一种模拟低压大电流引线漏磁场和温升的系统及实验方法与流程

1.本发明属于变压器技术领域，尤其涉及一种模拟低压大电流引线漏磁场和温升的系统及实验方法。


背景技术：

2.随着大型电力变压器单台容量的不断增大，漏磁场和发热冷却问题愈加突出，若设计不当，极易在损耗集中的部位产生局部过热，危及变压器的安全运行。iec 60076-7:2005《power transformers
–
part 7:loading guide for oil-immersed power transformers》中规定，常规油浸式变压器在98℃—140℃范围内，热点温度每增加6k，老化率增加1倍。对于大型电力变压器而言，低压大电流引线漏磁场造成的油箱壁局部过热现象时有发生，因此开展大型变压器低压大电流引线漏磁场和温升实验研究，对变压器的安全稳定运行具有十分重要的意义。
3.众所周知，为了验证低压大电流引线漏磁场不同的屏蔽效果及仿真计算的准确性，若直接使用大型产品级变压器作为实验对象，其成本极高，试验工况难于实现，难于实现随时试验、反复实验和反复验证的研究要求。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提出一种模拟低压大电流引线漏磁场和温升的系统的技术方案，以解决上述技术问题。
5.本发明第一方面公开了一种模拟低压大电流引线漏磁场和温升的系统，包括：
6.电源及其保护控制装置、大电流变压器装置、低压大电流引线装置和电气测量控制装置；
7.所述电源及其保护控制装置与所述大电流变压器装置和所述电气测量控制装置连接，所述大电流变压器装置和所述电气测量控制装置与所述低压大电流引线装置连接；
8.所述电源及其保护控制装置：为所述系统中的每个装置提供稳定的电源，保护电路的安全；
9.所述大电流变压器装置：为所述低压大电流引线装置提供电压变换和电气隔离；
10.所述低压大电流引线装置：模拟低压大电流引线对油箱壁的漏磁场和温升的影响；
11.所述电气测量控制装置：与所述低压大电流引线装置配合测量低压大电流引线对油箱壁的漏磁场损耗，温升变化。
12.在一些实施例中，所述电源及其保护控制装置包括：
13.三相电源、三相断路器、三相熔断器、调压稳压电源；
14.所述三相电源与所述三相断路器连接，所述三相断路器与所述三相熔断器连接，所述三相熔断器与所述调压稳压电源连接。
15.在一些实施例中，所述大电流变压器装置包括：
16.包含铁芯、高压线圈、低压线圈、夹件、高压引线、低压引线；
17.所述高压线圈套在所述铁芯外面，所述低压线圈套在所述高压线圈外面，所述夹件夹在所述低压线圈上下两侧；
18.所述高压线圈采用扁铜导线进行连续式绕制而成，多出的一段扁铜导线作为所述高压引线；
19.所述低压引线采用铜排引出八个出头，所述低压线圈与所述低压引线通过螺栓连接。
20.在一些实施例中，所述低压大电流引线装置包括：
21.大电流铜导体、磁屏蔽、钢板油箱壁和变压器油；
22.所述磁屏蔽固定在油箱壁的钢板上，所述钢板油箱壁一侧暴露在空气中，所述钢板油箱壁另一侧、磁屏蔽和大电流铜导体浸没在变压器油中，用来模拟低压大电流引线对油箱壁的漏磁场和温升的影响。
23.在一些实施例中，所述低压大电流引线装置还包括：
24.滑动轨道和非金属材料油箱壁；
25.所述大电流铜导体固定在所述非金属材料油箱壁上，两端设置连接端子，与外部所述大电流变压器装置相连接；所述磁屏蔽与钢板油箱壁固定在一起，在滑行轨道上进行左右移动，调节所述非金属材料油箱壁的箱壁与大电流铜导体之间的距离。
26.在一些实施例中，所述低压大电流引线装置还包括：
27.磁屏蔽测量线圈、钢板油箱壁测量线圈和导线引出孔；
28.在所述钢板油箱壁和磁屏蔽的上端、中间、下端各绕制一定匝数的测量线圈，即所述磁屏蔽测量线圈和钢板油箱壁测量线圈，所述磁屏蔽测量线圈和钢板油箱壁测量线圈的导线通过油箱壁上方的所述导线引出孔引出与电气测量控制装置连接进行感应电压测量，通过电磁感应定律反推所述钢板油箱壁及磁屏蔽内部的感应磁密，进而与仿真计算进行对比分析。
29.在一些实施例中，所述低压大电流引线装置还包括：
30.磁屏蔽表面热电偶和钢板油箱壁表面热电偶；
31.所述磁屏蔽表面热电偶和钢板油箱壁表面热电偶设置在所述磁屏蔽和所述钢板油箱壁的表面，与所述电气测量控制装置连接，测量所述钢板油箱壁和磁屏蔽表面的温度。
32.在一些实施例中，所述电气测量控制装置包括：
33.功率分析仪、温度数据记录仪和电流互感器；
34.所述磁屏蔽测量线圈和钢板油箱壁测量线圈的导线通过油箱壁上方的所述导线引出孔引出与功率分析仪连接，进行感应电压测量，通过电磁感应定律反推所述钢板油箱壁及磁屏蔽内部的感应磁密，进而与仿真计算进行对比分析；大电流铜导体电流使用功率分析仪配合电流互感器进行监控，调节调压稳压电源的电压控制大电流铜导体电流用于模拟不同电流工况下的漏磁和温升；
35.漏磁场损耗应用大电流铜导体功率减去本身的直流电阻损耗获得；
36.所述温度数据记录仪记录和显示钢板油箱壁、磁屏蔽表面的温度值和环境温度值，进而得出钢板油箱壁、磁屏蔽表面的温升值。
37.在一些实施例中，所述电气测量控制装置还包括：
38.电机正反转控制装置和三相油泵；
39.所述电机正反转控制装置改变所述三相油泵的相序，从而改变所述三相油泵的正反转动，从而实现所述三相油泵的注油或放油操作。
40.本发明第二方面公开了一种模拟低压大电流引线漏磁场和温升的实验方法,包括：
41.确定实验用金属材料油箱壁为导磁钢板或低导磁钢板，磁屏蔽选择立式磁屏蔽或板式磁屏蔽，在金属材料油箱壁及磁屏蔽上绕制一定匝数的测量线圈，即磁屏蔽测量线圈和钢板油箱壁测量线圈，把磁屏蔽和钢板油箱壁固定在一起，在滑动轨道上调整与大电流铜导体之间的距离；
42.选择确定三相油泵三相电源的相序，确保相序为油箱注油相序，把油箱注满变压器油，检查确保实验系统各个接口处不漏油；连接大电流铜导体与大电流变压器装置输出回路，并确保连接端子牢固可靠；连接所述磁屏蔽测量线圈和钢板油箱壁测量线圈至功率分析仪电压通道，用电流互感器夹钳测量大电流铜导体的电流连接至功率分析仪的电流通道；磁屏蔽表面热电偶和钢板油箱壁表面热电偶和环境温度传感器连接至温度数据记录仪通道；调节调压稳压电源输出电压旋钮至最小值，闭合三相交流电源的断路器，开启功率分析仪及开启温度数据记录仪；
43.根据实验工况，选择合适的大电流变压器输出回路，调节调压器电源的输出电压，从功率分析仪上监控大电流铜导体的电流大小至实验工况数值。从温度数据记录仪监控钢板油箱壁、磁屏蔽表面温度变化，当温升的变化率小于1k/h，用温度数据记录仪把最后一个小时测量点的温度值导入到存储设备中，同时记录功率分析仪各电压通道的感应电压值和电流通道的电流值大小。
44.可见，本发明提出的方案，可以验证变压器油箱壁采用导磁钢板、低磁钢板及立式磁屏蔽、板式磁屏蔽不同组合方式下的漏磁场屏蔽效果比较，同时验证仿真计算准确性，为大型变压器仿真计算提供数据支撑；可在实验室内进行，具有成本低下，可以实现随时试验、反复实验和反复验证的研究要求。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为根据本发明实施例的一种模拟低压大电流引线漏磁场和温升的系统的结构框图；
47.图2为根据本发明实施例的大电流变压器装置的结构示意图；
48.图3为根据本发明实施例的低压大电流引线装置的结构示意图。
具体实施方式
49.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只
是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.实施例：
51.本发明第一方面公开了一种模拟低压大电流引线漏磁场和温升的系统，具体如图1所示，包括：
52.电源及其保护控制装置100、大电流变压器装置200、低压大电流引线装置300和电气测量控制装置400；
53.所述电源及其保护控制装置100与所述大电流变压器装置200和所述电气测量控制装置400连接，所述大电流变压器装置200和所述电气测量控制装置400与所述低压大电流引线装置300连接；
54.所述电源及其保护控制装置100：为所述系统中的每个装置提供稳定的电源，保护电路的安全；
55.所述大电流变压器装置200：为所述低压大电流引线装置300提供电压变换和电气隔离；
56.所述低压大电流引线装置300：模拟低压大电流引线对油箱壁的漏磁场和温升的影响；
57.所述电气测量控制装置400：与所述低压大电流引线装置300配合测量低压大电流引线对油箱壁的漏磁场损耗，温升变化。
58.在一些实施例中，所述电源及其保护控制装置100包括：
59.三相电源101、三相断路器102、三相熔断器103、调压稳压电源104；
60.所述三相电源101与所述三相断路器102连接，所述三相断路器102与所述三相熔断器103连接，所述三相熔断器103与所述调压稳压电源104连接；当流经三相熔断器103的电流超过熔断器的规定数值时，三相熔断器103就用自身产生的热量使熔体熔断，让电路断开，从而保护电路的安全。调压稳压电源104用来调节输出电压大小，同时能够保证输出的电压稳定，从而保证大电流铜导体301电流的稳定性，这对于漏磁场损耗测量及稳态温升测量具有重要意义。
61.在一些实施例中，如图2所示，所述大电流变压器装置200包括：
62.包含铁芯201、高压线圈202、低压线圈203、夹件204、高压引线a-x、低压引线a1-x1，a2-x2，a3-x3，a4-x4；
63.所述高压线圈202套在所述铁芯201外面，所述低压线圈203套在所述高压线圈202外面，所述夹件204夹在所述低压线圈203上下两侧；
64.铁芯201采用硅钢片叠制成口字形状；
65.所述高压线圈202采用扁铜导线进行连续式绕制而成，多出的一段扁铜导线作为所述高压引线a-x，左右两个高压线圈202串联连接；
66.为方便实验室使用，高压的额定电压设置为380v。低压线圈203采用四块铜板各绕制一匝，左侧两个低压线圈203，右侧两个低压线圈203，左右两侧的低压线圈203分别是上下排列，中间用绝缘垫块隔开，所述低压引线a1-x1，a2-x2，a3-x3，a4-x4采用铜排引出八个出头，所述低压线圈203与所述低压引线a1-x1，a2-x2，a3-x3，a4-x4通过螺栓连接。
67.在一些实施例中，如图3所示，所述低压大电流引线装置300包括：
68.大电流铜导体301、磁屏蔽302、钢板油箱壁303和变压器油311；
69.还包括油枕312、支架314。为了精确测量低压大电流引线漏磁场损耗，长方体油箱壁只有一个面采用金属材料，其他箱壁采用非金属材料作为油箱壁；所述磁屏蔽302固定在油箱壁的钢板上，所述钢板油箱壁303一侧暴露在空气中，所述钢板油箱壁303另一侧、磁屏蔽302和大电流铜导体301浸没在变压器油311中，用来模拟低压大电流引线对油箱壁的漏磁场和温升的影响；磁屏蔽302有分为立式磁屏蔽和板式磁屏蔽，两者都是有硅钢片叠加而成，厚度相同，一种是垂直油箱壁放置，一种是平行油箱壁放置，立式/板式磁屏蔽302用于验证不同放置方式下磁屏蔽屏蔽效果。
70.在一些实施例中，如图3所示，所述低压大电流引线装置300还包括：
71.滑动轨道310和非金属材料油箱壁313；
72.所述大电流铜导体301固定在所述非金属材料油箱壁313上，两端设置连接端子，与外部所述大电流变压器装置200相连接；所述磁屏蔽302与钢板油箱壁303固定在一起，在滑行轨道310上进行左右移动，调节所述非金属材料油箱壁313的箱壁与大电流铜导体301之间的距离。
73.在一些实施例中，如图3所示，所述低压大电流引线装置300还包括：
74.磁屏蔽测量线圈304、钢板油箱壁测量线圈305和导线引出孔309；
75.在所述钢板油箱壁303和磁屏蔽302的上端、中间、下端各绕制一定匝数的测量线圈，即所述磁屏蔽测量线圈304和钢板油箱壁测量线圈305，所述磁屏蔽测量线圈304和钢板油箱壁测量线圈305的导线通过油箱壁上方的所述导线引出孔309引出与电气测量控制装置400连接进行感应电压测量，通过电磁感应定律反推所述钢板油箱壁303及磁屏蔽302内部的感应磁密，进而与仿真计算进行对比分析。
76.在一些实施例中，如图3所示，所述低压大电流引线装置300还包括：
77.磁屏蔽表面热电偶306和钢板油箱壁表面热电偶307；
78.热电偶结构简单、制造方便、测量范围广、精度高，是常用的测温元件，它能直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，所述磁屏蔽表面热电偶306和钢板油箱壁表面热电偶307设置在所述磁屏蔽302和所述钢板油箱壁303的表面，与所述电气测量控制装置400连接，测量所述钢板油箱壁303和磁屏蔽302表面的温度。
79.在一些实施例中，注油放油孔308与三相油泵404相连接，通过互换三相油泵404的相序来改变油泵的注油和放油操作。
80.在一些实施例中，所述电气测量控制装置400包括：
81.功率分析仪401、温度数据记录仪402和电流互感器；
82.所述磁屏蔽测量线圈304和钢板油箱壁测量线圈305的导线通过油箱壁上方的所述导线引出孔309引出与功率分析仪401连接，进行感应电压测量，通过电磁感应定律反推所述钢板油箱壁303及磁屏蔽302内部的感应磁密，进而与仿真计算进行对比分析；大电流铜导体301电流使用功率分析仪401配合电流互感器进行监控，调节调压稳压电源104的电压控制大电流铜导体301电流用于模拟不同电流工况下的漏磁和温升；
83.漏磁场损耗应用大电流铜导体301功率减去本身的直流电阻损耗获得，用于验证仿真计算的正确性；
84.所述温度数据记录仪402记录和显示钢板油箱壁303、磁屏蔽302表面的温度值和
环境温度值，进而得出钢板油箱壁303、磁屏蔽302表面的温升值。
85.在一些实施例中，所述电气测量控制装置400还包括：
86.电机正反转控制装置403和三相油泵404；
87.所述电机正反转控制装置403改变所述三相油泵404的相序，从而改变所述三相油泵404的正反转动，从而实现所述三相油泵404的注油或放油操作，三相油泵404用来把存油罐中变压器油311打入变压器油箱中，或者把变压器油箱中的变压器油311抽进存油罐中。
88.本发明第二方面公开了一种模拟低压大电流引线漏磁场和温升的实验方法,包括：
89.确定实验用金属材料油箱壁为导磁钢板或低导磁钢板，磁屏蔽302选择立式磁屏蔽或板式磁屏蔽，在金属材料油箱壁303及磁屏蔽302上绕制一定匝数的测量线圈，即磁屏蔽测量线圈304和钢板油箱壁测量线圈305，把磁屏蔽302和钢板油箱壁303固定在一起，在滑动轨道310上调整与大电流铜导体301之间的距离；
90.选择确定三相油泵404三相电源的相序，确保相序为油箱注油相序，把油箱注满变压器油，检查确保实验系统各个接口处不漏油；连接大电流铜导体301与大电流变压器装置200输出回路，并确保连接端子牢固可靠；连接所述磁屏蔽测量线圈304和钢板油箱壁测量线圈305至功率分析仪401电压通道，用电流互感器夹钳测量大电流铜导体301的电流连接至功率分析仪401的电流通道；磁屏蔽表面热电偶306和钢板油箱壁表面热电偶307和环境温度传感器连接至温度数据记录仪402通道；调节调压稳压电源104输出电压旋钮至最小值，闭合三相交流电源101的断路器102，开启功率分析仪401及开启温度数据记录仪402；
91.根据实验工况，选择合适的大电流变压器输出回路，调节调压器电源的输出电压，从功率分析仪401上监控大电流铜导体301的电流大小至实验工况数值。从温度数据记录仪402监控钢板油箱壁303、磁屏蔽302表面温度变化，当温升的变化率小于1k/h，用温度数据记录仪402把最后一个小时测量点的温度值导入到存储设备中，同时记录功率分析仪401各电压通道的感应电压值和电流通道的电流值大小；至此，一个实验工况模拟测量工作完毕，可以进行其他的实验工况，否则调节调压稳压电源104输出电压旋钮至最小值并关闭电源，关闭功率分析仪401和温度数据记录仪402电源，最后断开三相断路器102。
92.综上，本发明各个方面的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
93.本发明提供了一种模拟低压大电流引线漏磁场和温升的系统，可以验证变压器油箱壁采用导磁钢板、低磁钢板及立式磁屏蔽、板式磁屏蔽不同组合方式下的漏磁场屏蔽效果比较，同时验证仿真计算准确性，为大型变压器仿真计算提供数据支撑。本发明可在实验室内进行，具有成本低下，可以实现随时试验、反复实验和反复验证的研究要求。
94.请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。