一种模拟绕组短路状态的配电变压器的制作方法

本实用新型涉及电力系统实验装置技术领域，尤其涉及一种模拟绕组短路状态的配电变压器。

背景技术：

配电变压器是运行在配电网中电压等级为10-35KV、容量为6300KVA及以下的直接向终端用户供电的电力变压器，配电变压器的二次电压约为400V，一般采用由高压绕组和低压绕组组成的双绕组结构。配电变压器广泛应用于工矿企业、城镇街道以及偏远乡村，由于其应用范围广，一旦发生故障会给电网的安全运行带来重大隐患，从而给工农业生产和人们的生活带来巨大损失和不便。

目前，比较常见的配电变压器故障是由于配电变压器绕组短路引起配电变压器烧毁，具体表现为线圈变形、线圈移位以及线圈绝缘击穿，因此对配电变压器的短路现象进行研究具有重要的意义。然而，配电变压器主要安装在居民区或工矿区附近的变电站内，对正常工作中的配电变压器进行研究危险系数太大，而且，对正常工作中的配电变压器进行实验研究会对电网的稳定性造成较大的破坏。因此，在实验室中模拟配电变压器的短路状态，对配电变压器在短路状态时的一系列物理特性进行研究，从而对配电变压器的实际生产提供指导性意见，是个比较安全有效的措施。

现有技术中，有两种模拟配电变压器短路状态的装置，第一种是模拟配电变压器短路的装置，这种装置主要包括变压器主体和测量控制系统，变压器主体包括铁芯、绕制在铁芯内外的绕组、激光传感器和探测孔，测量控制系统主要包括数据电缆、通过数据电缆连接的振动测量仪和微机终端。变压器主体以铁桶作为铁芯，在铁桶内壁开设探测孔，激光传感器透过探测孔用于测量绕组短路时线层的振动位移，铁芯的内绕组和外绕组串联，并引出第一短路电流输入输出端子和第二短路电流输入输出端子，试验时通过这些输入输出端子施加短路电流。由于电磁力的作用，内绕组的线层幅度和相位会产生相应的振动位移，通过激光传感器可以实时测出短路过程中内绕组受短路力而导致的线层位移变化，激光传感器再将测量的数据通过振动测量仪、数据电缆传送至微机终端。第二种模拟装置是采用一种配电变压器，这种配电变压器包括高压绕组、低压绕组以及多个高压绕组套管，例如：包括五个高压绕组套管，高压绕组的首端出线端由第一高压绕组套管引出，末端出线端由另外四个高压绕组套管引出，并且所述四个高压绕组套管的接线端分别连接高压绕组的不同匝绕组的末端。通过导线使任意两个高压套管短路，从而模拟出配电变压器绕组短路的状态，以备实验人员对其进行研究。

然而，现有的实验装置中，第一种装置是通过设置短路电流的输入输出端子的方式，从外部对变压器绕组施加大电流，只能模拟整个绕组被短路的状态，无法模拟绕组中具体的线层之间以及绕组某个线层中具体的匝间短路的状态，对配电变压器绕组的短路状态模拟的不够精确，也就无法对配电变压器的结构改善提供具体的指导性意见。第二种装置通过导线短接同一线层不同匝间绕组，能够模拟不同匝间绕组的短路状态，但是无法模拟绕组中不同线层之间的短路状态；而且这种装置因为引线套管数量有限，所能模拟的匝间绕组短路状态有限，使得实验方法不够灵活。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本实用新型提供一种模拟绕组短路状态的配电变压器。

一种模拟绕组短路状态的配电变压器，包括：铁芯、由内向外依次绕制在铁芯外部的低压绕组、高压绕组，高压绕组的不同线层上设置有多个绕组层间分接头，绕组层间分接头与铁芯平行设置，同一线层的不同匝绕组上设置有多个绕组匝间分接头，绕组匝间分接头与铁芯垂直设置；铁芯、低压绕组、高压绕组、绕组层间分接头和绕组匝间分接头的外部设置有外壳；外壳上固定设置有四个引线套管，低压绕组和高压绕组的引线经由分别对应的引线套管引出至外壳的外部；外壳上还固定设置有与绕组层间分接头、绕组匝间分接头分别对应的第一螺旋测距导电杆、第二螺旋测距导电杆，与绕组层间分接头对应的第一螺旋测距导电杆固定设置于外壳的侧壁、且与铁芯垂直，与绕组匝间分接头对应的第二螺旋测距导电杆固定设置于外壳的顶盖、且与铁芯平行；第一螺旋测距导电杆和第二螺旋测距导电杆上设有刻度。

可选地，第一螺旋测距导电杆和第二螺旋测距导电杆结构相同，均包括螺旋推进器和导电杆，螺旋推进器和导电杆之间旋接。

可选地，螺旋推进器包括绝缘棒和套设在绝缘棒外部的绝缘套筒；绝缘套筒固定设置于外壳上；绝缘棒为实心绝缘棒，且绝缘棒的外壁上设有刻度；绝缘棒的一端设置有凹槽且凹槽内设置有内螺纹、另一端设置有把手，导电杆上设置有与内螺纹相匹配的外螺纹。

可选地，导电杆为铜质导电杆。

可选地，绕组层间分接头由不同层绕组的层间绕组引出线与圆形的层间弹簧卡箍组成，层间绕组引出线与层间弹簧卡箍的边缘固定连接；层间弹簧卡箍与第一螺旋测距导电杆垂直，且第一螺旋测距导电杆的中轴线穿过层间弹簧卡箍的圆形截面中心。

可选地，绕组匝间分接头由不同匝绕组的匝间绕组引出线与圆形的匝间弹簧卡箍组成，匝间绕组引出线与匝间弹簧卡箍的边缘固定连接；匝间弹簧卡箍与第二螺旋测距导电杆垂直，且第二螺旋测距导电杆的中轴线穿过匝间弹簧卡箍的圆形截面中心。

可选地，第一螺旋测距导电杆与引线套管之间的间距大于或等于外壳的边长，且第二螺旋测距导电杆与引线套管之间的间距大于或等于外壳的边长。

可选地，引线套管为瓷引线套管。

可选地，引线套管的结构为伞裙结构。

可选地，配电变压器还包括：绝缘和冷却介质层，绝缘和冷却介质层填充于配电变压器的不同绕组之间以及同一绕组的相邻线层之间的空隙。

本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型提供一种模拟绕组短路状态的配电变压器，包括：铁芯、由内向外依次绕制在铁芯外部的低压绕组、高压绕组，高压绕组的不同线层上设置有多个绕组层间分接头，绕组层间分接头与铁芯平行设置，同一线层的不同匝绕组上设置有多个绕组匝间分接头，绕组匝间分接头与铁芯垂直设置；铁芯、低压绕组、高压绕组、绕组层间分接头和绕组匝间分接头的外部设置有外壳；外壳上固定设置有四个引线套管，低压绕组和高压绕组的引线经由分别对应的引线套管引出至外壳的外部；外壳上还固定设置有与绕组层间分接头、绕组匝间分接头分别对应的第一螺旋测距导电杆、第二螺旋测距导电杆，与绕组层间分接头对应的第一螺旋测距导电杆固定设置于外壳的侧壁、且与铁芯垂直，与绕组匝间分接头对应的第二螺旋测距导电杆固定设置于外壳的顶盖、且与铁芯平行；第一螺旋测距导电杆和第二螺旋测距导电杆上设有刻度。

本实用新型中高压绕组的不同线层上设置有多个绕组层间分接头，通过第一螺旋测距导电杆短接不同的绕组层间分接头，能够模拟配电变压器的各种不同的层间短路状态。高压绕组同一线层的不同匝绕组上设置有多个绕组匝间分接头，通过第二螺旋测距导电杆短接不同的绕组匝间分接头，能够模拟配电变压器的各种不用的匝间短路状态。因此，本实用新型能够更加全面、灵活地模拟配电变压器绕组的各种短路状态，从而能够对配电变压器的结构改善提供具体的指导性意见。而且，本实用新型中第一螺旋测距导电杆和第二螺旋测距导电杆上设有刻度，这种结构设计，能够更加精确地模拟配电变压器绕组的短路状态，有利于提高实验结果的准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中模拟绕组短路状态的配电变压器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中螺旋测距导电杆的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中绕组层间分接头的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中绕组匝间分接头的结构示意图。

其中，符号表示为：

1-铁芯、2-低压绕组、3-高压绕组、4-绕组层间分接头、41-层间绕组引出线、42-层间弹簧卡箍、5-绕组匝间分接头、51-匝间绕组引出线、52-匝间弹簧卡箍、6-外壳、7-引线套管、8a-第一螺旋测距导电杆、8b-第二螺旋测距导电杆、81-螺旋推进器、82-导电杆、811-绝缘棒、812-绝缘套筒。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

配电变压器是运行在配电网中电压等级为10-35KV、容量为6300KVA及以下的直接向终端用户供电的电力变压器，能够将高压电网中的高电压变换为适合工业、生活使用的低电压。通常，配电变压器由铁芯和绕组构成，绕组又包括低压绕组和高压绕组，低压绕组和高压绕组由内向外依次绕制在铁芯的外部。由于低压绕组的工作电压相对较低，而铁芯需要接地，因此低压绕组绕制在高压绕组内侧并紧靠铁芯设置，能够使低压绕组对地的绝缘距离小一些。以常见的圆筒式绕组为例，圆筒式高压绕组或低压绕组的整体结构类似圆柱体，每个圆柱体绕组又有多层饼状的圆形线圈组成，即：每个圆柱体绕组有很多线层组成，每一层饼状的圆形线圈为层绕组，同一饼状的圆形线圈中不同线圈为匝绕组。

配电变压器短路是配电变压器故障中最常见的一种形式，实验室中为研究配电变压器的短路机理，需要一些能够模拟绕组短路状态的实验用配电变压器。为了解决现有的实验用配电变压器中所模拟的短路状态不够全面、不够灵活以及不够准确的问题，本实用新型提供了一种模拟绕组短路状态的配电变压器。本实用新型主要通过在高压绕组的不同线层上设置多个绕组层间分接头、同一线层的不同匝绕组上设置多个绕组匝间分接头以及结合设有刻度的螺旋测距导电杆，对配电变压器的层间短路状态和匝间短路状态进行模拟，能够提高实验结果的准确性及灵活性，从而能够对配电变压器的结构改善提供具体的指导性意见。

以下将结合附图对本实用新型实施例中的模拟绕组短路状态的配电变压器进行详细说明。

图1是本实用新型实施例提供的模拟绕组短路状态的配电变压器的结构示意图，由图1可知，本实用新型实施例所提供的模拟绕组短路状态的配电变压器主要包括：铁芯1、低压绕组2、高压绕组3、外壳6、引线套管7、第一螺旋测距导电杆8a和第二螺旋测距导电杆8b七个部分。其中，低压绕组2和高压绕组3由内向外依次绕制在铁芯1的外部，高压绕组3的不同线层上设置有多个绕组层间分接头4，绕组层间分接头4与铁芯1平行设置。高压绕组中同一线层的不同匝绕组上设置有多个绕组匝间分接头5，绕组匝间分接头5与铁芯1垂直设置。

高压绕组3的不同线层上设置有多个绕组层间分接头4，在配电变压器的实际设计中，可以根据需要模拟的短路状态来选择在哪些线层上设置绕组层间分接头4，例如：可以在第2线层、第4线层、第6线层上设置绕组层间分接头。高压绕组中同一线层的不同匝绕组上设置有多个绕组匝间分接头5，绕组匝间分接头5的设计同绕组层间分接头4，这里不再详细描述。绕组层间分接头4和绕组匝间分接头5的这种结构设计，能够模拟多种配电变压器绕组短路状态，实验方式灵活。

继续参见图1，铁芯1、低压绕组2、高压绕组3、绕组层间分接头4和绕组匝间分接头5的外部设置有外壳6；外壳6上固定设置有四个引线套管7，低压绕组2和高压绕组3的引线经由分别对应的引线套管7引出至外壳6的外部。引线套管7能够对低压绕组2和高压绕组3的引线起到支撑作用，并能使低压绕组2和高压绕组3保持较好的绝缘性能。

外壳6上还固定设置有与绕组层间分接头4、绕组匝间分接头5分别对应的第一螺旋测距导电杆8a、第二螺旋测距导电杆8b，第一螺旋测距导电杆8a固定设置于外壳6的侧壁、且与铁芯1垂直，第二螺旋测距导电杆8b固定设置于外壳6的顶盖、且与铁芯1平行。由于绕组层间分接头4与铁芯1平行设置，而第一螺旋测距导电杆8a与铁芯1垂直设置，因此第一螺旋测距导电杆8a正好与绕组层间分接头4垂直设置，有利于实验人员方便地将第一螺旋测距导电杆8a与绕组层间分接头4连接及断开。第二螺旋测距导电杆8b和绕组匝间分接头5垂直设置的原理与以上分析相同，在此不再详细描述。

第一螺旋测距导电杆8a和第二螺旋测距导电杆8b上设有刻度，有利于实验人员精确地控制各种不同的短路状态，从而能够提高实验结果的准确性。

参见图2，图2是本实用新型实施例中螺旋测距导电杆的结构示意图。由图2可知，第一螺旋测距导电杆8a和第二螺旋测距导电杆8b均包括螺旋推进器81和导电杆82，螺旋推进器81和导电杆82之间旋接。第一螺旋测距导电杆8a和第二螺旋测距导电杆8b的结构不采用一体成型式，而是采用螺旋推进器81和导电杆82两部分组合式旋接，具体地，可以采用内螺纹和外螺纹相匹配的方式进行旋接，这种结构设计，使实验人员能够灵活更换不同量程的导电杆，从而能够模拟各种不同电压下的绕组短路状态。

继续参见图2，由图2可知，螺旋推进器81包括绝缘棒811和套设在绝缘棒811外部的绝缘套筒812。螺旋推进器81主要用于推动导电杆82不断伸入配电变压器内部，与不同的绕组层间分接头4或者绕组匝间分接头5准确连接，从而达到短接绕组的效果。本实用新型实施例中螺旋推进器81都采用绝缘材质的推进装置，能够有效地提高配电变压器的安全系数。例如：可以采用聚四氟乙烯绝缘棒及聚四氟乙烯绝缘套筒。

绝缘棒811为实心绝缘棒，且绝缘棒811的外壁上设有刻度，能够精确控制螺旋推进器81所推进的尺寸，有利于实验结果的准确性。

本实用新型实施例中的导电杆为铜质导电杆，铜本身是一种导电性能良好的金属材料，铜质导电杆的局部涂绝缘漆保持绝缘。具体地，可以根据导电杆82上裸露金属铜的长度的不同，将导电杆按照电压大小分为不同的种类，以供实验人员取用。

参见图3和图4，图3为本实用新型实施例中绕组层间分接头的结构示意图，图4为本实用新型实施例中绕组匝间分接头的结构示意图。由图3和图4可知，绕组层间分接头4和绕组匝间分接头5的结构相同。

现以绕组层间分接头4为例进行说明。由图3可知，绕组层间分接头4由不同层绕组的层间绕组引出线41与圆形的层间弹簧卡箍42组成，层间绕组引出线41与层间弹簧卡箍42的边缘固定连接；层间弹簧卡箍42与第一螺旋测距导电杆8a垂直，且第一螺旋测距导电杆8a的中轴线穿过层间弹簧卡箍42的圆形截面中心。同样，在图4中，绕组匝间分接头5由不同匝绕组的匝间绕组引出线51与圆形的匝间弹簧卡箍52组成。匝间绕组引出线51和匝间弹簧卡箍52的之间的连接关系以及和其他部件的位置关系，与层间绕组引出线41和层间弹簧卡箍42之间相似，在此不再赘述。

第一螺旋测距导电杆8a的截面直径小于圆形的弹簧卡箍42的直径，需要模拟层间绕组短路状态时，转动螺旋推进器81，第一螺旋测距导电杆8a不断推进并插入层间弹簧卡箍42内，造成不同层间绕组的短路。采用层间弹簧卡箍42，能够确保第一螺旋测距导电杆8a与绕组层间分接头4连接的密封性，发生强烈振动也不会影响其性能。

本实用新型实施例中，第一螺旋测距导电杆8a与引线套管7之间的间距大于或等于外壳6的边长，且第二螺旋测距导电杆8b与引线套管7之间的间距大于或等于外壳6的边长。因为第一螺旋测距导电杆8a以及第二螺旋测距导电杆8b均为导电体，而引线套管7内部的高压绕组以及低压绕组引线也是导电体，因此这种结构设计，可以有效增加第一螺旋测距导电杆8a以及第二螺旋测距导电杆8b与引线套管7之间的安全距离，保证实验操作的安全性。例如：如图3所示，以图示方向所示沿第一螺旋测距导电杆8a的轴向方向为水平方向，以第一螺旋测距导电杆8a的推进端为左，以第一螺旋测距导电杆8a的被推进端为右。正向面对配电变压器，可以将第一螺旋测距导电杆8a以及第二螺旋测距导电杆8b安装在外壳6的左上角，将引线套管7分为两组，一组引线套管安装在外壳6的右上角，另一组引线套管安装在外壳6的右下角。

本实用新型实施例中引线套管7为瓷引线套管，引线套管7主要用来将配电变压器内部高压绕组3和低压绕组2的引线引至外壳6的外部，瓷引线套管可以作为高压绕组3和低压绕组2的引线对地的绝缘，同时担负着固定高压绕组3和低压绕组2的引线的作用。

本实用新型实施例中引线套管7的结构为伞裙结构，即：引线套管7的外表面做成一圈一圈的伞裙，形状类似伞形或裙边。这种结构设计，能够有效地增加配电变压器外部沿面的爬电距离，增强外绝缘强度，从而提高实验的安全性。

本实用新型实施例中的配电变压器还包括绝缘和冷却介质层，绝缘和冷却介质层填充于所述配电变压器的不同绕组之间以及同一绕组的相邻线层之间的空隙。配电变压器内部的绝缘和冷却介质为变压器油以及浸泡于变压器油中的绝缘纸，其中，变压器油填充于配电变压器的外壳6和内部结构之间的所有空隙中。设置绝缘和冷却介质层，能够保证配电变压器所必须具备的绝缘性能，同时有利于配电变压器热量的散发，避免配电变压器由于工作时过热而被损坏。

本实用新型不仅适用于圆筒式绕组，还能用于螺旋式以及连续式等其他形式的绕组，以上实施例仅以圆筒式绕组为一示例性实施方式进行阐述，其他几种方式在此不详细阐述。

以模拟绕组层间短路状态为例，本实用新型实施例中模拟绕组短路状态的配电变压器使用步骤如下：

第一步，将第一螺旋测距导电杆的绝缘套筒固定在配电变压器的外壳上。

第二步，根据所模拟的绕组层间短路状态的电压大小，选择合适的导电杆，通过绝缘棒将导电杆旋进绝缘套筒内，使导电杆与绝缘棒上的零刻度齐平，即：导电杆旋转距离从零开始计算，确保实验结果的准确性。

第三步，根据所模拟的绕组层间短路状态，计算导电杆的旋转距离。

例如：如果需要模拟第1层绕组与第20层绕组之间的层间短路状态，第一螺旋测距导电杆的绝缘套筒所固定的配电变压器的外壳侧壁与第1层绕组之间的距离为d1，第1层绕组与第20层绕组之间的距离为d2，根据D＝d1+d2，计算得出导电杆的旋转距离D。

第四步，根据导电杆的旋转距离，将导电杆与相应的层间绕组分接头短接，模拟绕组层间短路状态。

第五步，需要改变绕组短路层数时，将导电杆旋出绝缘套筒，更换合适的导电杆，重新固定并计算导电杆的旋转距离，根据第二步到第四步的步骤进行测试。

模拟绕组匝间短路状态的使用步骤，与模拟绕组层间短路状态相同，在此不再详细描述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的公开后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。