一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量方法及装置

1.本发明涉及变压器测试技术领域，具体涉及一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量方法及装置。


背景技术：

2.换流变压器是国家跨区电力输送通道的关键节点，其绕组载流性能的优劣直接影响跨区能源输送的稳定。换流变压器载流部件包括套管、分接开关、绕组、引线等，部件之间的连接是载流性能劣化的重灾区。
3.据统计，2017至2022共5年时间内，累计发现特高压换流变压器载流性能下降缺陷起，占总缺陷的16.3％，昭通换流站、复龙换流站、宜宾换流站等均发生过接触不良引起的发热缺陷。直流电阻测量是探查接触不良的有效手段之一，已经列入国家、行业和企业规范，成为了逢停必测的项目。jb/t 501-2021,电力变压器试验导则详尽的规定了直流电阻测试的条件、接线和计算诊断方法，是直流电阻测试的纲领性文件，但是文献没有解决换流变压器直流电阻测量工作中引线拆解数量大、基准温度选择难度大、电阻稳定时间长的问题。
4.温度测量方法的差异对换流变压器直流电阻测量结果的影响一文中在换流变压器实际测量过程中发现，受阳光直射影响顶部油面温度与绕组实际温度差异大，导致直流电阻初值差超过告警值。在此基础上，影响换流变压器预试的因素分析及对策一文中，通过计算和实测发现，实测温度与实际温度相差5℃时，直流电阻差异会大于2％，并且这一规律不受物理结构的影响。同时发现换流变压器饱和电流大以及档位数量多的实际难题。换流变绕组直流电阻测量改进方法探讨一文中通过理论推算提出在引线完全拆解情况下使用2台同型号测量装置进行双侧同步测量，可以有效缩短工作用时。大型电力变压器低压侧绕组直流电阻测试新方法一文中提出使用双侧绕组串联助磁降低饱和电流，使用高压激励降低并联绕组寄生电感的测试新方法，可以实现大型变压器角形连接绕组电阻的快速测量；“助磁法”在大型变压器低压侧直流电阻测试中的运用一文中实际使用高低压绕组串联同向施加激励的方法完成了一台三相共体变压器的直流电阻测试，铁心的磁通密度可以在10分钟内快速饱和，缩短了测试时间。大型有载调压变压器直流电阻测试方法的改进、变压器绕组直流电阻测试方法的优化、基于助磁法的变压器低压绕组直流电阻测试以三相共体变压器为研究对象，通过磁通计算和实际测试，证明了改变中间相激磁方向可以降低20％的磁通变化量，从而节约50％的测试时间，为变压器及变压器组在角形连接不拆除条件下直流电阻测量提供了参考。iec60076-2-2011中为解决快速获取220千伏三相变压器绕组热态电阻的问题，提供了一种串联助磁接线下双绕组同步测量的接线方法，双通道助磁法电阻测量在温升试验中的应用在变压器制造厂内对这一方法进行了验证，在3分钟内完成了三相三柱低压角接绕组直流电阻的测量，但是使用40分钟内才完成三相五柱变压器的测量。
5.电力变压器铁心剩磁测量方法研究综述中指出，变压器在进行直流电阻测量后铁心中会残留有剩磁，引起变压器在空载合闸期间经历巨大励磁涌流的冲击。电力变压器现
场退磁技术和退磁效果分析一文中使用倍频高压交流激励对换流变压器进行退磁，退磁后空载电流与出厂值偏差依然大于30％，表明倍频退磁效果并不理想。
6.变压器退磁方面的研究集中在退磁方法，退磁接线和直流电阻测试后剩磁大小鲜有研究。直流电阻测量方面专家学者集中研究的对象是引线完全拆除的单台变压器，尚没有人对角形连接三相变压器组的测试开展研究。


技术实现要素：

7.为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量方法及装置。
8.本发明提出的技术方案为：
9.一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量方法，包括以下步骤：
10.将换流变压器的载流端子与测量装置连接；
11.对换流变压器的绕组进行直流电阻测试；
12.切换换流变压器的绕组档位并进行有载分接开关动态电流测量；
13.切换完成后对切换后的换流变压器的绕组进行直流电阻测量；
14.依次完成换流变压器的绕组档位测试后，对换流变压器进行退磁。
15.作为本发明的进一步技术方案为，所述将换流变压器的载流端子与测量装置连接；具体包括：所述测量装置上设置若干接线端口；
16.将换流变压器的网侧绕组和阀侧绕组的载流端子与测量装置上的接线端口连接。
17.将全部变压器载流端子一次性接入测量装置，测量装置具有足够的测量接口，可以一次性完成各个绕组电压电流的独立测量；
18.作为本发明的进一步技术方案为，所述对换流变压器的绕组进行直流电阻测试；具体包括：
19.采用双侧绕组串联接线方式进行网侧电阻与阀侧电阻的同步测量，使网侧绕组和阀侧绕组中流经完全相同的电流，独立测量网侧绕组和阀侧绕组的电压降落，计算并输出网侧绕组和阀侧绕组电压降落的比值。
20.作为本发明的进一步技术方案为，根据采用双侧绕组串联接线方式进行网侧电阻与阀侧电阻的同步测量，变压器绕组直流电阻测试的试验回路电流与时间的关系，利用双侧绕组串联接线方式可以增大试验回路电阻，实现降低电阻测量稳定时间；具体包括：
21.变压器绕组直流电阻测试期间的等效电路是一个rl串联电路，其中激磁电感为非线性电感，回路电压方程为式(1)：
[0022][0023]
式(1)中：u(t)为激励电压，i(t)为试验回路的电流，lm为激磁电感；rm为激磁电阻；rk为绕组直流电阻；t为时间；
[0024]
电流i与时间t的函数关系可由式(2)表示：
[0025][0026]
式(2)中：u为激励电压峰值，i为激励电流峰值，τ为时间常数；
[0027]
变压器铁心未饱和状态下试验电流需要一定时间到达稳定，其中一定时间是试验电路时间常数和铁心饱和时间中的最大值；
[0028]
电感值和回路时间常数之间的函数关系可由公式(3)表示，由稳态电流i与饱和磁通φm之间的函数关系可知，稳态电流达到一定数值使铁心达到饱和状态，其中一定数值为空载电流的峰值；
[0029][0030]
式(3)中：μ0为真空导磁率；n
l
为网侧绕组匝数；nv是阀侧绕组匝数；s为铁心截面积；l回路综合电感；r
l
为网侧绕组的直流电阻，rv是阀侧绕组的直流电阻，l为铁心回路长度；k为导磁系数；φm为铁心磁通量最大值。
[0031]
作为本发明的进一步技术方案为，所述切换换流变压器的绕组档位并进行有载分接开关动态电流测量，具体包括：
[0032]
换流变压器有载分开关的过渡特性测量模式：通过检测电流波形的上升沿和下降沿实现动静触头切换时序的测量，通过电流波形的平稳阶段实现过渡电阻的测量；
[0033]
换流变压器有载分开关的动态电流测量模式：通过检测电流波形的高频分量实现动静触头切换时刻的捕捉，通过电流波形的极值拐点实现过渡电阻的表征。
[0034]
作为本发明的进一步技术方案为，所述换流变压器有载分开关的过渡特性测量模式；具体包括：
[0035]
捕捉电流波形的上升沿和下降沿，并且需要使得回路电流具有平稳区间，回路衰减时间常数小于2ms，非被试绕组短路和串联10ω以上的采样电阻来实现。
[0036]
作为本发明的进一步技术方案为，所述换流变压器有载分开关的动态电流测量模式；具体包括：
[0037]
动态电流瞬时值如式(6)所示，动态电流测量模式下等效电路中存在很大的激磁电感，衰减时间常数远大于分接开关切换时间，回路电流近似线性下降衰减状态，动态电流变化量与动态电流函数的导数正相关，切换时间内电流变化量与过渡电阻的大小正向相关；
[0038][0039]
作为本发明的进一步技术方案为，所述依次完成换流变压器的绕组档位测试后，对换流变压器进行退磁，，包括：当试品为单相变压器时，退磁包括两个阶段：
[0040]
第一阶段，磁化阶段，使用电压激励覆盖变压器的初始磁通，使被试相进入饱和；
[0041]
第二阶段，交变阶段，改变电压极性使变压器磁通交变，并在电流过零点处切断激励。
[0042]
作为本发明的进一步技术方案为，所述依次完成换流变压器的绕组档位测试后，对换流变压器进行退磁，，包括：当试品为三相变压器组时，退磁包括三个阶段：
[0043]
第一阶段，磁化阶段，使用电压激励覆盖变压器三相的初始磁通，使a相进入饱和，b、c相进入半饱和；
[0044]
第二阶段，改变电压激励极性，使a相获得-2φm的磁通变化量并励磁至-φm，此时b、c相获得的磁通变化量为φm，磁通为0.5φm；
[0045]
第三阶段，交变过零阶段，改变电压激励极性，使a相获得的磁通变化量φm，此时b、c相获得的磁通变化量-0.5φm，三相变压器同时逼近磁通零点。
[0046]
一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量装置，全部变压器载流端子一次性接入测量装置，测量装置完成全部绕组的同步测量，包括：
[0047]
外壳，
[0048]
测试控制模块，所述测试控制模块设置于外壳的内部，用于对接入的换流变压器的网侧绕组和阀侧绕组进行直流电阻测试、分接开关动态电流测试和退磁；
[0049]
电源模块，所述电源模块设置于外壳内部，用于为测试控制模块提供工作电源；
[0050]
所述外壳的前盖设置显示屏和电源开关；所述外壳的后盖上设置用于与换流变压器的载流端子连接的电压接线端子、电流接线端子和接地端子；所述外壳的侧边设置用于进行扩展的信号总线接口、用于外部通信的网线接口、用于连接外部供电电源的供电接口；所述外壳的侧边还设置散热风扇孔和电源总开关，所述电源总开关设置于的供电接口的供电线路上；
[0051]
所述供电接口的内侧与电源模块连接，所述电源模块的输出端连接测试控制模块，所述测试控制模块与电压接线端子、电流接线端子、接地端子、网线接口和信号总线接口连接，所述测试控制模块的输出端连接显示屏。
[0052]
本发明的有益效果为：
[0053]
1、本发明通过分析角形连接换流变压器组在助磁接线下测试电流的过渡过程，对比论证单台装置双侧绕组同步测量的可行性，并且分析相同接线下的退磁方法及有载分接开关动作特性测试方法；
[0054]
2、本发明使用异名连接的串联助磁接线，可以实现网侧绕组和阀侧绕组直流电阻的同步测量，并且可以在档位切换时通过动态电阻测量的方法完成有载分接开关的测量，
最后使用较低电流可以完成铁心退磁；
[0055]
3、本发明对降低现场作业量，提高测试装置集成化和自动化程度有较高借鉴价值。
[0056]
4、本发明对应于方法提供的装置，可进行扩展拼接，方便使用。
附图说明
[0057]
图1为本发明提出的一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量方法流程图；
[0058]
图2为本发明提出的一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量方法接线图；
[0059]
图3为本发明提出的换流变压器绕组直流电阻测试期间的等效电路图；
[0060]
图4为本发明提出的三相变压器组激磁电流的变化趋势图；
[0061]
图5为本发明提出的变压器组铁心退磁过程示意图；
[0062]
图6a为本发明提出的单相变压器双侧开路接线方式的电阻衰减曲线图；
[0063]
图6b为本发明提出的单相变压器网侧开路-阀侧短路接线方式的电阻衰减曲线图；
[0064]
图6c为本发明提出的单相变压器阀侧负载接线方式的电阻衰减曲线图；
[0065]
图6d为本发明提出的单相变压器串联助磁接线方式的电阻衰减曲线图；
[0066]
图7a为本发明提出的三相变压器的电阻衰减曲线图；
[0067]
图7b为本发明提出的三相变压器双侧开路接线方式的电阻衰减曲线图；
[0068]
图7c为本发明提出的三相变压器网侧开路-阀侧短路接线方式的电阻衰减曲线图；
[0069]
图7d为本发明提出的三相变压器阀侧负载接线方式的电阻衰减曲线图；
[0070]
图7e为本发明提出的三相变压器串联助磁接线方式的电阻衰减曲线图；
[0071]
图8为本发明提出的直流电阻测试过程中铁芯磁通曲线图；
[0072]
图9为本发明提出的三相变压器组的退磁直流电阻和退磁全过程图；
[0073]
图10为本发明提出的阀侧激励、同名连接、异名连接接线方式剩磁消除曲线图；
[0074]
图11为本发明提出的单相串联助磁异名连接及三相成组助磁异名连接的过渡电阻曲线图；
[0075]
图12为本发明提出的过渡电阻的动态电流曲线图；
[0076]
图13为本发明提出的不同过渡电阻下动态电流瞬时值曲线图；
[0077]
图14为本发明提出的过渡电阻下动态偏差散布图；
[0078]
图15a为本发明提出的一具体实施例的变压器的直流电阻测试接线图；
[0079]
图15b为本发明提出的一具体实施例的网测绕组和阀侧绕组的常规测试和助磁测试图；
[0080]
图15c为本发明提出的一具体实施例的网阀比的常规测试和助磁测试图；
[0081]
图16为本发明提出的励磁涌流曲线图；
[0082]
图17a为本发明提出的一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量装置结构图；
[0083]
图17b为本发明提出的一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量装置后视图；
[0084]
图17c为本发明提出的一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量装置左视图。
具体实施方式
[0085]
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
[0086]
参见图1，一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量方法，包括以下步骤：
[0087]
步骤101，将换流变压器的载流端子与测量装置连接；
[0088]
步骤102，对换流变压器的绕组进行直流电阻测试；
[0089]
步骤103，切换换流变压器的绕组档位并进行有载分接开关动态电流测量；
[0090]
步骤104，切换完成后对切换后的换流变压器的绕组进行直流电阻测量；
[0091]
步骤105，依次完成换流变压器的绕组档位测试后，对换流变压器进行退磁。
[0092]
本发明将换流变压器的网侧绕组和阀侧绕组的载流端子与测量装置上的接线端口连接，即将全部变压器载流端子一次性接入测量装置，测量装置具有足够的测量接口，可以一次性完成各个绕组电压电流的独立测量。
[0093]
本发明实施例中，换流变压器普遍为三相联结的变压器组，采用阀侧角形联结两类，阀侧引线不拆解的情况下，变压器组类似一台三相变压器，角形连接方式下被试相的磁通变化会引起非被试相磁通的变化。变压器绕组直流电阻测量的接线采用双侧绕组串联助磁接线方式，具体参见图2。
[0094]
其中的双侧绕组串联助磁接线，可以一次测试完成双侧绕组电阻的测量，显著降低直流电阻测量耗时。网侧绕组和阀侧绕组注入同一电流is，同步测量网侧绕组电压降落u
l
和阀侧绕组电压降落uv，经过计算可以获得网侧电阻r
l
和阀侧电阻rv。根据欧姆定律及式(4)，网侧电阻r
l
与阀侧电阻rv的比值等于网侧绕组电压降落u
l
和阀侧绕组电压降落uv的比值，并且这一比值是一个与温度t无关的中间，网侧电阻与阀侧电阻同步测量，可以降低两个电阻由于温度折算引起的偏差；
[0095][0096]
在步骤101中，对换流变压器的绕组进行直流电阻测试；，包括：
[0097]
采用双侧绕组串联接线方式进行网侧电阻与阀侧电阻的同步测量，使网侧绕组和阀侧绕组中流经完全相同的电流，独立测量网侧绕组和阀侧绕组的电压降落，计算并输出网侧绕组和阀侧绕组电压降落的比值。
[0098]
利用双侧绕组串联接线方式可以增大试验回路电阻，实现降低电阻测量稳定时间。
[0099]
换流变压器绕组直流电阻测试期间的等效电路是一个rl串联电路，参见图3，其中激磁电感为非线性电感，回路电压方程为式(1)：
同名相连477.9n01.56l0332.3r00.64i01.29τ0异名相连134.1n00.44l0332.3r02.27i00.36τ0[0113]
在步骤102中，切换换流变压器的绕组档位并进行有载分接开关动态电流测量；具体包括：
[0114]
换流变压器有载分开关的过渡特性测量模式；通过检测电流波形的上升沿和下降沿实现动静触头切换时序的测量，通过电流波形的平稳阶段实现过渡电阻的测量；
[0115]
换流变压器有载分开关的动态电流测量模式；通过检测电流波形的高频分量实现动静触头切换时刻的捕捉，通过电流波形的极值拐点实现过渡电阻的表征。
[0116]
换流变压器有载分开关的动作特性和过渡电阻测量，可以分为过渡特性测量和动态电流测量两种，两种测量的接线相同。在过渡特性测量模式下，通过检测电流波形的上升沿和下降沿实现动静触头切换时序的测量，通过电流波形的平稳阶段实现过渡电阻的测量。在动态电流测量模式下，通过检测电流波形的高频分量实现动静触头切换时刻的捕捉，通过电流波形的极值拐点实现过渡电阻的表征。
[0117]
其中，换流变压器有载分开关的过渡特性测量模式；具体包括：
[0118]
需要捕捉电流波形的上升沿和下降沿，并且需要使得回路电流具有平稳区间，回路衰减时间常数要小于2ms。工程实际中通过非被试绕组短路和串联10ω以上采样电阻来实现，缺点是测试电流不能大于5a。使用5a及以上电流测试的情况下，换流变压器分接开关电流波形已经没有平稳区间。
[0119]
换流变压器有载分开关的动态电流测量模式；具体包括：
[0120]
动态电流瞬时值如式(6)所示，动态电流测量模式下等效电路中存在很大的激磁电感，衰减时间常数远大于分接开关切换时间，回路电流近似线性下降衰减状态，动态电流变化量与动态电流函数的导数正相关，切换时间内电流变化量与过渡电阻的大小正向相关。
[0121][0122]
换流变压器组的剩磁测量和剩磁消除，剩磁测量及剩磁消除的接线与直流电阻测量接线一致。相同电流下，铁芯磁通与绕组匝数正相关，直流电阻测试完成后需要经过电流衰减及电流开断的熄弧过程，同样熄弧电流下，双侧绕组串联增加了激磁线圈匝数，剩余磁通最大，阀侧绕组激磁线圈匝数最少，剩余磁通最小。
[0123]
如图4所示，三相变压器组激磁电流的变化分为三个阶段，第一阶段是被试相激磁至次饱和，第二阶段是被试相激磁至饱和，第三阶段是非被试相激磁至饱和，电流呈现三个台阶。因为采用定电流控制，根据式(3)和式(5)可以将三相变压器组铁心退磁过程分为图5所示的四个阶段，按照激励停止时刻电流处于的阶段，各相铁心磁通可以分为三类，如表2所示。
[0124][0125]
参见图5，极性转换电流位于第ⅰ阶段时，变压器铁心没有饱和，铁芯磁通在初始剩磁周围徘徊，变压器的最终磁通受初始磁通影响很大，变压器无法完成剩磁消除；极性转换电流位于第ⅱ阶段时，变压器铁心已经饱和，并且三相变压器磁通均处于已知状态，实现了对初始剩磁的覆盖，利用非被试相变化量为被试相的二分之一这一关系，三相变压器磁通具有多个同步过零点，变压器可以完成剩磁消除；极性转换电流位于第ⅲ阶段时，非被试相铁心经历了一段时间的额外激励，导致三相变压器铁心剩磁不再满足2:1:1的比例关系，三相变压器磁通过零点无法同步，变压器无法完成剩磁消除。表2为极性转换电流与磁通变化量关系表。
[0126]
表2
[0127][0128]
本发明实施例中，依次完成变压器绕组所有档位测试后，进行退磁，包括：当试品为单相变压器时，退磁包括两个阶段：
[0129]
第一阶段，磁化阶段，使用电压激励覆盖变压器的初始磁通，使被试相进入饱和；
[0130]
第二阶段，交变阶段，改变电压极性使变压器磁通交变，并在电流过零点处切断激励。
[0131]
本发明实施例中，依次完成变压器绕组所有档位测试后，进行退磁，包括：当试品为三相变压器组时，退磁包括三个阶段：
[0132]
第一阶段，磁化阶段，使用电压激励覆盖变压器三相的初始磁通，使a相进入饱和，b、c相进入半饱和；
[0133]
第二阶段，改变电压激励极性，使a相获得-2φm的磁通变化量并励磁至-φm，此时b、c相获得的磁通变化量为φm，磁通为0.5φm。
[0134]
第三阶段，交变过零阶段，改变电压激励极性，使a相获得的磁通变化量φm，此时b、c相获得的磁通变化量-0.5φm，三相变压器同时逼近磁通零点。
[0135]
为了验证串联助磁接线方式下成组变压器直流电阻测量的准确性，本文选取阀侧引线拆解完毕的单相变压器作为对照对象，具体技术参数如表3所示，模拟计算表4所示四种接线方式下直流电阻测量的耗时。
[0136]
表3
[0137][0138]
表4
[0139][0140]
选择双侧开路、网侧开路-阀侧短路、阀侧负载、串联助磁四种接线方式，分别进行网侧绕组直流电阻的模拟计算，设定变压器初始剩磁为0.0p.u.，设置测试电流为20a恒定电流，记录每种接线方式下的电阻衰减曲线，直流电阻衰减曲线如图6a-6d所示，其中，magnetic assist为串联接线；general为常规接线；绕组直流电阻稳态结果如表4所示。串联助磁接线方式下，经过800s网侧直流电阻和阀侧直流电阻同时稳定。其余三种接线方式中：双侧开路模式下网侧及阀侧绕组直流电阻稳定最快，网侧仅需400s，阀侧仅需800s；阀侧短路模式下网侧稳定最慢，耗时1000s；阀侧负载模式下网侧稳定时间与阀侧短路模式基本一致，约950s。网侧短路模式下阀侧稳定时间最长，约为1500s。综合计算，对于单相变压器而言，串联助磁在800s时间后可以一次性获得稳定的网侧电阻和阀侧电阻，传统开路试验方式需要测量两次，总计耗时1200s获得稳定的网侧和阀侧直流电阻，串联助磁将测试时间降低了30％。
[0141]
对于三相变压器组绕组直流电阻测量，选取阀侧引线角形连接的三相变压器组作为研究对象，表5为三相变压器组模拟计算结果，四种接线方式下直流电阻测量的耗时，电阻衰减曲线如图7a-7e所示。三相变压器组在串联助磁接线方式下，经过1000s网侧直流电
阻和阀侧直流电阻同时稳定，网侧绕组初值差为0.14％，阀侧绕组初值差为0.26％。其余三种接线方式中：双侧开路模式下网侧及阀侧绕组直流电阻稳定最快，网侧稳定需950s，阀侧稳定需2750s；非被试绕组短路模式下稳定最慢，网侧绕组测试耗时1000s稳定，阀侧绕组测量耗时2750s稳定。阀侧绕组电阻仅为38.7mω，因此三相变压器角形连接与阀侧短路的测试耗时相差不大。综合计算，对于角形连接的三相变压器组，串联助磁在1000s时间后可以一次性获得稳定的网侧电阻和阀侧电阻，传统双侧开路试验方式需要测量两次，总计耗时3700s获得稳定的网侧和阀侧直流电阻，串联助磁将测试时间降低了73％。
[0142]
表5
[0143][0144]
相比传统的非被试绕组开路接线方式，串联助磁通过一次测试获得两部分电阻降低直流电阻测试用时，相比非被试绕组短路接线方式，串联助磁通过加速铁心饱和降低直流电阻测试用时，单相变压器使用串联助磁可以降低30％的测试时间，角形连接的三相变压器组使用串联助磁可以降低73％的测试时间。
[0145]
变压器绕组直流电阻测试过程中铁心处于饱和状态，由于巨大的激磁电感，绕组直流电阻测试过程中电流无法快速切断，通常使用串入熄弧电阻后切断电源的热衰减方式。通过建立电阻熄弧模块，模块参数如表6所示，对直流电阻测试过程中铁芯磁通曲线参见图8。
[0146]
表6
[0147]
参数名称设计值熄弧电阻(ω)2.0开断电流(a)2.0保护电压(kv)0.8热功率上限(kw)1.0电流上限(a)27.4
[0148]
表7
[0149][0150][0151]
非被试相铁心剩余磁通如表7所示。角形连接三相变压器组铁心磁通建立过程与单相变压器基本一致。异名相连变压器使用最短时间达到饱和状态，其次是网侧激磁变压器，再次是同名相连变压器，耗时最长是阀侧激磁变压器。
[0152]
角形连接三相变压器组铁心熄弧结果与单相变压器存在显著差异。对于单台变压器，同名相连变压器熄弧用时最少并且剩磁高达89％，网侧激磁变压器熄弧用时最多并且剩磁也达到60％，阀侧激磁和异名相连均用时120s完成熄弧，铁心剩磁为30％。异名相连是单台变压器直阻测试中最友好的试验接线。
[0153]
对于三相变压器组，同名相连熄弧用时最多并且被试相剩磁接近50％，非被试相剩磁接近60％；阀侧激磁熄弧用时最少，可在2分钟内完成熄弧并且被试相剩磁仅为10％，非被试相剩磁为40％；异名相连的熄弧结果与阀侧激磁基本一致，只是耗时接近5分钟。综合比较，异名相连是三相变压器组直阻测试中最友好的试验接线。
[0154]
三相变压器组直流电阻测试期间激励时间足够长，因此三相铁心均能达到饱和状态，三相变压器熄弧时间是一致的，非被试相熄弧电压是被试相熄弧电压的一半，因此非被试相磁通变化量以及为被试相的一半。参见表8为一相变压器的综合比较结果。
[0155]
表8
[0156][0157]
三相变压器组的退磁：变压器铁心剩磁的去除，需要一个必要条件，即用外界激励使变压器铁心达到饱和状态，并且是最少3次达到饱和状态，第一次饱和是将变压器从初始
剩磁拖入外施低频交流激励，第二、三次是使铁心完成一个交流激励循环。据此可知，三相变压器退磁的关键点是利用对称直流激励，使被试相铁心磁通从峰值降低至零，使非被试相铁心从半饱和降低至零。难点在于建立或者找到被试相饱和，非被试相半饱和的状态。
[0158]
直流电阻测试过程中有着磁通从最大值降低至半值的熄弧环节，退磁过程中有着对铁心激磁至饱和的激磁过程，显然这是一个重复的环节。在直流电阻测试完成后，利用已经饱和的铁心作为确定的初始状态进行退磁，可以显著降低作业耗时。
[0159]
如图9所示，直流电阻和退磁全过程分为0到
⑤
共6个环节，其中0号环节是被试相励磁饱和的环节，
①
号环节是非被试相逐渐饱和的过程，
②
号环节是三相均饱和直流电阻稳定的环节，
③
号环节是被试变压器反向饱和，非被试相磁通从峰值变化至零的过程。
④
号环节较为特殊，这个阶段始于被试相反向饱和，被试相磁通变化量为两倍的饱和磁通，非被试相经历一倍饱和磁通的变化，从饱和状态达到了零磁通，无法满足2:1的磁通前提。通过继续施加激励，被试相维持饱和磁通不变，非被试相增加至半饱和，满足了退磁前提条件。
⑤
号环节是退磁环节，改变激励电压极性，在电流过零时刻切除激励，三相磁通均接近零。
[0160]
第
⑤
过程的起始点是通过第
③
过程时间确定的，第
③
过程起始点是电压极性转换的消磁起始点，第
④
过程的时间与第
③
过程持续的时间是一致的，在第
③
阶段三相变压器均未饱和，磁通变化率为φm/t
x1
,在第
④
阶段仅有非被试相变压器未饱和，磁通变化率是0.5φm/t
x2
(非被试绕组电压是被试绕组的一半)，初始剩磁引起的影响是将电流曲线沿着时间轴平移，并不改变曲线波形，因此
③
、
④
阶段持续时间一致这一特点与初始剩磁无关。根据电流波形的跳变可以确定第
④
阶段的时间。计算结果表明，17分钟可以完成直流电阻测试后铁心的退磁，退磁后铁心剩余磁通低于4％。
[0161]
表9
[0162][0163][0164]
根据表所示的初始磁通与最终磁通的计算结果，变压器退磁后的最终剩磁与初始剩磁无关，并且非被试相和被试相变压器最终剩磁基本一致。这是因为：变压器在交变电压激励下，具有电流过零时刻铁心磁通过零的特征。变压器直流电阻测试可以视为交变电压激励的前四分之一周期，即零值到峰值的时间段。变压器铁心退磁是将这个交变激励补充完整，并使变压器铁心磁通达到过零点的过程。
[0165]
退磁过程类似交流电机的同步拖动，变压器铁心磁通会从原来初始暂态磁通拖动至一个交变的稳态磁通，三相变压器磁通交变是同频甚至同源的。拖动的快慢取决于rl回路的时间常数，同一接线方式下消磁耗时取决于总磁通。选取三相剩磁均为100％的三相变压器组，进行三种接线方式下退磁的计算(阀侧激励、同名连接、异名连接)，参见图10，退磁电流与直流电阻测试电流同为20a，不同接线方式剩磁消除的计算结果如图所示，计算结果
表明
③
、
④
阶段持续时间一致这一特点仅适用于阀侧激磁和异名连接，不适合网侧激磁和同名连接。
[0166]
本发明建立了有载分接开关切换模块，参数如表10所示，对低电流下的切换时序和大电流下的动态电流曲线进行了计算。测试接线分别采用单相串联助磁异名连接，以及三相成组助磁异名连接。
[0167]
表10
[0168]
参数名称设计值过渡电阻(ω)4.0过渡电阻数量(个)2切换过程(个)4第一切换时间(ms)100第二切换时间(ms)100第三切换时间(ms)100第四切换时间(ms)100切换时序测试电流(a)0.5动态电流测试电流(a)20切换时序采样电阻(ω)20动态电流采样电阻(ω)1.0
[0169]
过渡电阻计算结果如图11所示，过渡时序波形上升沿和下降沿清晰显著，过渡电阻分别为4.46ω和2.46ω，绕组直流电阻为0.46ω，过渡电阻计算正确。动态电流转折点时刻与过渡电阻转折时刻一致，动态电流呈现显著的指数衰减特征。
[0170]
参见图12，将动态电流波形进行滤波处理，选取100khz以上分量，获得高频动态电流脉冲波形，波形中共有4个清晰脉冲，脉冲出现时刻与过渡电阻跳变时刻一致。
[0171]
不同过渡电阻下动态电流瞬时值如图13所示，4.0ω额定动态电阻下动态电流最小值为15.11a，5.2ω过渡电阻下动态电流最小值为13.87a，是额定电阻下的91.8％；2.8ω过渡电阻下动态电流最小值为16.42a，是额定电阻下的108.67％。动态电流最小值与过渡电阻呈线性关联，过渡电阻越大电流衰减越大。
[0172]
每个过渡过程持续时间远小于等效回路的时间常数，电流近似线性衰减。引入式所示的动态偏差作为判断过渡电阻状态的特征值。式中i
c1
(t
c1
)为切换时刻t
c1
的动态电流瞬时实测值，式中i
c1
(t
c2
)为切换时刻t
c2
的动态电流瞬时实测值，i
b1
为切换时刻t
c1
的动态电流基准值，i
b2
为切换时刻t
c2
的动态电流基准值，本文选择4ω过渡电阻切换过程中的动态电流作为基准。根据式的推导，动态偏差的分母为回路等效电阻，即过渡电阻、绕组直流电阻和采样电阻三者之和，过渡电阻的降低会引起动态偏差的升高，过渡电阻的增加会导致动态偏差的降低，使用较大的采样电阻可以降低过渡电阻变化引起的动态偏差波动。如图14所示，5.2ω过渡电阻下动态偏差散布达到了10％，2.8ω过渡电阻下动态偏差散布仅为5％。
[0173]
[0174][0175][0176][0177]
本发明通过分析角形连接换流变压器组在助磁接线下测试电流的过渡过程，对比论证单台装置双侧绕组同步测量的可行性，并且分析相同接线下的退磁方法及有载分接开关动作特性测试方法。分析结果表明，使用异名连接的串联助磁接线，可以实现网侧绕组和阀侧绕组直流电阻的同步测量，并且可以在档位切换时通过动态电阻测量的方法完成有载分接开关的测量，最后使用较低电流可以完成铁心退磁。本发明对降低现场作业量，提高测试装置集成化和自动化程度有较高借鉴价值。
[0178]
本发明以某换流站角形连接阀组变压器在年度综合检修期间使用异名连接串联助磁完成了一台变压器的直流电阻测试，一次接线及测试完成了网侧绕组直流电阻、阀侧绕组直流电阻、网阀绕组电阻比的同步测量。
[0179]
其中，图15a为本发明提出的一具体实施例的变压器的直流电阻测试接线图；图15b为本发明提出的一具体实施例的网测绕组和阀侧绕组的常规测试和助磁测试图；图15c为本发明提出的一具体实施例的网阀比的常规测试和助磁测试图；图16为本发明提出的励磁涌流曲线图。
[0180]
试验完成三天后，换流变压器组开展空载合闸操作，期间变压器b相励磁涌流达到3.3ka，导致变压器零序过流保护动作跳闸。跳闸后对各相变压器低电压下的工频空载电流进行测试，其中b相变压器空载电流比a相大70％。表11为空载电流测试结果，表12为跳闸后对对各相变压器低电压下的工频空载电流测试结果。
[0181]
表11
[0182][0183]
表12
[0184][0185]
使用成组串联助磁接线对角接换流变压器进行了剩磁消除，退磁后低电压空载电流测试结果如表所示，三相空载电流不平衡率小于5％。次日变压器组空载合闸操作中保护装置未启动。实际应用表明串联助磁接线满足工程实际需求。
[0186]
参见图17a至图17c，本发明还提供一种换流变压器多绕组直流电阻同步测量装置，全部变压器载流端子一次性接入测量装置，测量装置完成全部绕组的同步测量，装置包括：
[0187]
外壳201，
[0188]
测试控制模块，所述测试控制模块设置于外壳的内部，用于对接入的换流变压器的网侧绕组和阀侧绕组进行直流电阻测试、分接开关动态电流测试和退磁；
[0189]
电源模块，所述电源模块设置于外壳内部，用于为测试控制模块提供工作电源；
[0190]
外壳201的前盖设置显示屏202和电源开关203；外壳201的后盖上设置用于与换流变压器的载流端子连接的电压接线端子204、电流接线端子205和接地端子206；外壳201的侧边设置用于进行扩展的信号总线接口207、用于外部通信的网线接口208、用于连接外部供电电源的供电接口209；所述外壳的侧边还设置散热风扇孔210和电源总开关211；所述电源总开关设置于的供电接口的供电线路上；所述供电接口的内侧连接电源模块；所述电源模块的输出端连接测试控制模块，所述测试控制模块与电压接线端子、电流接线端子、接地端子、网线接口和信号总线接口连接，所述测试控制模块的输出端连接显示屏。
[0191]
本发明实施例中，换流变压器多绕组直流电阻同步测量装置可通过信号总线接口进行扩展，在装置的两侧分别设置信号总线接口，方便仪器、模块之间的扩展，当设计为单相变压器时，可扩展为三相变压器组，电源模块为20a直流电源，通过供电接口与外部供电电源连接并转换为20a直流电源，为测试控制模块连接供电。本发明提供的装置内部可进行直流电阻测试、分接开关动态电流、退磁的依次同步测量，便于扩展，测试方便。
[0192]
以上对本发明进行了详细介绍，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。