CN207149352U - 具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其包含仪器电源***、测试连接***、可变直流电源输出***、剩磁定量分析***和控制***；所述仪器电源***的电压幅值为220V±10％，频率为50Hz；所述仪器电源***包含电源转换单元；所述测试连接***为仪器连接变压器绕组部分的测试线以及接线端子；所述可变直流电源输出***通过电流整流逆变，输出一定大小的直流电流，对变压器进行消磁；所述剩磁定量分析***为通过测试连接***接收每次直流电流正反充入绕组后反馈的信号，对剩磁量进行定量；还包含用于显示剩磁量的显示单元。所述控制***包含控制采集单元和专家分析单元；所述剩磁定量分析***包含交流信号源单元、测量输出单元、交流电流检测单元、交流电压检测单元。

Description

具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪

技术领域

本实用新型涉及变压器消磁技术领域，具体用于变压器的剩磁消除。

背景技术

电力变压器是电力***内传输分配电能的主要设备之一，承担将某一电压变化相同的另一种或几种数值不同的电压的作用。随着电网的发展，变压器容量越来越大，其内部结构也越来越复杂。在制造厂进行出厂试验以保证产品出厂质量，安装时进行交接试验以保证安装工艺质量，运行中进行例行试验以预防发生事故以及故障后进行检查试验来查找缺陷。高压试验中，测试直流电流阻是不可缺少的项目之一，依据直流电阻值的变化情况能方便准确地判断出变压器电流连接回路是否存在短路、焊接缺陷等故障，是检查变压器电流回路连接状况的有效办法。在实际测试过程中为了缩短试验时间和提高测量精度，常采用直流电阻测试仪进行直流电阻测试，直流电阻测试仪输出的最大直流电流档位分别为5A、10A、20A。甚至达到了40A，而大型电力变压器铁心由于采用低损耗硅钢片和多级接缝工艺，其空载电流一般控制在0.1％左右以下。励磁电流的峰值约为lA左右，试验用的直流电流已超过正常励磁电流的几倍甚至几十倍以上，因此直流电阻测试必然使变压器铁心严重饱和而产生剩磁。

一般说来，直流磁化安匝数愈大，剩磁愈严重，剩磁的根本原因是铁磁材料的固有磁滞现象。剩磁的危害主要表现在额定电压下变压器空载冲击合闸瞬间造成变压器铁心迅速高度饱和而产生较大的励磁电流，可以达到变压器正常稳态励磁电流(空载电流)值的80倍一100倍，相当于额定电流的6倍～8倍，如此大的励磁电流可能引起过电流、重瓦斯等保护装置误动作，使变压器投运失败；诱发邻近变电站内运行变压器产生“和应涌流”而误跳闸。造成大面积停电；产生操作过电压，损坏电气设备；引起电网电压和频率波动，影响其它电气设备正常工作；励磁电流包含大量谐波，造成电能质量严重污染；使漏磁增加，引起金属结构和油箱过热：局部过热还会造成绝缘纸老化或变压器油分解.影响变压器的寿命。因此变压器铁心剩磁大小不仅影响到自身的运行安全，而且影响到电力***的稳定、安全运行。基于以上原因。十分必要在变压器每次直流电阻测试后进行剩磁量检测，并采取切实有效的措施消除或减小铁心剩磁量。

目前，变压器消磁仪大部分采用的是对绕组正反通入一定大小的直流电阻，通过直流反复冲抵绕组内残余磁通达到消磁目的。但由于没有监测剩余磁量的功能，存在一定的盲目性，可能造成剩磁消除不充分的情况发生。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其通过检测单元检测到的交流电流和交流电压信号，最终计算和显示剩磁量。既能有传统消磁仪消磁功能，又能实时监测变压器中剩磁量从而决定是否需要继续消磁，提高了工作的可靠性，降低了带剩磁投运变压器造成事故的风险。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，包含仪器电源***、测试连接***、可变直流电源输出***、剩磁定量分析***和控制***；

所述仪器电源***的电压幅值为220V±10％，频率为50Hz；所述仪器电源***包含电源转换单元；

所述测试连接***为仪器连接变压器绕组部分的测试线以及接线端子；

所述可变直流电源输出***通过电流整流逆变，输出一定大小的直流电流，对变压器进行消磁；

所述剩磁定量分析***为通过测试连接***接收每次直流电流正反充入绕组后反馈的信号，对剩磁量进行定量；

还包含用于显示剩磁量的显示单元。

所述控制***包含控制采集单元和专家分析单元；

所述剩磁定量分析***包含交流信号源单元、测量输出单元、交流电流检测单元、交流电压检测单元；交流信号源单元的输入端连接电源转换单元的AC400V输出端，交流信号源单元的输出端分别连接测量输出单元、交流电流检测单元和交流电压检测单元：测量输出单元连接到变压器的低压端；交流电流检测单元和交流电压检测单元输出端连接控制采集单元；控制采集单元的控制输出端、测量信号输出端分别连接到交流信号源单元和专家分析单元。

作为本实用新型的一种优选实施方式：所述控制***包含控制板，所述控制板包含控制器单元、A/D转换模块、电源模块、SDRAM存储器、FLASH存储器和数据传输模块，所述控制器单元中安装有STM32芯片，所述剩磁定量分析***与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块和电源模块都与控制器单元连接，所述SDRAM存储器、FLASH存储器和数据传输模块都与控制器单元相连，显示单元与数据传输模块相连。

作为本实用新型的一种优选实施方式：所述的控制板中的A/D转换模块中安装有ADS8344芯片。

作为本实用新型的一种优选实施方式：所述可变直流电源输出***输出的电流大小可以选择5A、1A、200mA、5mA四个档位。

作为本实用新型的一种优选实施方式：所述控制板上控制器单元采用嵌入式微处理器模块；控制器单元中安装有TI公司的STM32芯片；控制器单元中还包含DSP 2812芯片；所述控制板上还设置有CC2530无线通讯模块。

作为本实用新型的一种优选实施方式：所述电源转换单元的输入端连接至AC220V，输出端连接至仪器中其它各个有源单元的电源端；电源转换单元的+5V直流电源供给控制采集单元和专家分析单元；电源转换单元的±12V直流电源供给显示单元和试验报告输出单元；电源转换单元的+15V直流电源供给交流电流检测单元、交流电压检测单元、衰减变频信号电流检测单元、衰减变频信号电压检测单元：电源转换单元的±96V直流电源供给可变直流电流信号单元：电源转换单元的400V交流电源供给交流信号源单元。

作为本实用新型的一种优选实施方式：所述可变直流电源输出***包含直流衰减变频电流信号单元、衰减变频信号电流检测单元、衰减变频信号电压检测单元和消磁输出单元。直流衰减变频电流信号单元的输入端接电源转换单元的±96V输出端；直流衰减变频电流信号单元的输出端与消磁输出单元的输入端、衰减变频信号电流检测单元、衰减变频信号电压检测单元相连；消磁输出单元的输出端连接至被消磁的变压器高压端；衰减变频信号电流检测单元和衰减变频信号电压检测单元的输出端连接控制采集单元；控制采集单元的控制输出端、信号输出端分别连接到直流衰减变频电流信号单元和专家分析单元。

作为本实用新型的一种优选实施方式：所述直流衰减变频电流信号单元包括顺序连接的恒流源、增益控制单元、极性转换单元；控制采集单元选择恒流源的电流输出档位，使其周期性衰减，保证每个档位幅值依次减小5％；控制采集单元同时控制增益控制单元增益的大小，确保每个档位输出的电流幅值是从最大值线性地逐渐衰减为零：控制采集单元同时也控制极性转换单元使直流的正负极性按照一定的频率周期性地进行切换，确保消磁输出单元输出的直流消磁信号达到直流衰减变频效果。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型公开的具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其利用检测单元检测到的交流电流和交流电压信号，最终计算剩磁量。既能有传统消磁仪消磁功能，又能实时监测变压器中剩磁量从而决定是否需要继续消磁，提高了工作的可靠性，降低了带剩磁投运变压器造成事故的风险。本实用新型的消磁仪方便、快捷、稳定、可靠，提高了检修工作的效率和精准性，保证了电网的安全运行。

附图说明

图1为本实用新型的一种具体实施方式的使用状态示意图；

图2为本实用新型的一种具体实施方式的正面外观图；

图3为本实用新型的一种具体实施方式的电路原理图；

附图标记说明：

1-电源转换单元，2-交流信号源单元，3-测量输出单元，4-交流电流检测单元，5-交流电压检测单元，6-控制采集单元，7-人机对话单元，8-可变直流电流信号单元，9-衰减变频信号电流检测单元，10-衰减变频信号电压检测单元，11-显示单元，12-专家分析单元，13-试验报告输出单元，14-消磁输出单元。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：

参见图1～图3，总体上，本实用新型公开的具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪包含仪器电源***、测试连接***、可变直流电源输出***、剩磁定量分析***、控制***等5部分。

如图1和图2所示所述仪器电源***从仪器操作面板输入，提供仪器(为了描述方便，说明书中将“仪器”作为“消磁仪”的简称)正常工作电源***，仪器电源***的电压幅值为220V±10％，频率为50Hz；所述测试连接***为仪器连接变压器绕组部分的测试线以及接线端子；所述可变直流电源输出***通过电流整流逆变，输出一定大小的直流电流，对变压器进行消磁；所述剩磁定量分析***为通过测试连接***接收每次直流电流正反充入绕组后反馈的信号，对剩磁量进行定量，通过屏幕单元将剩磁量数字化体现出来；控制***对其他四个***进行整合、统一结合控制，并对所需功能进行选择，达到试验目的。

本实用新型的控制***包含控制板，所述控制板包含控制器单元、A/D转换模块、电源模块、SDRAM存储器、FLASH存储器和数据传输模块，所述控制器单元中安装有STM32芯片，所述剩磁定量分析***与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块和电源模块都与控制器单元连接，所述SDRAM存储器、FLASH存储器和数据传输模块都与控制器单元相连，显示单元与数据传输模块相连。

上述的控制板中的A/D转换模块中安装有ADS8344芯片。

本实用新型的可变直流电源输出***输出的电流大小可以选择5A、1A、200mA、5mA四个档位，可以适用于不同电压等级的电压互感器。

本实用新型的控制板上控制器单元采用嵌入式微处理器模块，控制器单元是控制板的核心部件，具备强大的数据处理及端口控制功能。控制器单元中安装有目前性能最优良的32位数字信号处理芯片，TI公司的STM32芯片，并根据其特点精心设计了核心及***电路，对DSP 2812的功能进行了充分的扩展并预留相应的功能扩展接口，保证数据处理的正确性。

剩磁定量分析***是本实用新型的关键部件，为了能够实时、准确的将采集到的信号传输的控制器，本实用新型还采用CC2530无线通讯模块进行无线通讯，此无线通讯模块具有3个通道，且为收发一体，数据收发自动转换，转换时间短，自动过滤空间电场磁场的干扰，长期使用可靠性好，故障率极低，满足该装置测量中的要求，保证了数据的准确性。

本实用新型在实际实用性，仪器可以配备可靠的操作***，可以利用C++语言编程操作***，利用接收模块接收从测试连接线测试得到的数据，通过剩磁定量***计算在上位机显示剩磁数据。

本实用新型具有剩磁定量分析功能变压器消磁仪方便、快捷、稳定、可靠，提高了检修工作的效率和精准性，保证了电网的安全运行。

本实用新型针对目前交直流消磁法无法判断消磁是否完全的缺点，对剩磁进行量化，将交流220V电压转换成3相角度相差120°的400V电压加到变压器低压侧就可测量剩磁的多少。同时具有直流衰减变频消磁装置，将交流220V转换成直流电流源，通过自动控制直流电流源正负极性按照固定频率变化并且其幅值随着极性变化每次衰减5％。从大到小依次对变压器高压侧进行消磁。

综上，本实用新型具备如下优点：

(1)可调节输出直流电流，适应不同电压等级变压器消磁工作；

(2)基于输入空载电流理论值或出厂试验值，结合检测到的交流电流和交流电压信号，经过处理后剩磁分析单元分析空载电流的大小以及谐波含量精确测量变压器剩磁，可以稳定消除变压器剩磁电流；

(3)由于剩磁量确定，相较于以往盲目消磁仪器能够更快的消除剩磁。

如图3所示，其示出了本实用新型的一个具体实施例，

如图3所示，本实施例中，电源***只包含电源转换单元l。电源转换单元的输入端连接至AC 220V，输出端连接至本实用新型的仪器中其它各个单元的电源端，电源转换单元的作用是将AC 220V转换成各个单元所需的工作电源，保证其它有源单元正常工作，如+5V直流电源供给控制采集单元6和专家分析单元12；±12V直流电源供给显示单元ll和试验报告输出单元13；+15V直流电源供给交流电流检测单元4、交流电压检测单元5、衰减变频信号电流检测单元9、衰减变频信号电压检测单元10：±96V直流电源供给可变直流电流信号单元8：400V交流电源供给交流信号源单元2。

本实施例中，控制***包含控制采集单元和专家分析单元；剩磁定量分析***包含交流信号源单元2、测量输出单元3、交流电流检测单元4、交流电压检测单元5。交流信号源单元2输入端连接电源转换单元1的AC400V输出端，交流信号源单元2输出端分别连接测量输出单元3、交流电流检测单元4和交流电压检测单元5：测量输出单元3连接到变压器的低压端；交流电流检测单元4和交流电压检测单元5输出端连接控制采集单元6；控制采集单元6的控制输出端、测量信号输出端分别连接到交流信号源单元2和专家分析单元12。在一种具体实施例中，当测试人员选择“测量”工作状态后(指测量变压器存在的剩磁量多少)，控制采集单元6通过专家分析单元12由显示单元11提示要求测试人员输入变压器空载电流理论值或出厂试验值，专家分析单元12记录下来并提示进入剩磁测量工作。

在一些具体实施例中，当本实用新型进入测量工作时，控制采集单元6控制交流信号源单元2输出三相角差为120°的400V交流测量信号，为被消磁变压器的剩磁测量工作提供信号源。交流信号源单元2输出的交流测量信号通过测量输出单元3进行过流过压处理后施加到被消磁的变压器低压端。这时交流电流检测单元4和交流电压检测单元5对交流信号源单元2输出的交流测量信号进行检测，并将所检测到的交流电流和交流电压信号传给控制采集单元6，经过处理后发送到专家分析单元12分析空载电流的大小以及谐波含量。再与前面输入的空载电流理论值或出厂试验值对比，以及偶次谐波分量的大小来计算剩磁量，并提示我们应该选择什么档位的消磁电流来进行消磁，也可由试验报告输出单元13输出测量报告。专家分析单元以DSP芯片为硬件基础，采用现有的编程手段和程序执行计算和比较过程。

在一些具体实施例中，可变直流电源输出***包含直流衰减变频电流信号单元(即图3中的可变直流电流信号单元)、衰减变频信号电流检测单元9、衰减变频信号电压检测单元10和消磁输出单元14。直流衰减变频电流信号单元8输入端接电源转换单元1的±96V输出端。直流衰减变频电流信号单元的输出端与消磁输出单元14的输入端、衰减变频信号电流检测单元9、衰减变频信号电压检测单元10相连；消磁输出单元14的输出端连接至被消磁的变压器高压端；衰减变频信号电流检测单元9和衰减变频信号电压检测单元10的输出端连接控制采集单元6；控制采集单元6的控制输出端、信号输出端分别连接到直流衰减变频电流信号单元8和专家分析单元12。

直流衰减变频电流信号单元是直流衰减变频电流***的主要组成部分。包括顺序连接的恒流源15、增益控制单元16、极性转换单元17.其原理结构如图3所示。作用是产生正负极性按固定频率变化且幅值逐渐减小的直流。控制采集单元6选择恒流源15的电流输出档位，使其周期性衰减，保证每个档位幅值依次减小5％；控制采集单元6同时控制增益控制单元16增益的大小，确保每个档位输出的电流幅值是从最大值线性地逐渐衰减为零：控制采集单元6同时也控制极性转换单元17使直流的正负极性按照一定的频率周期性地进行切换，确保消磁输出单元14输出的直流消磁信号达到直流衰减变频效果。在一些具体实施例中，当测试人员选择“消磁”工作状态后，控制采集单元6控制直流衰减变频电流信号单元输出直流衰减变频电流消磁信号。通过消磁输出单元14对直流衰减变频信号进行过流过压保护后连接到被消磁的电力变压器高压端。目的是给被消磁的变压器一个最佳消磁信号。在消磁过程中衰减变频信号电流检测单元9和衰减变频信号电压检测单元10分别用于检测直流衰减变频源输出的直流衰减变频信号中的电流和电压信号，并传给控制采集单元6，用于给直流衰减变频电流信号单元提供一反馈信号。确保直流衰减变频电流信号单元所输出的直流衰减变频消磁信号正常稳定。控制采集单元6所采集的数据经过处理后发送至专家分析单元12，专家分析单元12通过对所采集到的数据(衰减变频信号的电流、电压信号)进行分析，并与人机对话单元7所输入的设置数据(消磁前在装置中设置的对应预设数据)作对比，控制和判断消磁进度，如果消磁过程结束，它将自动进行放电并进行剩磁测量工作。当剩磁测量工作结束后，专家分析单元12对剩磁测试结果进行分析判断并传输至显示单元11。由显示单元11提示测试人员选择消磁电流的档位继续进行下一步消磁工作，如不需继续消磁则提示是否输出测试报告。装置操作控制***包含人机对话单元7、显示单元11、试验报告输出单元13。人机对话单元7与控制采集单元6相连，显示单元1l和试验报告输出单元13与专家分析单元12相连。人机对话单元7主要是测试人员在测试时对装置进行参数设置、数据输入以及命令确认等操作：显示单元11主要用来显示测试人员通过人机对话单元7所进行的操作记录以及装置的消磁过程和结果：试验报告输出单元13的作用是剩磁测量与消磁结束后测试人员通过操作人机对话单元7使其输出或打印试验报告。

上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。

Claims (8)

1.具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其特征在于：包含仪器电源***、测试连接***、可变直流电源输出***、剩磁定量分析***和控制***；

所述仪器电源***的电压幅值为220V±10％，频率为50Hz；所述仪器电源***包含电源转换单元；

所述测试连接***为仪器连接变压器绕组部分的测试线以及接线端子；

所述可变直流电源输出***通过电流整流逆变，输出一定大小的直流电流，对变压器进行消磁；

所述剩磁定量分析***为通过测试连接***接收每次直流电流正反充入绕组后反馈的信号，对剩磁量进行定量；

还包含用于显示剩磁量的显示单元；

所述控制***包含控制采集单元和专家分析单元；

所述剩磁定量分析***包含交流信号源单元、测量输出单元、交流电流检测单元、交流电压检测单元；交流信号源单元的输入端连接电源转换单元的AC400V输出端，交流信号源单元的输出端分别连接测量输出单元、交流电流检测单元和交流电压检测单元：测量输出单元连接到变压器的低压端；交流电流检测单元和交流电压检测单元输出端连接控制采集单元；控制采集单元的控制输出端、测量信号输出端分别连接到交流信号源单元和专家分析单元。

2.如权利要求1所述的具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其特征在于：所述控制***包含控制板，所述控制板包含控制器单元、A/D转换模块、电源模块、SDRAM存储器、FLASH存储器和数据传输模块，所述控制器单元中安装有STM32芯片，所述剩磁定量分析***与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块和电源模块都与控制器单元连接，所述SDRAM存储器、FLASH存储器和数据传输模块都与控制器单元相连，显示单元与数据传输模块相连。

3.如权利要求2所述的具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其特征在于：所述的控制板中的A/D转换模块中安装有ADS8344芯片。

4.如权利要求1所述的具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其特征在于：所述可变直流电源输出***输出的电流大小可以选择5A、1A、200mA、5mA四个档位。

5.如权利要求2所述的具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其特征在于：所述控制板上控制器单元采用嵌入式微处理器模块；控制器单元中安装有TI公司的STM32芯片；控制器单元中还包含DSP 2812芯片；所述控制板上还设置有CC2530无线通讯模块。

6.如权利要求1所述的具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其特征在于：所述电源转换单元的输入端连接至AC 220V，输出端连接至仪器中其它各个有源单元的电源端；电源转换单元的+5V直流电源供给控制采集单元和专家分析单元；电源转换单元的±12V直流电源供给显示单元和试验报告输出单元；电源转换单元的+15V直流电源供给交流电流检测单元、交流电压检测单元、衰减变频信号电流检测单元、衰减变频信号电压检测单元：电源转换单元的±96V直流电源供给可变直流电流信号单元：电源转换单元的400V交流电源供给交流信号源单元。

7.如权利要求1所述的具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其特征在于：所述可变直流电源输出***包含直流衰减变频电流信号单元、衰减变频信号电流检测单元、衰减变频信号电压检测单元和消磁输出单元，直流衰减变频电流信号单元的输入端接电源转换单元的±96V输出端；直流衰减变频电流信号单元的输出端与消磁输出单元的输入端、衰减变频信号电流检测单元、衰减变频信号电压检测单元相连；消磁输出单元的输出端连接至被消磁的变压器高压端；衰减变频信号电流检测单元和衰减变频信号电压检测单元的输出端连接控制采集单元；控制采集单元的控制输出端、信号输出端分别连接到直流衰减变频电流信号单元和专家分析单元。

8.如权利要求7所述的具有剩磁定量分析功能的变压器消磁仪，其特征在于：所述直流衰减变频电流信号单元包括顺序连接的恒流源、增益控制单元、极性转换单元；控制采集单元选择恒流源的电流输出档位，使其周期性衰减，保证每个档位幅值依次减小5％；控制采集单元同时控制增益控制单元增益的大小，确保每个档位输出的电流幅值是从最大值线性地逐渐衰减为零：控制采集单元同时也控制极性转换单元使直流的正负极性按照一定的频率周期性地进行切换，确保消磁输出单元输出的直流消磁信号达到直流衰减变频效果。