本實(shí)用新型涉及變壓器動態(tài)模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置。

背景技術(shù)：

電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，變壓器的健康狀態(tài)關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著我國電力系統(tǒng)規(guī)模和容量的增加，電力變壓器的事故率也不斷提高。對變壓器進(jìn)行故障診斷，確定變壓器的健康狀況，有利于保證電力系統(tǒng)的供電可靠性。

結(jié)構(gòu)性故障是導(dǎo)致電力變壓器發(fā)生損壞事故的主要原因之一。對運(yùn)輸或短路沖擊后的變壓器進(jìn)行結(jié)構(gòu)性故障診斷可確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前變壓器結(jié)構(gòu)性故障診斷方法普遍存在精度不高、與現(xiàn)場實(shí)際對應(yīng)較差等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同故障程度的精確模擬，且并非采用單一檢測方法，而是將多種診斷結(jié)果相綜合，為決策者提供全面的數(shù)據(jù)與理論支持，最終為變壓器結(jié)構(gòu)異變故障診斷提供依據(jù)。

一種變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置，包括變壓器器身、設(shè)于變壓器器身內(nèi)的鐵芯及圍繞鐵芯芯柱繞制的繞組，變壓器器身的頂部設(shè)有三組高壓套管，三組高壓套管中高壓側(cè)有4個，中壓側(cè)有4個，低壓側(cè)有3個，三組高壓套管分別與變壓器器身內(nèi)的繞組相連，所述鐵芯包括分為上下兩部分的硅鋼片，下部分為“E”字結(jié)構(gòu)，用于放置三相繞組；上部分為“一”字結(jié)構(gòu)，鐵芯上鐵軛通過硅鋼片疊片而成，兩端設(shè)置上夾件，鐵芯上鐵軛和上夾件通過穿心布置的上夾件軸向拉桿進(jìn)行緊固成為整體結(jié)構(gòu)，即形成鐵芯上鐵軛及上夾件組件；各個繞組為三段式結(jié)構(gòu)，三段式的繞組結(jié)構(gòu)每兩段之間通過冷壓接頭進(jìn)行連接。

進(jìn)一步的，三組高壓套管中高壓側(cè)4個分別是高壓套管A、B、C、O，中壓側(cè)4個分別是中壓套管Am、Bm、Cm、Om，低壓側(cè)3個分別是低壓套管a、b、c，變壓器器身內(nèi)部的3個高壓繞組末端相連，構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，高壓套管A、B、C分別與3個高壓繞組首端相連，高壓套管O與3個高壓繞組的連接點(diǎn)相連，變壓器器身內(nèi)部的3個中壓繞組末端相連，構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，中壓套管Am、Bm、Cm分別與3個中壓繞組首端相連，中壓套管Om與3個中壓繞組的連接點(diǎn)相連，變壓器器身內(nèi)部的3個低壓繞組分別首尾相連，構(gòu)成“Δ”型結(jié)構(gòu)，低壓套管a、b、c分別與3個低壓繞組首端相連。

進(jìn)一步的，鐵芯上鐵軛及上夾件組件上設(shè)有上夾件吊裝環(huán)。

進(jìn)一步的，還包括設(shè)于變壓器器身底部的支撐件。

進(jìn)一步的，變壓器器身的頂部設(shè)有油箱注油接口，側(cè)壁設(shè)有油箱出油接口，油箱注油接口的外圈設(shè)有用于與出油管道相連的螺紋。

進(jìn)一步的，變壓器器身的頂部設(shè)有器身吊裝環(huán)，均勻分布在變壓器器身的四個稱重位置。

本實(shí)用新型對輔助結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了簡化設(shè)計，簡化了上鐵軛拆裝過程中的插片流程，能夠?qū)崿F(xiàn)對各結(jié)構(gòu)件的簡易拆卸與精確復(fù)位，由于不需要對上鐵軛進(jìn)行插片處理，保證了安裝精確度；通過替換三段式結(jié)構(gòu)繞組中的任意一段或者多段，該裝置能夠用于模擬不同故障類型及其故障程度，如軸向位移故障、繞組軸向倒塌故障、繞組變形故障等；本裝置高壓繞組有4個接線端子，中壓繞組有4個接線端子，低壓繞組有3個接線端子，基于該裝置可以改變不同的接線方式，可以實(shí)現(xiàn)對接地狀況、測試?yán)@組狀態(tài)、非測試?yán)@組狀態(tài)等的模擬，從而較為系統(tǒng)地研究變壓器結(jié)構(gòu)異變與頻率響應(yīng)接線方式及其結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置的主視圖；

圖2是本實(shí)用新型變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置的俯視圖；

圖3是本實(shí)用新型中鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型中高壓繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬方法的原理框圖；

圖6(a)為本實(shí)用新型變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時正常段示意圖，圖6(b)為倒塌段示意圖；

圖7(a)為本實(shí)用新型變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時繞組變形示意圖，圖7(b)為圖7(a)中VI部分的放大圖；

圖8為本實(shí)用新型變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時繞組軸向位移示意圖；

圖9為本實(shí)用新型為變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時頻率響應(yīng)試驗(yàn)接線原理圖；

圖10為本實(shí)用新型為變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時介質(zhì)損耗試驗(yàn)接線原理圖。

圖中：1—支撐件，2—變壓器器身，3—油箱注油接口，4—器身吊裝環(huán)，5—油箱出油接口，6—高壓套管，7—鐵芯，8—鐵芯縱向拉桿，9—上夾件軸向拉桿，10—鐵芯上鐵軛及上夾件組件，11—下端圈，12—繞組銅扁線，13—上端圈，14—冷壓接頭，15—油道，16—繞組線餅，17—絕緣墊塊，18—絕緣棒，19—低壓繞組，20—中壓繞組，21—高壓繞組，22—上夾件吊裝環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型中的附圖，對本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

請參考圖1和圖2，本實(shí)用新型變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置包括變壓器器身2、設(shè)于變壓器器身2底部的支撐件1、設(shè)于變壓器器身2內(nèi)的鐵芯7及圍繞鐵芯7芯柱繞制的繞組。所述支撐件1位于左右兩側(cè)的為工字結(jié)構(gòu)，位于中間的為C字結(jié)構(gòu)。變壓器器身2的頂部設(shè)有油箱注油接口3，側(cè)壁設(shè)有油箱出油接口5，油箱注油接口3的外圈設(shè)有螺紋，可與出油管道相連。變壓器器身2的頂部還設(shè)有器身吊裝環(huán)4，如圖1所示，四個器身吊裝環(huán)4均勻分布在變壓器器身2的四個稱重位置。請一并參考圖9，變壓器器身2的頂部設(shè)有3組高壓套管6，其中高壓側(cè)4個(高壓套管A、B、C、O)、中壓側(cè)4個(中壓套管Am、Bm、Cm、Om)、低壓側(cè)(低壓套管a、b、c)3個。變壓器器身2內(nèi)部的3個高壓繞組末端相連，構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，高壓套管A、B、C分別與3個高壓繞組首端相連，高壓套管O與3個高壓繞組的連接點(diǎn)相連。變壓器器身2內(nèi)部的3個中壓繞組末端相連，構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，中壓套管Am、Bm、Cm分別與3個中壓繞組首端相連，中壓套管Om與3個中壓繞組的連接點(diǎn)相連。變壓器器身2內(nèi)部的3個低壓繞組分別首尾相連，構(gòu)成“Δ”型結(jié)構(gòu)，低壓套管a、b、c分別與3個低壓繞組首端相連。

圖3為鐵芯7的結(jié)構(gòu)示意圖，所述鐵芯7包括分為上下兩部分的硅鋼片：下部分為“E”字結(jié)構(gòu)，用于放置三相繞組；上部分為“一”字結(jié)構(gòu)，構(gòu)成鐵芯上鐵軛及上夾件組件10，以便于拆卸與安裝。鐵芯上下兩部分使用鐵芯縱向拉桿8進(jìn)行緊固，上夾件吊裝環(huán)22用于拆裝鐵芯上鐵軛及上夾件組件10時的吊裝。

傳統(tǒng)的變壓器鐵芯上鐵軛采用插片結(jié)構(gòu)，需要將硅鋼片逐片插入下部“E”字結(jié)構(gòu)芯柱的槽隙中，操作難度較大。為克服這一缺點(diǎn)，本實(shí)用新型將鐵芯上鐵軛與上夾件構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，通過穿心布置的上夾件軸向拉桿9進(jìn)行緊固，上夾件軸向拉桿9可以保證上鐵軛的硅鋼片緊密貼合，同時可起到定位上夾件與上鐵軛的作用。此結(jié)構(gòu)設(shè)置保證了變壓器“芯柱-鐵軛”這一磁路完整性的同時，避免了上鐵軛拆裝過程中的插片操作，簡化了操作步驟。

圖4為變壓器高壓繞組三段式結(jié)構(gòu)示意圖，高壓繞組包括下端圈11、繞組銅扁線12、上端圈13、冷壓接頭14、油道15。繞組各線餅的銅扁線之間均勻排布絕緣墊塊17(如圖7(a)和圖7(b)所示)，絕緣墊塊17起到保證線餅扁銅線12間絕緣的作用，同時保證油道15暢通。三段式的繞組結(jié)構(gòu)每兩段之間通過冷壓接頭14進(jìn)行連接。實(shí)際操作過程中，可以斷開冷壓接頭14，從而對三段式結(jié)構(gòu)中任意一段或多段進(jìn)行替換，也能夠?qū)崿F(xiàn)對任意一段進(jìn)行故障程度調(diào)整，用于模擬不同故障類型及其故障程度。對于任意一段繞組，兩端導(dǎo)體均與冷壓接頭14進(jìn)行冷壓焊接，不同繞組段間通過冷壓接頭14實(shí)現(xiàn)分段繞組間的可靠連接。變壓器其他繞組也采用相同的三段式結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置具有以下特點(diǎn)：

一、該裝置嚴(yán)格按照220kV電力變壓器縮比，保持與真型變壓器一致的結(jié)構(gòu)布局與絕緣設(shè)置。

二、為模擬不同類型的結(jié)構(gòu)性故障，同時也為方便進(jìn)行不同故障程度的調(diào)節(jié)，該裝置對輔助結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了簡化設(shè)計，特別是設(shè)計了上鐵軛和上夾件的整體結(jié)構(gòu)10，簡化了上鐵軛拆裝過程中的插片流程，能夠?qū)崿F(xiàn)對各結(jié)構(gòu)件的簡易拆卸與精確復(fù)位。

三、鐵芯上鐵軛及上夾件為整體結(jié)構(gòu)。鐵芯上鐵軛通過硅鋼片疊片而成，兩端由上夾件緊固。上鐵軛與芯柱之間交界面為矩形，兩接觸面平整。在該模擬試驗(yàn)平臺拆裝過程中，鐵芯上鐵軛及上夾件始終作為整體結(jié)構(gòu)，不需要對上鐵軛進(jìn)行插片處理，保證了安裝精確度。

四、各個繞組均分為三段式結(jié)構(gòu)，兩段之間通過冷壓接頭連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對任意一段結(jié)構(gòu)的替換與調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)模擬不同故障類型及其故障程度，如軸向位移故障、繞組軸向倒塌故障、繞組變形故障等。

下文以利用本實(shí)用新型的變壓器結(jié)構(gòu)異變動態(tài)模擬裝置來模擬故障，并進(jìn)行相關(guān)研究試驗(yàn)為例，對本實(shí)用新型進(jìn)行說明。

圖5是本實(shí)用新型變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬方法的原理框圖，該方法的核心是依據(jù)變壓器實(shí)際結(jié)構(gòu)及其材料特性，構(gòu)建變壓器結(jié)構(gòu)異變動態(tài)模擬裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對典型的現(xiàn)場故障(軸向位移、繞組變形、軸向倒塌等)的模擬。同時，依托于該裝置，可以進(jìn)行頻率響應(yīng)試驗(yàn)、介質(zhì)損耗試驗(yàn)、短路阻抗試驗(yàn)。通過對變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置的試驗(yàn)，得到不同故障類型及程度下變壓器的典型試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(1)故障模擬

本實(shí)用新型的變壓器結(jié)構(gòu)異變動態(tài)模擬裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對軸向倒塌故障、繞組變形故障、軸向位移故障的模擬，下文對3種故障模擬的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了描述。

(a)軸向倒塌故障

圖6(a)和圖6(b)為繞組軸向倒塌時正常段與倒塌段示意圖。軸向倒塌故障為本模擬試驗(yàn)平臺能夠模擬的典型故障類型之一，圖中α為繞組導(dǎo)體側(cè)面與水平面之間的夾角，表征繞組軸向倒塌的程度。在線圈繞制過程中，通過在線圈模具上增加圖6(b)所示的三角形楔子使繞組導(dǎo)線產(chǎn)生傾倒，軸向倒塌程度可以通過改變楔子的夾角α進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(b)繞組變形故障

圖7為繞組變形示意圖。繞組變形為本故障模擬裝置能夠模擬的典型故障類型之一，8個絕緣墊塊17均勻分布在繞組導(dǎo)體所在圓周，絕緣墊塊17為扁狀長方體結(jié)構(gòu)，其高度等于油道15高度，其長度近似等于繞組線餅徑向厚度，其寬度一般為20mm。在線圈繞制過程中，通過在指定變形部位增加絕緣棒18使繞組產(chǎn)生幅向鼓包變形，變形程度可以通過改變絕緣棒18的直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(c)軸向位移故障

圖8為軸向位移故障示意圖。圖中低壓繞組19、中壓繞組20、高壓繞組21均圍繞鐵芯7同心排布。各繞組上的繞組線餅16間設(shè)有絕緣墊塊17(圖8中設(shè)有三個絕緣墊塊，分別a、b、c)?？赏ㄟ^改變絕緣墊塊厚度，實(shí)現(xiàn)繞組線餅16在軸向位置上的改變，從而模擬軸向位移故障。圖8中正常絕緣墊塊厚度為h(如a所示)。為使圖8中線餅向下發(fā)生軸向位移，需增加上部絕緣墊塊厚度到h+Δh(如b所示)，對應(yīng)地減小下部絕緣墊塊厚度到h-Δh(如c所示)。

(2)相關(guān)試驗(yàn)

(a)變壓器結(jié)構(gòu)異變故障研究試驗(yàn)

基于本實(shí)用新型的裝置，模擬變壓器軸向倒塌故障、繞組變形故障、軸向位移故障，進(jìn)行在不同故障情況下，變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化、應(yīng)力薄弱點(diǎn)、故障發(fā)展過程的研究。

(b)變壓器故障診斷技術(shù)研究

對變壓器模擬的故障進(jìn)行全方位的監(jiān)測，收集能夠表征故障的信息量，改變故障的發(fā)生部位，嚴(yán)重程度等因素，研究現(xiàn)場常用故障診斷技術(shù)。

一般認(rèn)為，頻率響應(yīng)法能夠在較寬的頻帶上測量分析繞組的頻率響應(yīng)特性，判斷變壓器的狀態(tài)。當(dāng)變壓器發(fā)生結(jié)構(gòu)異變后，其內(nèi)部的電感、電容、電阻分布參數(shù)必然發(fā)生相對變化，對應(yīng)的頻率響應(yīng)曲線也會發(fā)生改變。盡管變壓器廠家可能保留了大型電力變壓器的頻率響應(yīng)歷史數(shù)據(jù)，能夠用于變壓器現(xiàn)場試驗(yàn)中與頻率響應(yīng)測試結(jié)果對比。但是，普遍認(rèn)為試驗(yàn)接線方式對試驗(yàn)結(jié)果有很大影響。本裝置高壓繞組有4個接線端子，中壓繞組有4個接線端子，低壓繞組有3個接線端子，基于該裝置可以改變不同的接線方式，可以實(shí)現(xiàn)對接地狀況、測試?yán)@組狀態(tài)、非測試?yán)@組狀態(tài)等的模擬，從而較為系統(tǒng)地研究變壓器結(jié)構(gòu)異變與頻率響應(yīng)接線方式及其結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系。圖9是頻率響應(yīng)試驗(yàn)接線原理圖，其中圖示接線方式為高壓繞組A點(diǎn)注入信號，中性點(diǎn)O點(diǎn)測量。

圖10為介質(zhì)損耗試驗(yàn)接線原理圖。通過電橋法對變壓器介質(zhì)損耗進(jìn)行試驗(yàn)，可以測量對應(yīng)的電容量及介質(zhì)損耗。由于本裝置的油箱接地狀態(tài)可人為改變，在進(jìn)行介質(zhì)損耗試驗(yàn)時，可以分別對變壓器器身接地與不接地情況進(jìn)行試驗(yàn)，同時也可以選擇電橋“正接法”或“反接法”。

(c)故障應(yīng)對策略研究試驗(yàn)

研究變壓器發(fā)生故障之后，采取何種措施才能夠保證電網(wǎng)安全和設(shè)備安全，降低經(jīng)濟(jì)損失。通過對不同故障的不同應(yīng)對策略的模擬試驗(yàn)，對各個策略的結(jié)果進(jìn)行分析評估，研究出針對各個故障的最優(yōu)應(yīng)對策略。

本實(shí)用新型具體實(shí)施方式的變壓器器身、套管、無勵磁分接開關(guān)、散熱片等部分按照GB1094.1、GB1094.2、GB1094.3、GB1094.5等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計并制造。

應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，所列舉的試驗(yàn)方法、故障類型及其程度僅為示例，并不用于限定本實(shí)用新型。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。