專利名稱：用激光傳感器測(cè)量變壓器類產(chǎn)品短路振動(dòng)位移及形變的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量變壓器類產(chǎn)品短路振動(dòng)位移及形變的方法，具體說(shuō)是一種使 用激光傳感器直接測(cè)量變壓器類產(chǎn)品短路振動(dòng)位移及形變的方法。
背景技術(shù)：
測(cè)量變壓器類產(chǎn)品的短路振動(dòng)位移及形變，可以檢驗(yàn)和修正變壓器的實(shí)用性及其 工藝措施是否得當(dāng)。目前我國(guó)短路試驗(yàn)?zāi)芰H限于電流小于10000A、電壓等級(jí)220kV以下， 采用短路阻抗法。該方法是一種間接測(cè)量法，通過(guò)測(cè)量產(chǎn)品在短路時(shí)電壓電流波形變化情 況來(lái)推斷產(chǎn)品形變。它的靈敏度較低，僅在產(chǎn)品出現(xiàn)損壞形變較大時(shí)才能測(cè)到，對(duì)產(chǎn)品在剛 性范圍內(nèi)，隨著短路電流的變化，電磁力變化，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品線圈位移和形變等無(wú)法考證。如 能直接測(cè)得產(chǎn)品短路振動(dòng)時(shí)線圈位移和形變可對(duì)產(chǎn)品材料、結(jié)構(gòu)性能、機(jī)械強(qiáng)度等獲得最 直接可信的第一手資料，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。由于存在以下原因使短路 振動(dòng)直接測(cè)量工作在變壓器行業(yè)尚未實(shí)現(xiàn)(1)變壓器短路瞬間內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)大的電場(chǎng)和磁 場(chǎng)，給測(cè)量系統(tǒng)帶來(lái)強(qiáng)烈干擾，許多測(cè)量系統(tǒng)在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下無(wú)法工作；(2) —般傳感 器很難進(jìn)入被測(cè)線圈的內(nèi)部；(3)短路振動(dòng)幅值跨度大，在剛性范圍內(nèi)幅度很小(微米級(jí))， 在形變之后幅度很大，要求測(cè)量的靈敏度很高；(4)要真實(shí)再現(xiàn)振動(dòng)的每個(gè)細(xì)節(jié)，實(shí)時(shí)采集 振動(dòng)波形，就要求采樣率高、并多路同步測(cè)量。多路測(cè)量的數(shù)據(jù)量很大，要實(shí)現(xiàn)快速大量數(shù) 據(jù)流實(shí)時(shí)傳輸，對(duì)通訊的軟件編程和硬件的配置協(xié)調(diào)要求高，加大了測(cè)量實(shí)現(xiàn)的難度；(5) 對(duì)于多路測(cè)量的大量數(shù)據(jù)再處理工作量大，須轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫(kù)編程，用圖象功能生成波形，編程 處理工作復(fù)雜；(6)短路電流很大(幾千安培乃至上萬(wàn)安培)，需要在0. 2秒內(nèi)完成，這種強(qiáng) 電的暫態(tài)試驗(yàn)對(duì)供電系統(tǒng)是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，該試驗(yàn)不能輕易做，使這種測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試環(huán) 境機(jī)會(huì)很少，難于把握；(7)為安全測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)與測(cè)試儀器須進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，測(cè)量線經(jīng)過(guò)長(zhǎng) 距離后，在復(fù)雜的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境增加了爬電、電磁干擾的可能性，況且遠(yuǎn)距離測(cè)量傳輸對(duì)測(cè) 量系統(tǒng)本身抗衰減和驅(qū)動(dòng)能力要求提高了； (8)整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)電回路復(fù)雜，有測(cè)量系統(tǒng)回 路、保護(hù)系統(tǒng)回路、被試變壓器或模型回路和試驗(yàn)供電回路，幾組回路的接地處理，相互間 沖擊干擾，是測(cè)量系統(tǒng)組建的又一難題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種使用激光傳感器直接測(cè)量變壓 器類產(chǎn)品短路振動(dòng)位移及形變的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的1、為解決一般傳感器難以進(jìn)入被測(cè)線圈的內(nèi)部，制作被測(cè)模型，具體是，制作一段 被測(cè)線餅，被測(cè)線餅的短路電流和由此產(chǎn)生的電動(dòng)力、機(jī)械強(qiáng)度及繞組材質(zhì)與被測(cè)變壓器 一致，在被測(cè)線餅的內(nèi)圈設(shè)置鐵筒，二者同心，在鐵筒內(nèi)設(shè)有十字支撐架支撐被測(cè)線餅和鐵 筒。被測(cè)模型短路瞬間振動(dòng)的位移和形變能完全替代被測(cè)變壓器；
2、由激光傳感器、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集卡和微機(jī)UBS端口串聯(lián)組成短路 振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)；3、至少四個(gè)激光傳感器均勻放置在鐵筒內(nèi)圈同一圓周上，在鐵筒上按上下設(shè)置窺 視孔和探測(cè)孔，探測(cè)孔與激光傳感器發(fā)射端水平，探測(cè)孔的大小以激光傳感器接收端能收 到反射光為限，窺視孔以人眼能觀察到激光發(fā)射光打到線餅上為限。4、激光傳感器發(fā)出光打到被測(cè)量線餅的內(nèi)徑上，由于線餅內(nèi)徑的表面不光滑，按 三角反射原理反射光回到傳感器，傳感器根據(jù)發(fā)射光和反射光形成的幾何關(guān)系可求出線餅 在水平方向上振動(dòng)的位移所對(duì)應(yīng)的電流量，輸出給短路振動(dòng)測(cè)量?jī)x，對(duì)轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào) 進(jìn)行快速數(shù)據(jù)流采集和傳遞，傳入微機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再現(xiàn)測(cè)量線餅振動(dòng)波形，并取得波 形上任意點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間、幅度、頻率、周期、形變等信息。與短路阻抗法相比，本發(fā)明以微米級(jí)高靈敏度，撲獲到短路電流從額度的百分之 十幾逐步增大對(duì)應(yīng)繞組振動(dòng)的位移和形變，直接測(cè)出變壓器模型短路振動(dòng)特性；本發(fā)明還 能描述產(chǎn)品短路從剛性到損壞全過(guò)程的變化，這對(duì)指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，了解產(chǎn)品材料、結(jié)構(gòu)的機(jī) 械性能有不可估量的意義；它還解決了大容量變壓器因試驗(yàn)設(shè)備容量小無(wú)法做短路試驗(yàn)且 長(zhǎng)途運(yùn)輸困難的難題，為大容量產(chǎn)品短路下機(jī)械強(qiáng)度檢驗(yàn)提供了一個(gè)新途徑。


下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖1是被測(cè)模型示意圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是被測(cè)模型和短路振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的框圖。圖4是數(shù)據(jù)采集儀的電原理圖。圖5是四路同時(shí)測(cè)量的波形圖。圖6是AIl單顯波形圖。圖7是AI2單顯波形圖。圖8是形變?nèi)≈挡ㄐ螆D。圖9是各時(shí)刻線圈對(duì)應(yīng)的形變示意圖。
具體實(shí)施例方式首先，制作被測(cè)模型，參見圖1和2，具體是，制作一段被測(cè)線餅1，被測(cè)線餅的短路 電流和由此產(chǎn)生的電動(dòng)力、機(jī)械強(qiáng)度及繞組材質(zhì)與被測(cè)變壓器一致，在被測(cè)線餅的內(nèi)圈設(shè) 置鐵筒2，二者同心，在鐵筒內(nèi)設(shè)有十字支撐架3支撐被測(cè)線餅和鐵筒。被測(cè)模型短路瞬間 振動(dòng)的位移和形變能完全替代被測(cè)變壓器；其次，參見圖3和4，由四個(gè)并聯(lián)的激光傳感器4和電流電壓轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集卡 9215A芯片和微機(jī)UBS端口串聯(lián)組成短路振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其中每個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換電路是一 個(gè)電阻R，該電阻串入激光傳感器輸出端并接地，電阻的電壓輸出端接9215A芯片輸入端；再次，四個(gè)激光傳感器分別放置在由十字架分成的四個(gè)區(qū)域內(nèi)、并與十字支撐架 成45°的位置上，在鐵筒上按上下設(shè)置窺視孔21和探測(cè)孔22，探測(cè)孔與激光傳感器發(fā)射端 水平，為保持二者水平，激光傳感器放置在可調(diào)節(jié)高度的底座5上。探測(cè)孔的大小以激光傳感器接收端能收到反射光為限，窺視孔以人眼能觀察到激光發(fā)射光打到線餅上為限。最后，激光傳感器發(fā)出光打到被測(cè)量線餅的內(nèi)徑上，由于線餅內(nèi)徑的表面不光滑， 按三角反射原理反射光回到傳感器，傳感器根據(jù)發(fā)射光和反射光形成的幾何關(guān)系可求出線 餅在水平方向上振動(dòng)的位移所對(duì)應(yīng)的電流量，輸出給短路振動(dòng)測(cè)量?jī)x，對(duì)轉(zhuǎn)換后的電壓信 號(hào)進(jìn)行快速數(shù)據(jù)流采集和傳遞，傳入微機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再現(xiàn)測(cè)量線餅振動(dòng)波形，并取得 波形上任意點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間、幅度、頻率、周期、形變等信息。從圖5-7知，振動(dòng)周期為50hz，IOOhz,時(shí)間分辨率為0. OOls,幅度可測(cè)0. Olmm信 號(hào)，測(cè)量實(shí)現(xiàn)四路同步快速波形實(shí)時(shí)抓拍，試驗(yàn)進(jìn)行了五次，測(cè)量的最大最小值等信息，見 表1。第一次對(duì)應(yīng)的短路電流為2001A，第二次對(duì)應(yīng)的短路電流為2012A，第三次對(duì)應(yīng)的短路 電流為2020A，第四次對(duì)應(yīng)的短路電流為4089A，第五次對(duì)應(yīng)的短路電流為3985A。表1.短路振動(dòng)位移波峰及波谷最大值數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種用激光傳感器測(cè)量變壓器類產(chǎn)品短路振動(dòng)位移及形變的方法，其特征是(1)制作被測(cè)模型，具體是，制作一段被測(cè)線餅，被測(cè)線餅的短路電流和由此產(chǎn)生的電 動(dòng)力、機(jī)械強(qiáng)度及繞組材質(zhì)與被測(cè)變壓器一致，在被測(cè)線餅的內(nèi)圈設(shè)置鐵筒，二者同心，在 鐵筒內(nèi)設(shè)有十字支撐架支撐被測(cè)線餅和鐵筒。被測(cè)模型短路瞬間振動(dòng)的位移和形變能完全 替代被測(cè)變壓器；(2)由激光傳感器、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集卡和微機(jī)UBS端口串聯(lián)組成短路振動(dòng) 測(cè)量系統(tǒng)；(3)至少四個(gè)激光傳感器均勻放置在鐵筒內(nèi)圈同一圓周上，在鐵筒上按上下設(shè)置窺視 孔和探測(cè)孔，探測(cè)孔與激光傳感器發(fā)射端水平，探測(cè)孔的大小以激光傳感器接收端能收到 反射光為限，窺視孔以人眼能觀察到激光發(fā)射光打到線餅上為限。(4)激光傳感器發(fā)出光打到被測(cè)量線餅的內(nèi)徑上，傳感器根據(jù)發(fā)射光和反射光形成的 幾何關(guān)系可求出線餅在水平方向上振動(dòng)的位移所對(duì)應(yīng)的電流量，輸出給短路振動(dòng)測(cè)量?jī)x， 對(duì)轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)進(jìn)行快速數(shù)據(jù)流采集和傳遞，傳入微機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再現(xiàn)測(cè)量線 餅振動(dòng)波形，并取得波形上任意點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間、幅度、頻率、周期、形變信息。
2.按照權(quán)利要求1所述的用激光傳感器測(cè)量變壓器類產(chǎn)品短路振動(dòng)位移及形變的方 法，其特征是在步驟(3)中所說(shuō)的激光傳感器為四個(gè)激光傳感器，分別放置在由十字架分 成的四個(gè)區(qū)域內(nèi)、并與十字架成45°的位置上，激光傳感器放置在可調(diào)節(jié)高度的底座上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用激光傳感器測(cè)量變壓器類產(chǎn)品短路振動(dòng)位移及形變的方法，所要解決的問題是采用的短路阻抗法測(cè)量變壓器類產(chǎn)品短路振動(dòng)位移及形變，靈敏度較低，僅在產(chǎn)品出現(xiàn)損壞形變較大時(shí)才能測(cè)到，且大容量變壓器短路試驗(yàn)受設(shè)備容量限制無(wú)法進(jìn)行。本發(fā)明的要點(diǎn)是先制作被測(cè)線餅?zāi)Ｐ?，再使用激光傳感器測(cè)出線餅在水平方向上振動(dòng)的位移所對(duì)應(yīng)的電流量，輸出給短路振動(dòng)測(cè)量?jī)x和微機(jī)，再現(xiàn)測(cè)量線餅振動(dòng)波形，并取得波形上任意點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間、幅度、頻率、周期、形變等信息。本發(fā)明特別適合對(duì)大容量變壓器的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01R31/06GK102033189SQ200910187619
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者孟慶民, 李文海, 陳玉紅 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)變壓器研究院股份有限公司