配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】一種配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置及檢測方法，所述檢測裝置包括信號發生單元、信號注入單元、信號獲取單元、信號調理單元以及信號采集單元；所述信號發生單元的輸出端分兩路輸出，其中一路連接信號注入單元的輸入端，另一路連接信號采集單元的第一輸入端；信號注入單元的輸出端經高壓測試鉗連接待測配網變壓器的低壓繞組；所述待測配網變壓器的中性點連接信號獲取單元的輸入端，信號獲取單元的輸出端連接信號調理單元的輸入端，信號調理單元的輸出端連接信號采集單元的第二輸入端。本發明檢測裝置體積小，攜帶方便，操作簡單，在不改變變壓器一次接線的前提下，實現了單臺裝置對多臺變壓器繞組變形進行帶電檢測。
【專利說明】配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測的方法及檢測裝置，屬變壓器檢測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]智能電網就是將信息技術、通信技術、計算機技術和原有的輸、配電基礎設施高度集成而形成的新型電網，它具有提高能源效率、減少對環境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少輸電網的電能損耗等多個優點，因此建設堅強、統一智能電網是我國未來電網的發展方向。智能主要體現在:可觀測——量測、傳感技術；可控制——對觀測狀態進行控制；嵌入式自主處理技術；實時分析——從數據到信息的提升；自適應；自愈等幾個方面。
[0003]配網自動化是智能電網的重要部分，靈活可重構的配電網絡拓撲結構和自動愈合功能是未來智能電網的基礎。配電變壓器是配電網中直接面向用戶的電力設備，它的工作狀態直接關系到對用戶的供電質量，對其進行實時有效的監控是配電自動化的一個重要內容。根據變壓器故障的統計結果發現，未曾檢測的匝間短路故障是變壓器故障的首要原因，而變壓器的繞組變形會直接造成匝間短路。匝間短路故障主要是匝間絕緣嚴重惡化的結果，如不能及時發現和修復，將會帶來災難性的相-地或相-相故障，最終導致變壓器被擊穿。這將嚴重影響用戶的供電可靠性和供電質量的要求，因此，對變壓器狀態的有效監測，及早發現和預防故障的發生具有重要的經濟和現實意義。
[0004]目前，檢測變壓器繞組變形的主要方法包括短路阻抗法、低壓脈沖法和頻率響應分析法。
[0005]短路阻抗法是指在頻率一定的情況下，變壓器的漏電抗大小主要由繞組的結構幾何尺寸決定，通過測量變壓器漏電抗的變化判斷變壓器繞組是否發生變形，但因其測試靈敏度低而不能及時發現繞組變形，而且受試驗設備沉重、試驗花費時間長等因素影響，在現場使用中受到了一定的限制。
[0006]低壓脈沖法是一種時域脈沖分析技術，是在變壓器繞組的一端輸入標準脈沖電壓信號，同時記錄該端的脈沖信號和另一端的相應輸出信號，得到該繞組的脈沖響應特性或傳遞函數，通過傳遞函數的變化來判斷變壓器的繞組變形。低壓脈沖法易受測試過程中各種外界電磁干擾的影響，測量間隔時間較長時，重復性較差，對測試變壓器繞組的首端故障不靈敏，尤其對變壓器首端餅間故障不靈敏，而且該法對變壓器各處故障的靈敏度也不一樣，難以用于現場測試。
[0007]頻率響應分析法是將一穩定的正弦電壓掃描信號或脈沖信號施加到被試變壓器的一端，同時記錄該端和另一端點上的電壓幅值及相角，從而得到被試變壓器繞組的一組頻響特性，通過該頻響特性在變壓器繞組變形前后的變化反映出繞組變形的信息。頻率響應分析法是在較寬的頻帶上測量變壓器繞組的傳遞函數，并分析繞組的頻率響應特性，判斷繞組狀態的方法，因其信噪比好、靈敏度高、測試重復性好、現場使用方便，成為變壓器繞組變形現場試驗的主要方法。
[0008]上述三種變壓器繞組變形的檢測方法大都屬于離線檢測法，無法及時地監測變壓器繞組的變形情況，無法實現變壓器實時運行狀態的監測。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于克服現有檢測技術中離線檢測方法的不足，提供一種配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，同時，還要提供利用所述裝置進行檢測的方法。
[0010]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案如下。
[0011]一種配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，包括信號發生單元、信號注入單元、信號獲取單元、信號調理單元以及信號采集單元；所述信號發生單元的輸出端分兩路輸出，其中一路連接信號注入單元的輸入端，另一路連接信號采集單元的第一輸入端；信號注入單元的輸出端經高壓測試鉗連接待測配網變壓器的低壓繞組；所述待測配網變壓器的中性點連接信號獲取單元的輸入端，信號獲取單元的輸出端連接信號調理單元的輸入端，信號調理單元的輸出端連接信號采集單元的第二輸入端。
[0012]上述配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，所述信號發生單元包括高壓脈沖信號發生器和電容分壓器，高壓脈沖信號發生器通過BNC三通接頭轉換為兩路輸出，一路輸出通過兩端均為BNC接頭的同軸電纜與電容分壓器相連，電容分壓器通過同軸電纜與信號采集單元的第一輸入端相連；另一路輸出與信號注入單元的輸入端連接。
[0013]上述配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，所述信號注入單元包括阻容分壓器及第一保護電路，其中阻容分壓器的輸入端與高壓脈沖信號發生器的輸出端相連，阻容分壓器的輸出端與高壓測試鉗的一端連接；所述第一保護電路連接在阻容分壓器與高壓脈沖信號發生器之間，第一保護電路的接地端接地。
[0014]上述配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，所述信號獲取單元包括電流互感器及第二保護電路，所述電流互感器安裝于變壓器低壓繞組中性點接地線上，電流互感器的輸出端與第二保護電路的輸入端相連，第二保護電路的輸出端與信號調理單元的輸入端連接。
[0015]上述配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，所述信號調理單元包括RC濾波器和信號放大器，其中RC濾波器的輸入端連接信號獲取單元的輸出端，RC濾波器的輸出端連接信號放大器的輸入端，信號放大器的輸出端連接信號采集單元的第二輸入端。
[0016]上述配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，所述信號采集單元包括工控機，工控機內嵌裝有數據采集卡；數據采集卡的數據采集通道I連接信號發生單元的電容分壓器輸出端；數據采集卡的數據采集通道II連接信號調理單元的信號放大器輸出端。
[0017]上述配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，所述信號發生單元、信號注入單元、信號獲取單元、信號調理單元以及信號采集單元均設置在一個鋁制金屬外殼內，外殼內壁上設置有海綿內襯；所述外殼的左側壁上設置有一個BNC母座和兩個單端香蕉插座，其中BNC母座內與外殼內的信號獲取單元輸入端連接，BNC母座外經同軸電纜與變壓器中性線連接，一個香蕉插座用于外殼接地，另一個香蕉插座與外殼內的信號注入單元輸出端連接并外接高壓測試鉗；所述外殼的右側壁上設置有工作電源插座；所述外殼的前端面上開設有調試窗口。
[0018]一種利用上述檢測裝置進行的檢測方法，檢測按以下步驟進行:第一步，連接檢測裝置與待檢測變壓器；
第二步，設置高壓脈沖信號發生器的輸出配置以及工控機的參數配置；
第三步，啟動高壓脈沖信號發生器以及便攜式工控機，向待檢測變壓器注入信號，同時通過工控機進行數據采集，獲得輸入電壓信號以及變壓器響應電流信號?，并進行數據保存;
第四步，工控機進行數據分析，數據經過快速傅里葉分析，將時域信號變換為頻域信號;再利用傳遞函數TF的計算公式
【權利要求】
1.一種配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，其特征在于:包括信號發生單元、信號注入單元、信號獲取單元、信號調理單元以及信號采集單元；所述信號發生單元的輸出端分兩路輸出，其中一路連接信號注入單元的輸入端，另一路連接信號采集單元的第一輸入端；信號注入單元的輸出端經高壓測試鉗連接待測配網變壓器的低壓繞組；所述待測配網變壓器的中性點連接信號獲取單元的輸入端，信號獲取單元的輸出端連接信號調理單元的輸入端，信號調理單元的輸出端連接信號采集單元的第二輸入端。
2.根據權利要求1所述的配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，其特征在于:所述信號發生單元包括高壓脈沖信號發生器和電容分壓器，高壓脈沖信號發生器通過BNC三通接頭轉換為兩路輸出，一路輸出通過兩端均為BNC接頭的同軸電纜與電容分壓器相連，電容分壓器通過同軸電纜與信號采集單元的第一輸入端相連；另一路輸出與信號注入單元的輸入端連接。
3.根據權利要求2所述的配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，其特征在于:所述信號注入單元包括阻容分壓器及第一保護電路，其中阻容分壓器的輸入端與高壓脈沖信號發生器的輸出端相連，阻容分壓器的輸出端與高壓測試鉗的一端連接；所述第一保護電路連接在阻容分壓器與高壓脈沖信號發生器之間，第一保護電路的接地端接地。
4.根據權利要求3所述的配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，其特征在于:所述信號獲取單元包括電流互感器及第二保護電路，所述電流互感器安裝于變壓器低壓繞組中性點接地線上，電流互感器的輸出端與第二保護電路的輸入端相連，第二保護電路的輸出端與信號調理單元的輸入端連接。
5.根據權利要求4所述的配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，其特征在于:所述信號調理單元包括RC濾波器和信號放大器，其中RC濾波器的輸入端連接信號獲取單元的輸出端，RC濾波器的輸出端連接信號放大器的輸入端，信號放大器的輸出端連接信號采集單元的第二輸入端。
6.根據權利要求5所述的配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，其特征在于:所述信號采集單元包括工控機，工控機內嵌裝有數據采集卡；數據采集卡的數據采集通道I連接信號發生單元的電容分壓器輸出端；數據采集卡的數據采集通道II連接信號調理單元的信號放大器輸出端。
7.根據權利要求6所述的配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測裝置，其特征在于:所述信號發生單元、信號注入單元、信號獲取單元、信號調理單元以及信號采集單元均設置在一個鋁制金屬外殼內，外殼內壁上設置有海綿內襯。
8.一種利用如權利要求Γ7所述檢測裝置進行的檢測方法，其特征在于:它按以下步驟進行: 第一步，連接檢測裝置與待檢測變壓器； 第二步，設置高壓脈沖信號發生器的輸出配置以及工控機的參數配置； 第三步，啟動高壓脈沖信號發生器以及便攜式工控機，向待檢測變壓器注入信號，同時通過工控機進行數據采集，獲得輸入電壓信號Oj?以及變壓器響應電流信號/?P并進行數據保存； 第四步，工控機進行數據分析，數據經過快速傅里葉分析，將時域信號變換為頻域信號；再利用傳遞函數TF的計算公式
g.,計算出繞組的頻響特性曲線； 第五步，利用頻響特性曲線分析繞組發生的變形故障。
9.根據權利要求8所述的配網變壓器低壓繞組變形帶電檢測方法，其特征在于:第五步所述的變壓器繞組變形故障分析判斷如下； 變形故障類型的判斷: 定義兩條頻響特性曲線A、B的相關因子P為:
TFAigiFBig 分別代表長度為N的頻響特性曲線A、B的幅度序列，i=l, 2，…，n, MlFAifi) JFBig 為實數。
10.根據下式計算系數α后，判斷繞組變形的類型:
故障類型和α取值范圍的關系如下: 故障類型 α的取值范圍 餅間位移 0.723 α 1.110 徑向變形-0.880 < α <-0.532 軸向變形 0.072 a ^ 0.247 變形程度按如下原則判斷: 根據相關因子P值，利用公式麗=? lg(l ? P)計算出R值，若1- P < I (f而，則R=1 ； 利用下列R取值判斷繞組變形的程度: 故障程度 R值范圍 嚴重變形 Ru <0.6 中等變形 0.6彡Rlf < I或Rmf <0.6 輕度變形 I彡Rlf < 2或0.6彡Rmf < I 正常2彡Rlf或I彡Rmf或Rhf彡0.6 其中，LF為低頻段，頻率為(TlOOkHz ;MF為中頻段，頻率為10kHz?600kHz ;HF為高頻段，頻率為600kHz?100kHz。
【文檔編號】G01B7/16GK104132610SQ201410415823
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月22日 優先權日:2014年8月22日
【發明者】張重遠, 王彥波, 李春燕, 張林康 申請人:華北電力大學（保定）
專業數控銑床產品供應商
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