專利名稱：利用掃頻電源激振檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種利用掃頻電源激振檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置。
背景技術(shù)：
變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其運行的穩(wěn)定性對電力系統(tǒng)安全影響極大。隨著我國電網(wǎng)容量的日益增大，短路容量亦隨之不斷增大，由于變壓器出口短路形成的沖擊電流產(chǎn)生的巨大電磁作用力對變壓器繞組的機械強度和動穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴重的威脅。目前變電站設(shè)備及線路的運行環(huán)境始終不容樂觀，因外部短路造成變壓器繞組受沖擊而引發(fā)的變形，是變壓器運行過程中較為常見的故障，其對系統(tǒng)的安全運行造成了很大的威脅。
變壓器發(fā)生突然短路故障時，在變壓器繞組內(nèi)流過很大的短路電流，該短路電流在漏磁場的作用下，在繞組上產(chǎn)生很大的電動力。盡管這種暫態(tài)持續(xù)時間很短，但是變壓器還是有可能遭到損壞。
變壓器遭受突發(fā)短路后，其繞組可能首先發(fā)生松動或輕微變形，通過大量的實驗研究分析變壓器繞組變形具有累積效應(yīng)，如果對于松動和變形不能及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，那么在變壓器的松動和變形在累積到一定程度后會使變壓器的抗短路能力大幅下降而在遭受較小的沖擊電流下也會引發(fā)大的事故發(fā)生。
除了變壓器在受到?jīng)_擊短路電流時會發(fā)生松動和變形外，在鐵芯的磁致伸縮與運行電流的長期作用下變壓器本身在運行時還會出現(xiàn)復(fù)雜的機械振動，這些因素結(jié)合起來也會使繞組發(fā)生漸進性的變形、松散失穩(wěn)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致變壓器的抗短路能力下降而使得變壓器存在潛在的事故隱患。
因此，在運行過程中當(dāng)變壓器經(jīng)歷了外部短路事故后或運行一段時間后的常規(guī)檢修中，如何有效地檢測出變壓器繞組是否存在松動和變形，從而判斷變壓器是否需要檢修處理顯得十分重要，是保障變壓器安全運行的一個重要手段，因此變壓器繞組變形的檢測是目前變壓器常規(guī)試驗項目之一。
目前實際應(yīng)用的對變壓器繞組狀態(tài)的檢測方法最常用的主要有以下2種1、短路阻抗法變壓器短路阻抗是當(dāng)負載阻抗為零時變壓器內(nèi)部的等效阻抗，短路阻抗是變壓器繞組的漏抗和電阻的矢量和，由于變壓器直流電阻相對于漏抗數(shù)值很小，因此變壓器的短路阻抗反映的主要是變壓器繞組的漏抗。由變壓器的理論分析可知，變壓器漏抗值是由繞組的幾何尺寸所決定的，或者說是由繞組的結(jié)構(gòu)決定的，一旦變壓器繞組發(fā)生變形，從理論上來說變壓器的漏抗相應(yīng)也會發(fā)生變化，因此通過對變壓器短路阻抗的檢測可以間接地反映變壓器繞組內(nèi)部是否發(fā)生了變形。
一般情況下，運行中的變壓器受到了短路電流的沖擊后，或在定期常規(guī)檢查時要將測得的短路阻抗值與原有的記錄進行比較來判斷繞組是否發(fā)生了變形，如果短路阻抗值變化較大，例如國標中設(shè)定為變化超過3％，則可確認繞組有顯著變形。
圖1為短路阻抗法的測量示意圖，將變壓器低壓側(cè)短路，高壓側(cè)通過調(diào)壓器施加試驗電壓，測量對應(yīng)的短路電壓U和短路電流I，變壓器的短路阻抗由Z＝U/I計算得到。
按照有關(guān)標準規(guī)定，變壓器在短路阻抗測試試驗中，要求測量每一相的短路阻抗，并把試驗后所測量的短路阻抗值與以往試驗的數(shù)據(jù)加以比較，根據(jù)其變化的程度，作為判斷被試變壓器繞組是否合格的重要依據(jù)之一。
從實際應(yīng)用情況來看，短路阻抗法在長期的生產(chǎn)實踐中已建立了標準，判據(jù)較為明確，在IEC60076-5和GB1095-85中均明確給出了線圈變形程度的判據(jù)。但很多情況下這種方法的靈敏度很低，故障的檢出率較低，只有在線圈整體變形情況較為嚴重時才能夠得到較明確的反映。
2、頻響法(FRA法，F(xiàn)requency Response Analysis)頻響法的基本原理是將變壓器繞組視為一個分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，它由對地電容C、縱向電容K、電感L等分布參數(shù)構(gòu)成一無源線性雙端口網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的特性在頻域上可以用傳遞函數(shù)H(jω)來描述。
繞組發(fā)生局部機械變形后，其內(nèi)部的電感L、縱向電容K和對地電容C等分布參數(shù)會發(fā)生相應(yīng)的變化，從而在網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)H(jω)上得到反映。因此分析變壓器繞組的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)曲線的變化情況就可以分析內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)電參數(shù)是否發(fā)生變化，從而推斷相應(yīng)的機械結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了變形，這是頻響法測試變壓器繞組變形的依據(jù)和基礎(chǔ)，如圖2所示，為變壓器繞組的等效雙口網(wǎng)絡(luò)。
頻響法測試首先將一穩(wěn)定的正弦掃頻電壓信號 施加到被試變壓器繞組的一端，然后同時記錄該端口 和其它輸出端口上的電壓 從而得到該被試繞組的一組頻響特性即H(jω)=V·oV·i.]]>頻響法的測試靈敏度較短路阻抗法高，但由于其頻響波形的復(fù)雜性，對繞組狀況的判別需要較多的經(jīng)驗，較難形成明確的定量判據(jù)，因此至今沒有形成判別標準。
上述兩種方法是目前判別變壓器繞組狀況最常用的，兩種方法都是采用電測方法，出發(fā)點都是基于變壓器繞組發(fā)生明顯變形的狀況下模型中對應(yīng)的分布參數(shù)或漏抗發(fā)生變化來進行測量判別，這對變壓器繞組發(fā)生較明顯的變形情況較為適宜，但對繞組發(fā)生輕微變形，尤其是對變壓器繞組存在的相對松動的狀態(tài)不能給出較明確的判斷，這是因為在變壓器繞組發(fā)生松動的情況下，其變形程度很小，反映在等效電路模型中其電參數(shù)幾乎沒有變化，其傳遞函數(shù)的變化也就非常小。然而變壓器繞組松動對其抗短路能力有很大的影響，因此研究繞組的狀況需有靈敏度更高的方法來進行判別。
實用新型內(nèi)容本實用新型提供的一種利用掃頻電源激振檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，利用一種更加靈敏有效的測試方法來檢測變壓器繞組的機械動力學(xué)狀態(tài)，能夠靈敏地檢測變壓器繞組的松動和變形。
為了達到上述目的，本實用新型提供了一種利用掃頻電源激振來檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，其包含核心控制模塊，激振模塊和數(shù)據(jù)采集控制模塊；所述的激振模塊包含通過電路連接的變頻恒流源和勵磁變壓器；所述的數(shù)據(jù)采集控制模塊包含依次電路連接的振動傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集器；
所述的變頻恒流源通過電路連接所述的核心控制模塊，其通過勵磁變壓器將輸出的電流掃頻激勵信號施加在被檢測變壓器的高壓側(cè)，并同時對被測變壓器繞組輸出該掃頻激勵信號；該變頻恒流源輸出的電流掃頻激勵信號的幅值大小，輸出頻率的掃頻范圍和掃頻速度由所述的核心控制模塊控制調(diào)整；所述的勵磁變壓器作阻抗匹配；所述的振動傳感器設(shè)置于變壓器的殼體上，其測量被測變壓器繞組在不同激振頻率下的振動響應(yīng)信號，并將測得的信號傳輸至電荷放大器；所述的電荷放大器放大振動響應(yīng)信號，并將放大后的振動響應(yīng)信號傳輸至數(shù)據(jù)采集器；所述的數(shù)據(jù)采集器同步完成信號采集、抗混迭數(shù)字濾波以及高速緩存對振動以及回路電量中的傳感器信號進行采集和預(yù)處理，并將處理后得到的振動響應(yīng)信號數(shù)據(jù)通過高速總線傳輸至核心控制模塊；該數(shù)據(jù)采集器的采樣頻率和采樣長度由所述的核心控制模塊控制調(diào)整；所述的核心控制模塊對接收到的振動響應(yīng)信號數(shù)據(jù)進行頻譜分析，顯示并記錄變壓器繞組在頻域上的諧振頻率曲線，與先前測量得到并記錄的諧振頻率曲線，以及變壓器三相線圈的振動頻率曲線進行比較，判斷變壓器繞組的狀態(tài)，得到測量結(jié)果。
本實用新型提供的利用掃頻電源激振來檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，具體檢測過程如下1、將被測變壓器的低壓繞組短路，變頻恒流源通過一勵磁變壓器將輸出信號施加在試驗變壓器的高壓側(cè)，并同時對被測變壓器繞組輸出該掃頻激勵信號；2、通過振動傳感器測量變壓器繞組對于掃頻激勵信號的振動響應(yīng)信號，并將測得的振動信號由電荷放大器放大，再由數(shù)據(jù)采集器采集處理后傳送至核心控制模塊；步驟3、核心控制模塊對接收到的數(shù)據(jù)進行頻譜分析，得到變壓器繞組的諧振頻率曲線，將其與以前的記錄曲線相比較，或與變壓器三相線圈的曲線相比較，當(dāng)該頻率曲線的振動幅度明顯放大，頻譜峰值發(fā)生明顯偏移，即出現(xiàn)奇異峰值時，說明該變壓器繞組有異常反應(yīng)，判斷變壓器繞組處于非正常狀態(tài)下，發(fā)生松動或變形，需及時更換，保證線路不發(fā)生故障。
本實用新型提供的一種利用掃頻電源激振來檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，通過分析變壓器繞組的固有諧振頻率曲線的變化來檢測繞組的松動狀況，能有效的、高靈敏度的檢測出變壓器繞組的松動和變形狀況，及時檢修或更換，避免因繞組結(jié)構(gòu)損壞而導(dǎo)致變壓器發(fā)生突然短路的故障。


圖1是背景技術(shù)短路阻抗法的測量示意圖；圖2是背景技術(shù)頻響法中變壓器繞組的等效雙口網(wǎng)絡(luò)；圖3是本實用新型提供的一種利用掃頻電源激振檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型具體實施例中變壓器水平方向三相振動頻譜的比較；圖5是本實用新型具體實施例中變壓器垂直方向三相振動頻率的比較。
具體實施方式
以下根據(jù)圖3～圖5來具體說明本實用新型的一種最佳實施方式本實用新型提供的利用掃頻電源激振檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，將變壓器繞組等效為一個集中參數(shù)的復(fù)雜的彈性系統(tǒng)，當(dāng)變壓器繞組產(chǎn)生松動，其軸向預(yù)緊力發(fā)生變化時，其前幾階的機械振動的固有頻率會逐步向更低的頻率方向移動，并有低頻段的整體振幅有所提高的現(xiàn)象，使整個彈性系統(tǒng)的振動特性發(fā)生變化；而變壓器繞組發(fā)生變形時會引起彈性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化，從而使彈性系統(tǒng)的振動特性發(fā)生變化。因此，只要能有效地檢測到彈性系統(tǒng)本身的振動特性變化，分析變壓器繞組的固有諧振頻率曲線的變化，就可以檢測出變壓器繞組松動和變形的狀況。
如圖3所示，是本實用新型提供的利用掃頻電源激振來檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，其包含核心控制模塊301，激振模塊和數(shù)據(jù)采集控制模塊；所述的激振模塊包含通過電路連接的變頻恒流源201和勵磁變壓器202；所述的數(shù)據(jù)采集控制模塊包含依次電路連接的振動傳感器101、電荷放大器102、數(shù)據(jù)采集器103；所述的變頻恒流源201通過電路連接所述的核心控制模塊301，其通過勵磁變壓器202將輸出的電流掃頻激勵信號施加在被檢測變壓器4的高壓側(cè)，并同時對被測變壓器繞組輸出該掃頻激勵信號；該變頻恒流源201輸出的電流掃頻激勵信號的幅值大小，輸出頻率的掃頻范圍和掃頻速度由所述的核心控制模塊301控制調(diào)整；所述的勵磁變壓器202作阻抗匹配；所述的振動傳感器101設(shè)置于變壓器4的殼體上，其測量被測變壓器繞組在不同激振頻率下的振動響應(yīng)信號，并將測得的信號傳輸至電荷放大器102所述的電荷放大器102放大振動響應(yīng)信號，并將放大后的振動響應(yīng)信號傳輸至數(shù)據(jù)采集器103；所述的數(shù)據(jù)采集器103同步完成信號采集、抗混迭數(shù)字濾波以及高速緩存對振動以及回路電量中的傳感器信號進行采集和預(yù)處理，并將處理后得到的振動響應(yīng)信號數(shù)據(jù)通過高速總線傳輸至核心控制模塊301；該數(shù)據(jù)采集器103的采樣頻率和采樣長度由所述的核心控制模塊301控制調(diào)整；所述的核心控制模塊301對接收到的振動響應(yīng)信號數(shù)據(jù)進行頻譜分析，顯示并記錄變壓器繞組在頻域上的諧振頻率曲線，與先前測量得到并記錄的諧振頻率曲線，以及變壓器三相線圈的振動頻率曲線進行比較，判斷變壓器繞組的狀態(tài)，得到測量結(jié)果。
本實用新型提供的利用掃頻電源激振來檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，具體檢測過程如下1、將被測變壓器4的低壓繞組短路，變頻恒流源201通過一勵磁變壓器202將輸出信號施加在試驗變壓器4的高壓側(cè)，并同時對被測變壓器繞組輸出該掃頻激勵信號；2、通過振動傳感器101測量變壓器繞組對于掃頻激勵信號的振動響應(yīng)信號，并將測得的振動信號由電荷放大器102放大，再由數(shù)據(jù)采集器103采集處理后傳送至核心控制模塊301；步驟3、核心控制模塊301對接收到的數(shù)據(jù)進行頻譜分析，得到變壓器繞組的諧振頻率曲線，將其與以前的記錄曲線相比較，或與變壓器三相線圈的曲線相比較，當(dāng)該頻率曲線的振動幅度明顯放大，頻譜峰值發(fā)生明顯偏移，即出現(xiàn)奇異峰值時，說明該變壓器繞組有異常反應(yīng)，判斷變壓器繞組處于非正常狀態(tài)下，發(fā)生松動或變形，需及時更換，保證線路不發(fā)生故障。
本實用新型提供的利用掃頻電源激振來檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，通過分析變壓器繞組的固有諧振頻率曲線的變化來檢測繞組的松動狀況，能有效的、高靈敏度的檢測出變壓器繞組的松動和變形狀況，及時檢修或更換，避免因繞組結(jié)構(gòu)損壞而導(dǎo)致變壓器發(fā)生突然短路的故障。
具體實施例某變電站中，主變壓器的A相低壓側(cè)因出口流變發(fā)生擊穿而遭受短路沖擊，壓力釋放裝置保護動作。后因系統(tǒng)調(diào)配原因，決定重新投入運行。
在運行前進行了一次停電進行檢測，首先采用短路阻抗法進行測試，測試發(fā)現(xiàn)短路阻抗基本沒有發(fā)生變化(變化值小于0.1％)。再采用FRA法對變壓器A相低壓繞組進行測試分析，發(fā)現(xiàn)與原測量曲線對照沒有異常變化。根據(jù)這2種電測法的結(jié)論，認為變壓器A相繞組線圈沒有發(fā)生變形故障。
但是，最后采用本實用新型的裝置進行檢測，利用掃頻激勵振動頻譜的方法，對變壓器三相的繞組作了仔細的掃頻測試，得到如圖4和圖5所示的三相振動頻譜曲線，發(fā)現(xiàn)變壓器A相的振動幅值與B相和C相比較放大數(shù)倍，頻譜的峰值發(fā)生明顯的偏移，出現(xiàn)了明顯的奇異峰值，與未受沖擊的B、C相頻譜相比有明顯異常。
由此可見，本實用新型具有高靈敏度的檢測性能。
2005年5月24日，上海超高壓公司武威變電站3號主變A相低壓側(cè)因出口流變發(fā)生擊穿而遭受短路沖擊，壓力釋放裝置保護動作。因系統(tǒng)調(diào)配原因，重又投入運行。
5月26日凌晨停電進行檢測，超高壓公司采用短路阻抗法進行測試，短路阻抗基本沒有發(fā)生變化(變化值小于0.1％)。由華東中試所采用FRA法對變壓器A相低壓繞組進行測試分析，與原測量曲線對照沒有發(fā)現(xiàn)有異常變化。至26日凌晨由于母聯(lián)開關(guān)發(fā)生故障即將影響區(qū)域供電，需要立即作出判斷，根據(jù)電測法的結(jié)論不能認為線圈發(fā)生變形故障，故變壓器重新投運。
但停電期間由上海交大測試組采用掃頻激勵振動頻譜的方法，發(fā)現(xiàn)A相振動幅值與C相比較放大數(shù)倍，頻譜的峰值發(fā)生明顯的偏移，由于當(dāng)時時間緊迫沒有細致地進行掃頻測量，致使不能得到完整的頻譜曲線來進行分析。
由于該變壓器出廠較早，已經(jīng)過維修，加之本次遭受出口短路沖擊，壓力釋放裝置有保護動作發(fā)生，而A相的振動幅值與對照相C相相比明顯增大，故6月2日將該變壓器退出運行。
6月7日，武威站3號主變退出運行后，我們采用掃頻激振法對變壓器三相的繞組作了仔細的掃頻測試，圖4和圖5為三相測得的頻譜曲線比較，可以看到A相振動的頻譜出現(xiàn)了明顯的奇異峰值，與未受沖擊的B、C相頻譜相比有明顯異常。
權(quán)利要求1.一種利用掃頻電源激振檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，其特征在于，包含核心控制模塊(301)，激振模塊和數(shù)據(jù)采集控制模塊；所述的激振模塊包含通過電路連接的變頻恒流源(201)和勵磁變壓器(202)；所述的變頻恒流源(201)通過電路連接所述的核心控制模塊(301)，其通過勵磁變壓器(202)將輸出的電流掃頻激勵信號施加在被檢測變壓器(4)的高壓側(cè)，并同時對被測變壓器繞組輸出該掃頻激勵信號；所述的數(shù)據(jù)采集控制模塊包含依次電路連接的振動傳感器(101)、電荷放大器(102)、數(shù)據(jù)采集器(103)；所述的振動傳感器(101)設(shè)置于變壓器(4)的殼體上，其測量被測變壓器繞組在不同激振頻率下的振動響應(yīng)信號，并傳輸至電荷放大器(102)；所述的電荷放大器(102)放大振動響應(yīng)信號，并傳輸至數(shù)據(jù)采集器(103)；所述的數(shù)據(jù)采集器(103)同步完成信號采集、抗混迭數(shù)字濾波以及高速緩存對振動以及回路電量中的傳感器信號進行采集和預(yù)處理，并將處理后得到的振動響應(yīng)信號數(shù)據(jù)由高速總線傳輸至核心控制模塊(301)；所述的核心控制模塊(301)對接收到的振動響應(yīng)信號數(shù)據(jù)進行頻譜分析，顯示并記錄變壓器繞組在頻域上的諧振頻率曲線，與先前測量得到并記錄的諧振頻率曲線，以及變壓器三相線圈的振動頻率曲線比較，判斷變壓器繞組的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的利用掃頻電源激振檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，其特征在于，所述的核心控制模塊(301)控制調(diào)整變頻恒流源(201)輸出的電流掃頻激勵信號的幅值大小，輸出頻率的掃頻范圍和掃頻速度。
3.如權(quán)利要求1所述的利用掃頻電源激振來檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，其特征在于，所述的核心控制模塊(301)控制調(diào)整數(shù)據(jù)采集器(103)的采樣頻率和采樣長度。
專利摘要一種利用掃頻電源激振檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，其包含核心控制模塊，激振模塊和數(shù)據(jù)采集控制模塊；該數(shù)據(jù)采集控制模塊包含依次電路連接的振動傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集器；該激振模塊包含通過電路連接的變頻恒流源和勵磁變壓器。本實用新型提供的利用掃頻電源激振來檢測變壓器繞組狀態(tài)的裝置，通過分析變壓器繞組的固有諧振頻率曲線的變化來檢測繞組的松動狀況，具有極高的檢測靈敏度。
文檔編號G01R31/06GK2864705SQ20052004705
公開日2007年1月31日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者姜益民, 朱之述, 金之儉, 吳鈞 申請人:上海市電力公司