制模块、测试单元、切换线单元、高精度多通道测量模块、输出单元；测试单元的若干测试模块均与切换线单元连接，切换线单元经高精度多通道测量模块与输出单元连接；试验控制模块与测试模块及切换线单元连接；试验控制模块控制测试单元和切换模块工作；测试模块对测试变压器的不同能效试验模式进行测试；切换线单元对测试模块切换，切换不同能效试验模式时的控制电路及线路；高精度多通道测量模块实时采集各端口电压电流，并根据不同试验模式换算不同试验结果数值。本方案实现不同能效试验项目测试，且高度集成多个不同测试模块最大程度缩小设备体积，提高现场试验便携性。

Description

一种配电变压器能效高精度测试***及应用

技术领域

本发明涉及测试设备，具体涉及一种配电变压器能效高精度测试***及应用。

背景技术

变压器是电力***中最重要的设备之一，是保证供电可靠性的基础。而作为电网核心装备的配电变压器，其损耗约占输配电电力损耗的40％-50％。随着整个经济的高速发展，对变压器的需求量还将不断增加，然而随着电力变压器装机量的增加，其自身所消耗的能量也越来越大。

随着《电力变压器能效限定值及能效等级》(GB-20052-2020)正式实施，高效节能变压器成为市场热点，大幅采购增长趋势明显，为确保每台投运的配电变压器满足能效等级要求，对变压器开展能效试验检测尤为重要，现场批量化开展变压器能效检测已是大势所趋，然而传统模式下，变压器测试仪功能单一，试验过程中需频繁变更试验仪器及试验接线，试验过程人工记录试验数据，普遍存在工作强度大、作业效率低、安全风险高、检测结果不准确等不足。

面对高效节能变压器大幅采购的增长趋势和现场试验的迫切需求，亟需研制一款高精度配电变压器能效测试仪，实现高效节能型配电变压器能效检测试验“安全、规范、高效、受控”，可直接满足高效配变能效检定就地、批量化开展的需求，同时促进仓库减员增效、降低现场试验人员技术门槛，为打造现代、绿色、智慧供应链提供坚强支撑。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种配电变压器能效高精度测试***及应用，该方案能够实现不同的能效试验项目的测试，且高度集成多个不同的测试模块最大程度缩小设备体积，提高现场试验便携性。

技术方案：本发明的一种配电变压器能效高精度测试***，包括试验控制模块、测试单元、切换线单元、高精度多通道测量模块、输出单元；其中，所述测试单元包括若干测试模块，若干测试模块均与切换线单元电连接，切换线单元通过高精度多通道测量模块与输出单元电连接；所述试验控制模块分别与测试单元的若干测试模块以及切换线单元连接；所述试验控制模块控制测试单元的若干测试模块和切换模块按照测试流程进行工作；所述测试单元中不同的测试模块分别对测试变压器的不同能效试验模式进行测试；所述切换线单元对测试单元的若干测试模块进行切换，从而切换不同能效试验模式时的控制电路及线路；所述高精度多通道测量模块实时采集各端口的电压电流，并根据不同试验模式，换算不同的试验结果数值。

所述测试单元包括大功率变频电源、大电流直流源、功率分析模块、直阻测量模块；所述试验控制模块分别与大功率变频电源、大电流直流源、功率分析模块、直阻测量模块及切换线单元电连接，形成控制回路；大电流直流源、功率分析模块、直阻测试模块均与切换线单元电连接，在试验控制模块的控制下，完成切换线。

所述输出单元包括直阻测量输出模块、空载试验测量输出模块及负载试验测量输出模块，三者分别与高精度多通道测量模块连接，根据能效试验模式切换至不同的测量输出模块。

所述切换线单元包括试验测量模块切换开关、低压短路装置、线路切换开关、配变绕组接线插座、容性补偿开关及智能补偿电容；其中，所述试验测量模块切换开关与若干测试模块连接，根据不同试验项目完成试验所需测试模块的切换；所述线路切换开关采用耐高压真空断路器，与配变绕组接线插座连接，完成不同测量部位线路切换；所述容性补偿开关与智能补偿电容连接，完成智能补偿电容的投切；所述低压短路装置用于实现短路阻抗及负载损耗测量过程的低压侧绕组短路；所述智能补偿电容在空负载测试过程中补偿负载感性电流。

本发明还包括一种配电变压器能效高精度测试***的应用，采用配电变压器能效高精度测试***进行绕组电阻测量、空载损耗和空载电流测量、在90％和110％额定电压下的空载损耗和空载电流测量、短路阻抗和负载损耗测量。

所述绕组电阻测量的测试方法，包括以下步骤：

S101：通过大电流直流源发生稳定电流对绕组线圈充磁至稳定；

S102：根据被测变压器容量、额定电流大小，选择测试电流档位；

S103：分别在各绕组的线段上测试，其他非被试线端全部处于开路，三相变压器绕组为Y联接无中性点引出时，测试其线电阻；

S104：绕组电阻测试时，记录绕组温度，每次测试完毕后，对测试回路进行放电操作；

S105：对测试绕组进行统一换算，满足以下条件：

式中，R₁表示温度t₁时的电阻值；R₂表示温度t₂时的电阻值；T表示常数。

所述空载损耗和空载电流测量，具体测试方法包括以下步骤：

S201：启动接通电源，配变低压侧加压至额定电压；

S202：测试三相输出电流、试品端口电压及试品端损耗功率；

S203：空载电流取三相电流的平均值，并换算为额定电流的百分数，计算公式如下：

式中，I_0a、I_0b、I_0c表示a、b、c三相空载电流实测值；I_r表示励磁绕组额定电流；

S204：计算空载损耗，计算公式如下：

P_m＝P_m-P_wv-P_s

式中，P_m表示变压器实测损耗；P_wv表示仪表损耗；P_s表示测量线缆损耗；

S205：计算空载损耗的校正值，计算公式如下：

P₀＝P_m(1+d)

d＝(U-U)/

式中，d表示负数；P_m表示实测损耗；U表示平均值电压表读数；U表示方均根值电压表读数。

所述在90％和110％额定电压下的空载损耗和空载电流测量，具体测试方法包括以下步骤：

S301：通过切换线单元完成切换线；

S302：将变频电源升压至配变低压侧90％额定电压，再将90％额定电压升压至110％；

S303：通过功率分析模块，分别对电压电流进行采样记录；

S304：记录各相电压、电流、功率,最终测得对应空载损耗和空载电流。

所述短路阻抗和负载损耗测量，具体测试方法包括以下步骤：

S401：在低压侧良好短路的情况下，启动接通电源，高压侧升流至不小于50％额定电流；

S402：测试三相输出电流、试品端口电压及试品端损耗功率；

S403：将环境温度下损耗和短路阻抗换算到参考温度，损耗按照下式折算：

式中，P_k表示参考温度下的负载损耗；P_kt表示t℃时的负载损耗；∑I²R表示试验温度下一对绕组的电阻损耗；_t表示电阻温度换算系数；

S404、计算短路阻抗值及短路阻抗折算值：

式中，Z_kt表示绕组温度为t℃短路阻抗；U_kt表示绕组t℃时，通过试验电流I_k的阻抗电压；I_k表示试验施加电流；U_r表示施加电压侧的额定电压；I_r表示施加电压侧的额定电流；Z_k表示参考温度时的短路阻抗；P_kt表示t℃时的负载损耗；P_k表示参考温度下的负载损耗；S_r表示额定容量。

有益效果：本发明的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：(1)本装置高度集成直流电阻、功率分析等测试模块，最大程度缩小设备体积，提高现场试验便携性，可智能、高效完成配电变压器现场能效检测试验；(2)针对不同的检测项目研制智能切换矩阵模块，配合专用测试线缆，完成各项能效试验功能与控制电路、输出接线之间的切换、绝缘隔离等。

附图说明

图1为本发明实施例的***框图；

图2为本发明实施例的直阻测试接线示意图；

图3为本发明实施例的直阻测试流程图；

图4为本发明实施例的空载损耗及空载电流测试流程图；

图5为本发明实施例的90％和110％额定电压下的空载损耗和空载电流测试流程图；

图6为本发明实施例的短路阻抗和负载损耗测试流程图；

图7为本发明实施例的切换线开关***原理图；

图8为本发明实施例的切换线单元原理图；

图9为本发明实施例的智能控制***原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明的技术方案进行详细介绍。

实施例1

如图1所示，本发明的测试***包括电源输入、总开关、急停保护、试验控制模块、测试单元、切换线单元、高精度多通道测量模块、输出单元。测试单元包括若干测试模块，具体为大功率变频电源、大电流直流源、功率分析模块、直阻测量模块；试验控制模块分别与大功率变频电源、大电流直流源、功率分析模块、直阻测量模块及切换线单元电连接，形成控制回路。大功率变频电源、大电流直流源、功率分析模块、直阻测量模块均与切换线单元电连接，在试验控制模块的控制下，完成切换线。切换线单元通过高精度多通道测量模块与输出单元电连接。输出单元包括直阻测量输出模块、空载试验测量输出模块及负载试验测量输出模块，三者分别与高精度多通道测量模块连接，根据能效试验模式切换至不同的测量输出模块。试验控制模块控制测试单元的若干测试模块和切换模块按照测试流程进行工作，试验控制模块包括自检模块，自动测试模块，自动记录模块，输出模块；测试单元中不同的测试模块分别对测试变压器的不同能效试验模式进行测试。切换线单元对测试单元的各个测试模块进行切换，从而切换不同能效试验模式时的控制电路及线路。高精度多通道测量模块实时采集各端口的电压电流，并根据不同试验模式，换算不同的试验结果数值。

表1配电变压器能效高精度测试仪关键性能指标

本装置由大功率变频电源、大电流直流电源、切换线模块、高精度多通道测量模块、试验控制模块组成，满足绕组电阻测量、空载损耗和空载电流测量、在90％和110％额定电压下的空载损耗和空载电流测量、短路阻抗和负载损耗测量，共4类试验能力。其中大功率变频电源可提供空载损耗和空载电流测量、在90％和110％额定电压下的空载损耗和空载电流测量、短路阻抗和负载损耗测量的测试电源；大电流直流电源可提供绕组电阻测量的测试电源；切换线单元将试验各步骤中试验电源分配至对应端口；多通道测量模块实时采集各端口的电压电流，并根据不同试验模式，换算不同的试验结果数值。各试验测量模式如下：

(1)直阻测量模块的绕组电阻测量的测试方法包括以下步骤：

S101：绕组电阻测量通过大电流直流源发生稳定电流对绕组线圈充磁至稳定；

S102：根据被测变压器容量、额定电流大小，选择测试仪的测试电流档位；

S103：测量电流不得大于被试绕组额定电流的10％，通常可用3％-10％被试绕组额定电流作为测量直流电阻使用的电流值。如图2所示，接线原理图，分别在各绕组的线段上测量，其他非被试线端全部处于开路，三相变压器绕组为Y联接无中性点引出时，应测量其线电阻，例如AB、BC、CA；绕组为D联接时，首末端均引出的应测量其相电阻，封闭三角形的试品应测量其线电阻；

S104：绕组电阻测量时，必须准确记录绕组温度，每次测量完毕后，仪器自动对测量回路进行放电操作；

S105：仪器自动对测试绕组进行统一换算，其中，测试绕组的温度t₁和电阻R₁，不同温度下测试的直流电阻可按以下电阻换算公式换算到同一温度t₂；

式中，R₁表示温度t₁时的电阻值；R₂表示温度t₂时的电阻值；T表示常数，其中，铜导线为235，铝导线为225。

能效测试仪进行绕组电阻测量时，首先通过切换线单元，完成切换线；接着通过大直流电源输出试验电流；而后通过直阻测量模块，对电压电流进行采样记录；等到仪器充磁完成后，记录稳定电压电流数值，最终将其换算成电阻值。

(2)空载损耗和空载电流测量，空载损耗和空载电流测量通过大功率变频电源、多通道测量模块进行。具体测试方法包括以下步骤：

S201：启动接通电源，配变低压侧加压至额定电压；

S202：测量三相输出电流、试品端口电压及试品端损耗功率；

S203：空载电流取三相电流的平均值，并换算为额定电流的百分数，即：

式中，I_0a、I_0b、I_0c表示a、b、c三相空载电流实测值；I_r表示励磁绕组额定电流；

S204：计算空载损耗，计算公式如下：

P_m＝P_m-P_wv-P_s

式中，P_m表示变压器实测损耗；P_wv表示仪表损耗；P_s表示测量线缆损耗；

S205：计算空载损耗的校正值，计算公式如下：

P₀＝P_m(1+d)

d＝(U-U)/(d通常为负数)

式中，d表示负数；P_m表示实测损耗；U表示平均值电压表读数；U表示方均根值电压表读数。

进行空载损耗和空载电流测试时，首先通过切换线模块进行切换线；接着将变频电源升压至额定电压；而后通过功率分析模块，对电压电流进行采样记录；并且记录各相电压、电流、功率；最终得到额定空载损耗和空载电流。

(3)在90％和110％额定电压下的空载损耗和空载电流测量，具体测试方法包括以下步骤：

S301：通过切换线模块完成切换线；

S302：将变频电源升压至90％及110％额定电压，这是一个连续的升压过程；

S303：通过功率分析模块，对电压电流进行采样记录；

S304：记录各相电压、电流、功率；最终测得对应空载损耗和空载电流。

(4)短路阻抗和负载损耗测量通过大功率变频电源、多通道测量模块进行，具体测试方法包括以下步骤：

S401：在低压侧良好短路的情况下，启动接通电源，高压侧升流至不小于50％额定电流；

S402：测量三相输出电流、试品端口电压及试品端损耗功率；

S403：将环境温度下损耗和短路阻抗换算到参考温度，负载损耗折算为：

式中，P_k表示参考温度下的负载损耗；P_kt表示t℃时的负载损耗；∑I²R表示试验温度下一对绕组的电阻损耗；_t表示电阻温度换算系数；

S404、计算短路阻抗值及短路阻抗折算值：

式中，Z_kt表示绕组温度为t℃短路阻抗；U_kt表示绕组t℃时，通过试验电流I_k的阻抗电压；I_k表示试验施加电流；U_r表示施加电压侧的额定电压；I_r表示施加电压侧的额定电流；Z_k表示参考温度时的短路阻抗；P_kt表示t℃时的负载损耗；P_k表示参考温度下的负载损耗；S_r表示额定容量。

进行短路阻抗和负载损耗测试时，首先通过切换线模块完成切换线；接着将变频电源升流至不小于高压侧50％的额定电流；通过功率分析模块，对电压电流进行采样记录；并且记录各相电压、电流、功率；最终得到额定短路阻抗和负载损耗。

切换线单元提供全试验项目的测试模块与试品间试验线路的切换工作。如图8所示，切换线单元包括试验测量模块切换开关、低压短路装置、线路切换开关及配变绕组接线插座、容性补偿开关与智能补偿电容。其中，试验测量模块切换开关与若干测试模块连接，根据不同试验项目完成试验所需测试模块的切换。低压短路装置提供短路阻抗及负载损耗测量过程的低压侧绕组短路功能；容性补偿开关与智能补偿电容连接，完成智能补偿电容的投切。智能补偿电容在空负载测试过程中补偿负载感性电流，提高等效试验电源容量。

切换线单元还包括线路切换开关，切换线单元与配变绕组接线插座连接，完成不同测量部位线路切换线路。切换开关是智能切换线装置的核心部件。目前，在测量领域的多路转换开关多采用电子式开关，设计成集成电路板，具有速度快、响应好、易控制等优点，但开关通道的耐压水平低、通流能力小。配电变压器等电力设备试验过程中，主回路需经过大电流、高电压，因此不能采用集成电路的电子式转换开关，本方案的线路切换开关采用耐高压真空断路器配合串并联接线和智能控制***实现试验接线方式的灵活转换，其原理如图7所示。

实施例2

在实施例1的基础上，本方案还包括智能控制***，智能控制***是控制和调节整个试验回路的中央处理***，其结构原理如图9所示。状态检测模块负责监控试验回路状态、仪器设备状态等试验状态信息；参数录入模块负责记录试品的参数信息、试验项目信息及各类参数配置信息，负责接收总控***对试验过程的控制信息，并负责进行人机交互和远程通信，从而及时、便捷地实现试验人员对试验过程的控制和远程操控；报警处理模块负责对检测到的报警信息进行预处理；试验总控***负责综合状态信息、参数配置、远程控制信息和报警信息制定试验控制策略；开关控制模块负责根据试验控制策略制定对应的开关控制策略；控制输出模拟负责将制定完成的开关控制策略转换为控制信号并发送至每个自动转换开关执行。

Claims (9)

1.一种配电变压器能效高精度测试***，其特征在于：包括试验控制模块、测试单元、切换线单元、高精度多通道测量模块、输出单元；其中，所述测试单元包括若干测试模块，若干测试模块均与切换线单元电连接，切换线单元通过高精度多通道测量模块与输出单元电连接；所述试验控制模块分别与测试单元的若干测试模块以及切换线单元连接；

所述试验控制模块控制测试单元的若干测试模块和切换模块按照测试流程进行工作；

所述测试单元中不同的测试模块分别对测试变压器的不同能效试验模式进行测试；

所述切换线单元对测试单元的若干测试模块进行切换，从而切换不同能效试验模式时的控制电路及线路；

所述高精度多通道测量模块实时采集各端口的电压电流，并根据不同试验模式，换算不同的试验结果数值。

2.根据权利要求1所述的配电变压器能效高精度测试***，其特征在于：所述测试单元包括大功率变频电源、大电流直流源、功率分析模块、直阻测量模块；

所述试验控制模块分别与大功率变频电源、大电流直流源、功率分析模块、直阻测量模块及切换线单元电连接，形成控制回路。

3.根据权利要求1所述的配电变压器能效高精度测试***，其特征在于：所述输出单元包括直阻测量输出模块、空载试验测量输出模块及负载试验测量输出模块，三者分别与高精度多通道测量模块连接，根据能效试验模式切换至不同的测量输出模块。

4.根据权利要求1所述的配电变压器能效高精度测试***，其特征在于：所述切换线单元包括试验测量模块切换开关、低压短路装置、线路切换开关、配变绕组接线插座、容性补偿开关及智能补偿电容；其中，所述试验测量模块切换开关与若干测试模块连接，根据不同试验项目完成试验所需测试模块的切换；所述线路切换开关采用耐高压真空断路器，与配变绕组接线插座连接，完成不同测量部位线路切换，容性补偿开关与智能补偿电容连接，完成智能补偿电容的投切；

所述低压短路装置用于实现短路阻抗及负载损耗测量过程的低压侧绕组短路；

所述智能补偿电容在空负载测试过程中补偿负载感性电流。

5.一种配电变压器能效高精度测试***的应用，其特征在于，采用权利要求1所述的配电变压器能效高精度测试***进行绕组电阻测量、空载损耗和空载电流测量、在90％和110％额定电压下的空载损耗和空载电流测量、短路阻抗和负载损耗测量。

6.根据权利要求5所述的配电变压器能效高精度测试***的应用，其特征在于，所述绕组电阻测量的测试方法，包括以下步骤：

S101：通过大电流直流源发生稳定电流对绕组线圈充磁至稳定；

S102：根据被测变压器容量、额定电流大小，选择测试电流档位；

S103：分别在各绕组的线段上测试，其他非被试线端全部处于开路，三相变压器绕组为Y联接无中性点引出时，测试其线电阻；

S104：绕组电阻测试时，记录绕组温度，每次测试完毕后，对测试回路进行放电操作；

S105：对测试绕组进行统一换算，满足以下条件：

式中，R₁表示温度t₁时的电阻值；R₂表示温度t₂时的电阻值；T表示常数。

7.根据权利要求5所述的配电变压器能效高精度测试***的应用，其特征在于，所述空载损耗和空载电流测量，具体测试方法包括以下步骤：

S201：启动接通电源，配变低压侧加压至额定电压；

S202：测试三相输出电流、试品端口电压及试品端损耗功率；

S203：空载电流取三相电流的平均值，并换算为额定电流的百分数，计算公式如下：

式中，I_0a、I_0b、I_0c表示a、b、c三相空载电流实测值；I_r表示励磁绕组额定电流；

S204：计算空载损耗，计算公式如下：

P_m＝P_m-P_wv-P_s

式中，P_m表示变压器实测损耗；P_wv表示仪表损耗；P_s表示测量线缆损耗；

S205：计算空载损耗的校正值，计算公式如下：

P₀＝P_m(1+d)

d＝(U-U)/

式中，d表示负数；P_m表示实测损耗；U表示平均值电压表读数；U表示方均根值电压表读数。

8.根据权利要求5所述的配电变压器能效高精度测试***的应用，其特征在于，所述在90％和110％额定电压下的空载损耗和空载电流测量，具体测试方法包括以下步骤：

S301：通过切换线单元完成切换线；

S302：将变频电源升压至配变低压侧90％额定电压，再将90％额定电压升压至110％；

S303：通过功率分析模块，分别对电压电流进行采样记录；

S304：记录各相电压、电流、功率,最终测得对应空载损耗和空载电流。

9.根据权利要求5所述的配电变压器能效高精度测试***的应用，其特征在于，所述短路阻抗和负载损耗测量，具体测试方法包括以下步骤：

S401：在低压侧良好短路的情况下，启动接通电源，高压侧升流至不小于50％额定电流；

S402：测试三相输出电流、试品端口电压及试品端损耗功率；

S403：将环境温度下损耗和短路阻抗换算到参考温度，损耗按照下式折算：

式中，P_k表示参考温度下的负载损耗；P_kt表示t℃时的负载损耗；∑I²R表示试验温度下一对绕组的电阻损耗；_t表示电阻温度换算系数；

S404、计算短路阻抗值及短路阻抗折算值：

式中，Z_kt表示绕组温度为t℃短路阻抗；U_kt表示绕组t℃时，通过试验电流I_k的阻抗电压；I_k表示试验施加电流；U_r表示施加电压侧的额定电压；I_r表示施加电压侧的额定电流；Z_k表示参考温度时的短路阻抗；P_kt表示t℃时的负载损耗；P_k表示参考温度下的负载损耗；S_r表示额定容量。

Images