一种模拟变压器短路的实验装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟变压器短路的实验装置，所述实验装置包括变压器主体、测量控制系统；所述变压器主体包括：轴向拉紧用的螺杆(1)；轴向拉紧用的紧固件(2)；压紧整个实验装置的压板(3)；所述轴向拉紧的螺杆(1)及紧固件(2)用于将压板(3)和底座(14)拉紧在一起压紧内绕组(9)和外绕组(4)；外绕组铁轭绝缘体(5)；压板(6)；内绕组铁轭绝缘体(10)；激光传感器(12)。本发明还公开了一种模拟变压器短路的实验方法。通过本发明，能够研究变压器短路时的绕组状态，评估变压器抗短路能力。
【专利说明】
一种模拟变压器短路的实验装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及变压器领域，尤其涉及一种模拟变压器短路的实验装置及方法。【背景技术】
[0002]电力变压器作为电网系统中的重要设备，其运行的可靠性不仅关系到设备自身的安全而且关系到整个电网系统的安全与稳定。电力变压器因绕组抗短路强度不足造成变压器损坏的主要原因。
[0003]目前情况下，标准规定的产品短路试验仍然是检验变压器绕组抗短路能力不可替代的手段，但对于大多数情况，变压器只能通过理论计算来考核其耐受短路的能力。而理论计算对变压器的结构进行了简化，很多参数和模型都是近似的，所以计算得到的解也是近似的。直接短路试验有可能给变压器带来不可预估的损害，而且对于大容量的变压器基于现有的条件还很难完成。
【发明内容】
[0004]针对现有短路试验的困难及理论计算的准确性的影响，本发明提供一种模拟变压器短路的实验装置，所述实验装置包括变压器主体、测量控制系统；
[0005]所述变压器主体包括:
[0006]轴向拉紧用的螺杆1;
[0007]轴向拉紧用的紧固件2;
[0008]压紧整个实验装置的压板3,所述压板3位于整个实验装置的上方；
[0009]所述轴向拉紧的螺杆1及紧固件2用于将压板3和底座14拉紧在一起压紧内绕组9 和外绕组4;
[0010] 外绕组铁辄绝缘体5,包括第一外绕组铁辄绝缘体5-1、第二外绕组铁辄绝缘体5-2;第一外绕组铁辄绝缘体5-1和第二外绕组铁辄绝缘体5-2分别在外绕组4的上、下两端部；
[0011]压板6,安装在第一外绕组铁辄绝缘体5-1及第一内绕组铁辄绝缘体10-1的上部， 用于压紧内绕组9和外绕组4;
[0012]内绕组铁辄绝缘体10,包括第一内绕组铁辄绝缘体10-1，第二内绕组铁辄绝缘体 10-2;第一内绕组铁辄绝缘体10-1和第二内绕组铁辄绝缘体10-2在内绕组9的上、下两端部；
[0013]铁桶11，作为变压器的铁芯，位于整个实验装置的中部，用于支撑内绕组9和外绕组4;
[0014]激光传感器12,位于铁桶11的内部，包括第一激光传感器12-1、第二激光传感器 12-2、第三激光传感器12-3、第四激光传感器12-4,所述激光传感器12用于测量内绕组的线饼的振动位移；
[0015]短路电流输入输出端子13,包括第一短路电流输入输出端子13-1、第二短路电流输入输出端子13-2，用于施加短路电流；
[0016]探测孔16,开在铁桶11的内壁上，用于测量内绕组9短路时的线饼的振动位移；
[0017]所述测量控制系统包括:振动测量仪、数据电缆和微机终端;所述振动测量仪通过数据电缆连接到激光传感器上，用于将激光信号转换为振动位移信号;所述数据电缆用于激光传感器与振动测量仪及振动测量仪与微机终端的数据传输;所述振动测量仪通过数据电缆连接至微机终端，所述微机终端用于对振动测量仪测量的振动位移变化数据进行采集和记录。
[0018]优选地，所述变压器主体还包括:
[0019]底座14,安装在实验装置的底部，用于整个实验装置的支撑。
[0020]优选地，所述变压器主体还包括:
[0021]托板15,安装在第二外绕组铁辄绝缘体5-2及第二内绕组铁辄绝缘体10-2的下部， 用于内绕组9及外绕组4的支撑与绝缘。
[0022]优选地，所述变压器主体还包括:撑条7,所述撑条7包括第一撑条7-1、第二撑条7-2、第三撑条7-3、第四撑条7-4、第五撑条7-5;第五撑条7-5位于铁桶11和第三纸筒8-3之间， 第四撑条7-4位于第三纸筒8-3与内绕组9之间，所述第三撑条7-3位于内绕组9与第二纸筒 8-2之间，第二撑条7-2位于第二纸筒8-2和第一纸筒8-1之间，第一撑条7-1位于第一纸筒8-1与外绕组4之间。[〇〇23] 优选地，所述变压器主体还包括:纸筒8,包括第一纸筒8-1、第二纸筒8-2、第三纸筒8-3;所述第一纸筒8-1位于第二撑条7-2和第一撑条7-1之间，第二纸筒8-2位于第三撑条 7-3和第二撑条7-2之间，第三纸筒8-3位于第五撑条7-5与第四撑条7-4之间。[〇〇24]优选地，以铁桶11作为变压器的中心，由内而外分别为:第五撑条7-5、第三纸筒8-3、第四撑条7-4、内绕组9、第三撑条7-3、第二纸筒8-2、第二撑条7-2、第一纸筒8-1、第一撑条7-1、外绕组4。
[0025]优选地，内绕组9和外绕组4间的第二纸筒8-2、第一纸筒8-1及第三撑条7-3、第二撑条7-2、第一撑条7-1用于外绕组内部的支撑及内外绕组间的绝缘。[〇〇26]优选地，第五撑条7-5、第四撑条7-4及第三纸筒8-3位于内绕组9与铁桶11之间，用于内绕组9内部的支撑及内绕组9与铁桶11间的绝缘。
[0027]本发明还提出一种基于上述实验装置的方法，所述方法包括:
[0028]步骤1:通过第一短路电流输入输出端子13-1和第二短路电流输入输出端子13-2 施加短路电流；
[0029]步骤2:激光传感器12测量在短路过程中内绕组9受短路力的振动位移变化；
[0030]步骤3:所述激光传感器12将测量得到的振动位移变化数据发送至振动测量仪； [0031 ]步骤4:所述振动测量仪将振动位移变化数据发送给微机终端；
[0032]步骤5:所述微机终端振动位移变化数据进行采集和记录。
[0033]通过本发明，能够研究变压器短路时的绕组状态，评估变压器抗短路能力。【附图说明】
[0034]图1为本发明的变压器短路的实验装置的剖视图；
[0035]图2为本发明的变压器短路的实验装置的中部剖视图的俯视图；
[0036]图3为本发明的测量控制系统的结构示意图；
[0037]图4为本发明的内绕组和外绕组的连接示意图。【具体实施方式】
[0038]下面结合附图1-4对本发明做详细说明。
[0039]图1为本发明的变压器短路的实验装置的剖视图，所述实验装置包括变压器主体、 测量控制系统，所示实验装置用于变压器短路时内失稳及相关性能的研充实验。
[0040]所述变压器主体包括:[〇〇411轴向拉紧用的螺杆1。[〇〇42]轴向拉紧用的紧固件2。
[0043]压紧整个实验装置的压板3,所述压板3为钢压板，所述压板3位于整个实验装置的上方;所述轴向拉紧的螺杆1及紧固件2用于将压板3和底座14拉紧在一起压紧内绕组9和外绕组4(注:模拟变压器的轴向压紧力)。
[0044]外绕组4,用于代替变压器的外绕组。
[0045]外绕组铁辄绝缘体5,包括第一外绕组铁辄绝缘体5-1、第二外绕组铁辄绝缘体5-2;第一外绕组铁辄绝缘体5-1和第二外绕组铁辄绝缘体5-2分别在外绕组4的上、下两端部 (即第一外绕组铁辄绝缘体5-1在上端部、第二外绕组铁辄绝缘体5-2在下端部)，用于外绕组9对压板3及底座14的绝缘(代替变压器绕组的端部绝缘，防止外绕组9对地放电)。
[0046]压板6,安装在第一外绕组铁辄绝缘体5-1及第一内绕组铁辄绝缘体10-1的上部， 用于压紧内绕组9和外绕组4。[〇〇47]撑条7，所述撑条7包括第一撑条7-1、第二撑条7-2、第三撑条7-3、第四撑条7-4、第五撑条7-5;第五撑条7-5位于铁桶11和第三纸筒8-3之间，第四撑条7-4位于第三纸筒8-3与内绕组9之间，所述第三撑条7-3位于内绕组9与第二纸筒8-2之间，第二撑条7-2位于第二纸筒8-2和第一纸筒8-1之间，第一撑条7-1位于第一纸筒8-1与外绕组4之间。[〇〇48]纸筒8,包括第一纸筒8-1、第二纸筒8-2、第三纸筒8-3;所述第一纸筒8-1位于第二撑条7-2和第一撑条7-1之间，第二纸筒8-2位于第三撑条7-3和第二撑条7-2之间，第三纸筒 8-3位于第五撑条7-5与第四撑条7-4之间。
[0049]内绕组9,用于代替变压器的内绕组。
[0050]内绕组铁辄绝缘体10,包括第一内绕组铁辄绝缘体10-1，第二内绕组铁辄绝缘体 10-2;第一内绕组铁辄绝缘体10-1和第二内绕组铁辄绝缘体10-2在内绕组9的上、下两端部 (即第一内绕组铁辄绝缘体10-1在上端部、第二内绕组铁辄绝缘体10-2在下端部)，用于内绕组对压板3及底座14的绝缘(代替变压器绕组的端部绝缘，防止外绕组对地放电)。[0051 ]铁桶11，作为变压器的铁芯，位于整个实验装置的中部，用于支撑内绕组9和外绕组4。[〇〇52]激光传感器12,位于铁桶11的内部，包括第一激光传感器12-1、第二激光传感器12-2、第三激光传感器12-3、第四激光传感器12-4,所述激光传感器12用于测量内绕组的线饼的振动位移。[〇〇53]短路电流输入输出端子13,包括第一短路电流输入输出端子13-1、第二短路电流输入输出端子13-2,用于施加短路电流。如图4所示，所述内绕组9和外绕组4串联在一起，弓丨出第一短路电流输入输出端子13-1和第二短路电流输入输出端子13-2,用于施加短路电流。
[0054]底座14,安装在实验装置的底部，用于整个实验装置的支撑。在图中，底座14为带阴影的一块板和下面的一块白色区域的板。白色区域的板是折弯成U型后焊接在带阴影板下面的。
[0055]托板15,安装在第二外绕组铁辄绝缘体5-2及第二内绕组铁辄绝缘体10-2的下部， 用于内绕组9及外绕组4的支撑与绝缘。
[0056]探测孔16,开在铁桶11的内壁上，用于测量内绕组9短路时的线饼的振动位移。所述探测孔16与激光传感器12对应，具有4个，每个激光传感器对应一个探测孔。如图3所示， 图中的4个黑点代表4个探测孔，4个传感器的位置设置要保证激光可通过探测孔打到内绕组9,并通过探测孔16反射回被激光传感器12接收。以铁桶11作为变压器的中心，由内而外分别为:第五撑条7-5、第三纸筒8-3、第四撑条7-4、内绕组9、第三撑条7-3、第二纸筒8-2、第二撑条7-2、第一纸筒8-1、第一撑条7-1、外绕组4。[〇〇57]内绕组9和外绕组4间的第二纸筒8-2、第一纸筒8-1及第三撑条7-3、第二撑条7-2、 第一撑条7-1用于外绕组内部的支撑及内外绕组间的绝缘。[〇〇58]第五撑条7-5、第四撑条7-4及第三纸筒8-3位于内绕组9与铁桶11之间，用于内绕组9内部的支撑及内绕组9与铁桶11间的绝缘。
[0059]所述变压器主体是以铁桶11作为铁芯，在铁桶11内壁开探测孔16,用于测量内绕组9短路时的线饼的振动位移;所述内绕组9和外绕组4串联在一起，引出第一短路电流输入输出端子13-1和第二短路电流输入输出端子13-2,用于施加短路电流;施加短路电流后，由于受电磁力的作用，内绕组9线饼幅度和相位会产生相应的振动位移，通过激光传感器12可实时测的在短路过程中内绕组9受短路力的线饼位移变化。
[0060]模型短路试验时，激光传感器12发出激光，通过探测孔16,打到被测内绕组9的线饼内侧，按三角反射原理，激光经被测内绕组9线饼反射，通过探测孔16又被激光传感器12 接收，根据发射光和反射光形成的几何关系随时间的变化，得到内绕组9线饼的振动位移。
[0061]如图3所示为测量控制系统的结构示意图。所述测量控制系统用于测量内绕组短路时的线饼的位移;所述线饼是由导线绕成的一饼线圈，内绕组包括多个线饼和垫块。
[0062]所述测量控制系统包括振动测量仪、数据电缆和微机终端。[〇〇63]所述振动测量仪通过数据电缆连接到激光传感器12上，用于将激光信号转换为振动位移信号。
[0064]所述数据电缆用于激光传感器与振动测量仪及振动测量仪与微机终端的数据传输；
[0065]所述振动测量仪通过数据电缆连接至微机终端，所述微机终端用于对振动测量仪测量的振动位移变化数据进行采集和记录。
[0066]下面说明基于本发明的变压器短路的实验装置的方法。
[0067]步骤1:通过第一短路电流输入输出端子13-1和第二短路电流输入输出端子13-2 施加短路电流;其中，所述内绕组9的线饼幅度和相位会产生相应的振动位移；
[0068]步骤2:激光传感器12测量在短路过程中内绕组9受短路力的振动位移变化；
[0069]步骤3:所述激光传感器12将测量得到的振动位移变化数据发送至振动测量仪；
[0070]步骤4:所述振动测量仪将振动位移变化数据发送给微机终端；[0071 ]步骤5:所述微机终端振动位移变化数据进行采集和记录。
[0072]虽然通过实施例描述了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
【主权项】
1.一种模拟变压器短路的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括变压器主体、测量 控制系统；所述变压器主体包括:轴向拉紧用的螺杆(1);轴向拉紧用的紧固件(2);压紧整个实验装置的压板(3)，所述压板(3)位于整个实验装置的上方；所述轴向拉紧的螺杆(1)及紧固件(2)用于将压板(3)和底座(14)拉紧在一起压紧内绕 组(9)和外绕组(4);外绕组铁辄绝缘体(5 )，包括第一外绕组铁辄绝缘体(5-1 )、第二外绕组铁辄绝缘体(5-2);第一外绕组铁辄绝缘体(5-1)和第二外绕组铁辄绝缘体(5-2)分别在外绕组(4)的上、下 两端部；压板(6)，安装在第一外绕组铁辄绝缘体(5-1)及第一内绕组铁辄绝缘体(10-1)的上 部，用于压紧内绕组(9)和外绕组(4);内绕组铁辄绝缘体(10 )，包括第一内绕组铁辄绝缘体(10-1 )，第二内绕组铁辄绝缘体 (10-2);第一内绕组铁辄绝缘体(10-1)和第二内绕组铁辄绝缘体(10-2)在内绕组(9)的上、 下两端部；铁桶(11)，作为变压器的铁芯，位于整个实验装置的中部，用于支撑内绕组(9)和外绕 组⑷；激光传感器(12)，位于铁桶(11)的内部，包括第一激光传感器(12-1)、第二激光传感器 (12-2)、第三激光传感器(12-3)、第四激光传感器(12-4)，所述激光传感器(12)用于测量内 绕组的线饼的振动位移；短路电流输入输出端子(13)，包括第一短路电流输入输出端子(13-1)、第二短路电流 输入输出端子(13-2)，用于施加短路电流；探测孔(16)，开在铁桶(11)的内壁上，用于测量内绕组(9)短路时的线饼的振动位移；所述测量控制系统包括:振动测量仪、数据电缆和微机终端;所述振动测量仪通过数据 电缆连接到激光传感器上，用于将激光信号转换为振动位移信号;所述数据电缆用于激光 传感器与振动测量仪及振动测量仪与微机终端的数据传输;所述振动测量仪通过数据电缆 连接至微机终端，所述微机终端用于对振动测量仪测量的振动位移变化数据进行采集和记 录。2.根据权利要求1所述的实验装置，优选的，其中，所述变压器主体还包括:底座(14 )，安装在实验装置的底部，用于整个实验装置的支撑。3.根据权利要求2所述的实验装置，其中，所述变压器主体还包括:托板(15)，安装在第二外绕组铁辄绝缘体(5-2)及第二内绕组铁辄绝缘体(10-2)的下 部，用于内绕组(9)及外绕组(4)的支撑与绝缘。4.根据权利要求3所述的实验装置，其中，所述变压器主体还包括:撑条(7 )，所述撑条 (7)包括第一撑条(7-1)、第二撑条(7-2)、第三撑条(7-3)、第四撑条(7-4)、第五撑条(7-5); 第五撑条(7-5)位于铁桶(11)和第三纸筒(8-3)之间，第四撑条(7-4)位于第三纸筒(8-3)与 内绕组(9)之间，所述第三撑条(7-3)位于内绕组(9)与第二纸筒(8-2)之间，第二撑条(7-2) 位于第二纸筒(8-2)和第一纸筒(8-1)之间，第一撑条(7-1)位于第一纸筒(8-1)与外绕组(4)之间。5.根据权利要求4所述的实验装置，其中，所述变压器主体还包括:纸筒(8)，包括第一 纸筒(8-1)、第二纸筒(8-2)、第三纸筒(8-3);所述第一纸筒(8-1)位于第二撑条(7-2)和第 一撑条(7-1)之间，第二纸筒(8-2)位于第三撑条(7-3)和第二撑条(7-2)之间，第三纸筒(8-3)位于第五撑条(7-5)与第四撑条(7-4)之间。6.根据权利要求5所述的实验装置，其中，以铁桶(11)作为变压器的中心，由内而外分 别为:第五撑条(7-5)、第三纸筒(8-3)、第四撑条(7-4)、内绕组(9)、第三撑条(7-3)、第二纸 筒(8-2)、第二撑条(7-2)、第一纸筒(8-1)、第一撑条(7-1)、外绕组(4)。7.根据权利要求6所述的实验装置，其中，内绕组(9)和外绕组(4)间的第二纸筒(8-2)、 第一纸筒(8-1)及第三撑条(7-3)、第二撑条(7-2)、第一撑条(7-1)用于外绕组内部的支撑 及内外绕组间的绝缘。8.根据权利要求7所述的实验装置，其中，第五撑条(7-5)、第四撑条(7-4)及第三纸筒 (8-3)位于内绕组(9)与铁桶(11)之间，用于内绕组(9)内部的支撑及内绕组(9)与铁桶(11) 间的绝缘。9.一种基于权利要求1-8任一项所述的实验装置的方法，其特征在于，所述方法包括: 步骤1:通过第一短路电流输入输出端子(13-1)和第二短路电流输入输出端子(13-2)施加短路电流；步骤2:激光传感器(12)测量在短路过程中内绕组(9)受短路力的振动位移变化；步骤3:所述激光传感器(12)将测量得到的振动位移变化数据发送至振动测量仪；步骤4:所述振动测量仪将振动位移变化数据发送给微机终端；步骤5:所述微机终端振动位移变化数据进行采集和记录。
【文档编号】G01R31/00GK106093669SQ201610717999
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】李建明, 梁作德, 张宗军, 杨杰
【申请人】山东鲁能泰山电力设备有限公司