配网变压器低压绕组变形带电检测装置及检测方法
【专利摘要】一种配网变压器低压绕组变形带电检测装置及检测方法，所述检测装置包括信号发生单元、信号注入单元、信号获取单元、信号调理单元以及信号采集单元；所述信号发生单元的输出端分两路输出，其中一路连接信号注入单元的输入端，另一路连接信号采集单元的第一输入端；信号注入单元的输出端经高压测试钳连接待测配网变压器的低压绕组；所述待测配网变压器的中性点连接信号获取单元的输入端，信号获取单元的输出端连接信号调理单元的输入端，信号调理单元的输出端连接信号采集单元的第二输入端。本发明检测装置体积小，携带方便，操作简单，在不改变变压器一次接线的前提下，实现了单台装置对多台变压器绕组变形进行带电检测。
【专利说明】配网变压器低压绕组变形带电检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于配网变压器低压绕组变形带电检测的方法及检测装置，属变压器检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]智能电网就是将信息技术、通信技术、计算机技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网，它具有提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗等多个优点，因此建设坚强、统一智能电网是我国未来电网的发展方向。智能主要体现在:可观测——量测、传感技术；可控制——对观测状态进行控制；嵌入式自主处理技术；实时分析——从数据到信息的提升；自适应；自愈等几个方面。
[0003]配网自动化是智能电网的重要部分，灵活可重构的配电网络拓扑结构和自动愈合功能是未来智能电网的基础。配电变压器是配电网中直接面向用户的电力设备，它的工作状态直接关系到对用户的供电质量，对其进行实时有效的监控是配电自动化的一个重要内容。根据变压器故障的统计结果发现，未曾检测的匝间短路故障是变压器故障的首要原因，而变压器的绕组变形会直接造成匝间短路。匝间短路故障主要是匝间绝缘严重恶化的结果，如不能及时发现和修复，将会带来灾难性的相-地或相-相故障，最终导致变压器被击穿。这将严重影响用户的供电可靠性和供电质量的要求，因此，对变压器状态的有效监测，及早发现和预防故障的发生具有重要的经济和现实意义。
[0004]目前，检测变压器绕组变形的主要方法包括短路阻抗法、低压脉冲法和频率响应分析法。
[0005]短路阻抗法是指在频率一定的情况下，变压器的漏电抗大小主要由绕组的结构几何尺寸决定，通过测量变压器漏电抗的变化判断变压器绕组是否发生变形，但因其测试灵敏度低而不能及时发现绕组变形，而且受试验设备沉重、试验花费时间长等因素影响，在现场使用中受到了一定的限制。
[0006]低压脉冲法是一种时域脉冲分析技术，是在变压器绕组的一端输入标准脉冲电压信号，同时记录该端的脉冲信号和另一端的相应输出信号，得到该绕组的脉冲响应特性或传递函数，通过传递函数的变化来判断变压器的绕组变形。低压脉冲法易受测试过程中各种外界电磁干扰的影响，测量间隔时间较长时，重复性较差，对测试变压器绕组的首端故障不灵敏，尤其对变压器首端饼间故障不灵敏，而且该法对变压器各处故障的灵敏度也不一样，难以用于现场测试。
[0007]频率响应分析法是将一稳定的正弦电压扫描信号或脉冲信号施加到被试变压器的一端，同时记录该端和另一端点上的电压幅值及相角，从而得到被试变压器绕组的一组频响特性，通过该频响特性在变压器绕组变形前后的变化反映出绕组变形的信息。频率响应分析法是在较宽的频带上测量变压器绕组的传递函数，并分析绕组的频率响应特性，判断绕组状态的方法，因其信噪比好、灵敏度高、测试重复性好、现场使用方便，成为变压器绕组变形现场试验的主要方法。
[0008]上述三种变压器绕组变形的检测方法大都属于离线检测法，无法及时地监测变压器绕组的变形情况，无法实现变压器实时运行状态的监测。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服现有检测技术中离线检测方法的不足，提供一种配网变压器低压绕组变形带电检测装置，同时，还要提供利用所述装置进行检测的方法。
[0010]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0011]一种配网变压器低压绕组变形带电检测装置，包括信号发生单元、信号注入单元、信号获取单元、信号调理单元以及信号采集单元；所述信号发生单元的输出端分两路输出，其中一路连接信号注入单元的输入端，另一路连接信号采集单元的第一输入端；信号注入单元的输出端经高压测试钳连接待测配网变压器的低压绕组；所述待测配网变压器的中性点连接信号获取单元的输入端，信号获取单元的输出端连接信号调理单元的输入端，信号调理单元的输出端连接信号采集单元的第二输入端。
[0012]上述配网变压器低压绕组变形带电检测装置，所述信号发生单元包括高压脉冲信号发生器和电容分压器，高压脉冲信号发生器通过BNC三通接头转换为两路输出，一路输出通过两端均为BNC接头的同轴电缆与电容分压器相连，电容分压器通过同轴电缆与信号采集单元的第一输入端相连；另一路输出与信号注入单元的输入端连接。
[0013]上述配网变压器低压绕组变形带电检测装置，所述信号注入单元包括阻容分压器及第一保护电路，其中阻容分压器的输入端与高压脉冲信号发生器的输出端相连，阻容分压器的输出端与高压测试钳的一端连接；所述第一保护电路连接在阻容分压器与高压脉冲信号发生器之间，第一保护电路的接地端接地。
[0014]上述配网变压器低压绕组变形带电检测装置，所述信号获取单元包括电流互感器及第二保护电路，所述电流互感器安装于变压器低压绕组中性点接地线上，电流互感器的输出端与第二保护电路的输入端相连，第二保护电路的输出端与信号调理单元的输入端连接。
[0015]上述配网变压器低压绕组变形带电检测装置，所述信号调理单元包括RC滤波器和信号放大器，其中RC滤波器的输入端连接信号获取单元的输出端，RC滤波器的输出端连接信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接信号采集单元的第二输入端。
[0016]上述配网变压器低压绕组变形带电检测装置，所述信号采集单元包括工控机，工控机内嵌装有数据采集卡；数据采集卡的数据采集通道I连接信号发生单元的电容分压器输出端；数据采集卡的数据采集通道II连接信号调理单元的信号放大器输出端。
[0017]上述配网变压器低压绕组变形带电检测装置，所述信号发生单元、信号注入单元、信号获取单元、信号调理单元以及信号采集单元均设置在一个铝制金属外壳内，外壳内壁上设置有海绵内衬；所述外壳的左侧壁上设置有一个BNC母座和两个单端香蕉插座，其中BNC母座内与外壳内的信号获取单元输入端连接，BNC母座外经同轴电缆与变压器中性线连接，一个香蕉插座用于外壳接地，另一个香蕉插座与外壳内的信号注入单元输出端连接并外接高压测试钳；所述外壳的右侧壁上设置有工作电源插座；所述外壳的前端面上开设有调试窗口。
[0018]一种利用上述检测装置进行的检测方法，检测按以下步骤进行:第一步，连接检测装置与待检测变压器；
第二步，设置高压脉冲信号发生器的输出配置以及工控机的参数配置；
第三步，启动高压脉冲信号发生器以及便携式工控机，向待检测变压器注入信号，同时通过工控机进行数据采集，获得输入电压信号以及变压器响应电流信号?，并进行数据保存;
第四步，工控机进行数据分析，数据经过快速傅里叶分析，将时域信号变换为频域信号;再利用传递函数TF的计算公式
【权利要求】
1.一种配网变压器低压绕组变形带电检测装置，其特征在于:包括信号发生单元、信号注入单元、信号获取单元、信号调理单元以及信号采集单元；所述信号发生单元的输出端分两路输出，其中一路连接信号注入单元的输入端，另一路连接信号采集单元的第一输入端；信号注入单元的输出端经高压测试钳连接待测配网变压器的低压绕组；所述待测配网变压器的中性点连接信号获取单元的输入端，信号获取单元的输出端连接信号调理单元的输入端，信号调理单元的输出端连接信号采集单元的第二输入端。
2.根据权利要求1所述的配网变压器低压绕组变形带电检测装置，其特征在于:所述信号发生单元包括高压脉冲信号发生器和电容分压器，高压脉冲信号发生器通过BNC三通接头转换为两路输出，一路输出通过两端均为BNC接头的同轴电缆与电容分压器相连，电容分压器通过同轴电缆与信号采集单元的第一输入端相连；另一路输出与信号注入单元的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的配网变压器低压绕组变形带电检测装置，其特征在于:所述信号注入单元包括阻容分压器及第一保护电路，其中阻容分压器的输入端与高压脉冲信号发生器的输出端相连，阻容分压器的输出端与高压测试钳的一端连接；所述第一保护电路连接在阻容分压器与高压脉冲信号发生器之间，第一保护电路的接地端接地。
4.根据权利要求3所述的配网变压器低压绕组变形带电检测装置，其特征在于:所述信号获取单元包括电流互感器及第二保护电路，所述电流互感器安装于变压器低压绕组中性点接地线上，电流互感器的输出端与第二保护电路的输入端相连，第二保护电路的输出端与信号调理单元的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的配网变压器低压绕组变形带电检测装置，其特征在于:所述信号调理单元包括RC滤波器和信号放大器，其中RC滤波器的输入端连接信号获取单元的输出端，RC滤波器的输出端连接信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接信号采集单元的第二输入端。
6.根据权利要求5所述的配网变压器低压绕组变形带电检测装置，其特征在于:所述信号采集单元包括工控机，工控机内嵌装有数据采集卡；数据采集卡的数据采集通道I连接信号发生单元的电容分压器输出端；数据采集卡的数据采集通道II连接信号调理单元的信号放大器输出端。
7.根据权利要求6所述的配网变压器低压绕组变形带电检测装置，其特征在于:所述信号发生单元、信号注入单元、信号获取单元、信号调理单元以及信号采集单元均设置在一个铝制金属外壳内，外壳内壁上设置有海绵内衬。
8.一种利用如权利要求Γ7所述检测装置进行的检测方法，其特征在于:它按以下步骤进行: 第一步，连接检测装置与待检测变压器； 第二步，设置高压脉冲信号发生器的输出配置以及工控机的参数配置； 第三步，启动高压脉冲信号发生器以及便携式工控机，向待检测变压器注入信号，同时通过工控机进行数据采集，获得输入电压信号Oj?以及变压器响应电流信号/?P并进行数据保存； 第四步，工控机进行数据分析，数据经过快速傅里叶分析，将时域信号变换为频域信号；再利用传递函数TF的计算公式
g.,计算出绕组的频响特性曲线； 第五步，利用频响特性曲线分析绕组发生的变形故障。
9.根据权利要求8所述的配网变压器低压绕组变形带电检测方法，其特征在于:第五步所述的变压器绕组变形故障分析判断如下； 变形故障类型的判断: 定义两条频响特性曲线A、B的相关因子P为:
TFAigiFBig 分别代表长度为N的频响特性曲线A、B的幅度序列，i=l, 2，…，n, MlFAifi) JFBig 为实数。
10.根据下式计算系数α后，判断绕组变形的类型:
故障类型和α取值范围的关系如下: 故障类型 α的取值范围 饼间位移 0.723 α 1.110 径向变形-0.880 < α <-0.532 轴向变形 0.072 a ^ 0.247 变形程度按如下原则判断: 根据相关因子P值，利用公式麗=? lg(l ? P)计算出R值，若1- P < I (f而，则R=1 ； 利用下列R取值判断绕组变形的程度: 故障程度 R值范围 严重变形 Ru <0.6 中等变形 0.6彡Rlf < I或Rmf <0.6 轻度变形 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为低频段，频率为(TlOOkHz ;MF为中频段，频率为10kHz?600kHz ;HF为高频段，频率为600kHz?100kHz。
【文档编号】G01B7/16GK104132610SQ201410415823
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】张重远, 王彦波, 李春燕, 张林康 申请人:华北电力大学（保定）