本发明涉及一种冲击电压测量分析系统及方法，具体涉及一种交、直流变压器线圈冲击电压测量分析系统及方法。
背景技术
电力系统中的高压电气设备除承受长期工作电压(交流或直流)作用外，还受到大气感应造成的过电压的作用。变压器是电力系统中一种应用非常广泛的电气设备，为保证电力系统的安全运行，要求它须具有足够的冲击绝缘强度，能够承受冲击过电压的作用。对于不同的电压等级的输电系统，国家标准中均明确规定了不同电压等级的变压器产品的冲击绝缘强度。
变压器在制造完成后，为保证产品的绝缘质量，制造厂在变压器的例行试验或型式试验中都要对产品进行雷电冲击电压试验。通常，变压器的雷电冲击试验都是在实际产品上进行，数据测量位置只有各线圈的首末端，而对于变压器内部线圈线饼的电压分布情况，却并不能直接采集数据。另外，当原有的变压器绝缘结构发生变化，或为改进变压器绝缘结构时，需要对变压器产品或试验模型进行低电压冲击测试，以得到变压器绕组的电位梯度电压分布。试验方法都是人工加压、人工逐个测量，最后采用相应分析程序，对测量数据进行整理分析，费时费力，效率低下。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种用于测量、分析变压器线圈冲击电压分布的试验测量和数据分析系统，用以测量采集、分析不同冲击电压下，变压器线圈各线饼的冲击电压分布数据，为变压器线圈结构设计提供依据。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种交、直流变压器线圈冲击电压测量分析系统，包括冲击电压发生装置、电压测量装置以及顺次连接的数据采集系统、数据分析系统及打印机；电压测量装置为一用于容纳被试线圈的箱体，箱体上端设置有连接冲击电压发生装置的电压施压端子，箱体下端设置有接地端子，箱体侧壁设置有与被试线圈的线饼一一对应的电压测量端子，被试线圈上端与电压施压端子连接，被试线圈下端与接地端子连接，电压测量端子在箱体内部与被试线圈电耦合连接且在箱体外部连接数据采集系统。
电压测量装置为矩形箱体，用于模拟真实变压器试验状态，箱体材质为普通碳素钢，其内部可为空气或变压器油。
电压测量端子可以采用电容式电压传感器或针式探头。
利用上述的交、直流变压器线圈冲击电压测量分析系统进行测量分析的方法，包括以下步骤：
步骤一、将被试线圈置于电压测量装置内并进行接线；
步骤二、调节冲击电压发生装置的电容、电感以及电阻参数，并通过数据分析系统观察波形参数，多次调整并修改，获得最终期望电压波形；
冲击电压发生装置电压输出端与电压施压端子连接，电压施加端子与被试线圈第一饼相连接。数据采集系统与电压施加端子相连，并从电压施加端子采集并输出至数据分析系统以观察冲击电压发生器输出电压波形参数是否符合期望。为获得期望输出电压，通过调整冲击电压发生装置相关可变参数，最终获得期望测试电压波形。
步骤三、冲击电压发生装置通过电压施压端子向被试线圈施加电压；
步骤四、数据采集系统采集每个电压测量端子对应被试线圈线饼的电压波形，将所采集的数据传输并保存在数据分析系统的计算机中；此处的采集方式可以为同时采集或逐个采集，并按照线饼排列顺序，保存各线饼对应电压波形；数据采集系统所采集的电压波形数据是以时间为单位，测量时间范围视实际要求而定。
数据采集系统内置模数转换装置，将系统所采集的模拟波形数据转换成数字数据，并保存成电子文档格式。
步骤五、数据分析系统采用所编写的测量数据分析软件，对数据采集系统所采集的电压波形进行初步处理，然后通过数值计算，得到各线饼的实际冲击电压响应分布情况；
步骤六、在数据分析完毕后，选择所需的电压曲线和数据表格，采用打印机进行打印。
所述步骤一中将被试线圈置于电压测量装置后，将冲击电压发生装置电压输出端与电压施压端子连接，电压施压端子与被试线圈的第一线饼连接并与数据采集系统连接，被试线圈下端与接地端子连接，电压测量端子在箱体内部与被试线圈电耦合连接且在箱体外部连接数据采集系统。
所述的步骤五具体流程如下：
步骤5.1通过数据分析软件的数据读取功能，读取数据采集系统所采集的被试线圈各线饼的冲击电压波形数据，并以时间为横坐标，电压值为纵坐标，绘制各线饼的冲击电压波形；技术人员根据绘制的冲击电压波形，检查各线饼的测量数据是否符合要求，如果符合要求，则进行下一步，如果不符合要求，则需重新采集对应线饼的冲击电压波形数据；
步骤5.2通过数据分析软件的数据处理功能，对冲击电压波形数据进行离散化处理、平滑处理以及选择所需计算分析的电压波形时间范围；然后以电压冲击发生装置输入电压峰值为基准，将所测量的电压波形数据折算成百分数并重新绘制电压波形；
步骤5.3通过数据分析软件的计算分析功能，对步骤5.2中所处理过的电压波形数据进行数值计算并输出计算分析结果，输出型式为图形和表格。
所述步骤5.3中的计算分析结果包括：
(1)处理前、后被试线圈各线饼随时间变化的冲击电压波形；
(2)计算分析后，被试线圈的最大电压值；
(3)计算分析后，被试线圈从上端至下端，各线饼的最大电压值及其分布；
(4)计算分析后，被试线圈的最大油道梯度电压值；
(5)计算分析后，被试线圈从上端至下端，各线饼的最大油道梯度电压值及其分布；
(6)计算分析后，被试线圈，各线饼随时间变化的梯度电压分布。
本发明通过冲击电压发生装置和电压测量装置，可施加不同时间参数的雷电或操作冲击电压，并可连续测量交、直流变压器线圈中各线饼的雷电或操作冲击电压的响应分布情况，并将所采集数据输出到外部采集数据系统，再利用数据分析系统处理数据，最终得到被试线圈冲击电压响应分布情况。
附图说明
图1为本发明测量分析方法流程图；
图2为本发明测量分析系统连接示意图；
图3为本发明数据分析系统流程图；
其中，1、冲击电压发生装置，2、电压测量装置，3、被试线圈，4、电压测量端子，5、数据采集系统，6、数据分析系统，7、打印机。
具体实施方式
一种交、直流变压器线圈冲击电压测量分析系统，如图2所示，包括冲击电压发生装置1、电压测量装置2以及顺次连接的数据采集系统5、数据分析系统6及打印机7；电压测量装置2为一用于容纳被试线圈3的箱体，箱体上端设置有连接冲击电压发生装置1的电压施压端子，箱体下端设置有接地端子，箱体侧壁设置有与被试线圈3的线饼一一对应的电压测量端子4，被试线圈3上端与电压施压端子连接，被试线圈3下端与接地端子连接，电压测量端子4在箱体内部与被试线圈3电耦合连接且在箱体外部连接数据采集系统5。
所述的电压测量端子4可以采用电容式电压传感器或针式探头。
利用上述交、直流变压器线圈冲击电压测量分析系统进行测量分析的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一、将被试线圈3置于电压测量装置2内并进行接线；
将冲击电压发生装置电压输出端与电压施压端子连接，电压施压端子与被试线圈的第一线饼连接并与数据采集系统连接，被试线圈3下端与接地端子连接，电压测量端子4在箱体内部与被试线圈3电耦合连接且在箱体外部连接数据采集系统5。
步骤二、调节冲击电压发生装置1的电容、电感以及电阻参数，并通过数据分析系统6观察波形参数，多次调整并修改，获得最终期望电压波形；
步骤三、冲击电压发生装置1通过电压施压端子向被试线圈3施加电压；
步骤四、数据采集系统5采集每个电压测量端子4对应被试线圈3线饼的电压波形，将所采集的数据传输并保存在数据分析系统6的计算机中；
步骤五、数据分析系统6采用所编写的测量数据分析软件，对数据采集系统5所采集的电压波形进行初步处理，然后通过数值计算，得到各线饼的实际冲击电压响应分布情况；
该数据分析软件是利用计算机语言(vb、vc等)所编制，其基本功能是读取数据、处理数据、计算分析和输出结果。具体流程如下：
步骤5.1通过数据分析软件的数据读取功能，读取数据采集系统5所采集的被试线圈3各线饼的冲击电压波形数据，并以时间为横坐标，电压值为纵坐标，绘制各线饼的冲击电压波形；技术人员根据绘制的冲击电压波形，检查各线饼的测量数据是否符合要求，如果符合要求，则进行下一步，如果不符合要求，则需重新采集对应线饼的冲击电压波形数据；
步骤5.2通过数据分析软件的数据处理功能，对冲击电压波形数据进行离散化处理、平滑处理以及选择所需计算分析的电压波形时间范围；然后以电压冲击发生装置输入电压峰值为基准，将所测量的电压波形数据折算成百分数并重新绘制电压波形；
步骤5.3通过数据分析软件的计算分析功能，对步骤5.2中所处理过的电压波形数据进行数值计算并输出计算分析结果，输出型式为图形和表格。
上述的计算分析结果包括：
(1)处理前、后被试线圈各线饼随时间变化的冲击电压波形；
(2)计算分析后，被试线圈的最大电压值；
(3)计算分析后，被试线圈从上端至下端，各线饼的最大电压值及其分布；
(4)计算分析后，被试线圈的最大油道梯度电压值；
(5)计算分析后，被试线圈从上端至下端，各线饼的最大油道梯度电压值及其分布；
(6)计算分析后，被试线圈，各线饼随时间变化的梯度电压分布。
步骤六、在数据分析完毕后，选择所需的电压曲线和数据表格，采用打印机7进行打印。