一種變壓器有載分接開關檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種變壓器有載分接開關檢測裝置及檢測方法，當電源控制開關導通時，倍頻電壓發生器在中央控制與數據處理器控制下輸出試驗電壓，依次經過二次濾波電路、輸出控制開關后施加到被測有載分接開關兩端，當被測有載分接開關動作時，電壓電流傳感器工作，采集數據通過中央控制與數據處理器處理后傳送到計算機上顯示。本發明基于倍頻正弦波檢測以及利用波形解析與擬合方法，對測量波形解析計算，實現有載分接開關動作時其純接觸電阻及開關動作特性有效檢測，消除被測系統中的電感、電容影響測量誤差的因素；利用倍頻檢測時每個頻數據進行比較，對裝置等影響測量因素進行修正措施，提高測量的準確性、精度及測量結果的唯一性。
【專利說明】一種變壓器有載分接開關檢測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及變壓器附屬設備的檢測領域，具體涉及一種變壓器有載分接開關檢測裝置及檢測方法，適用于帶有載分接開關變壓器的分接開關特性檢測試驗。
【背景技術】
[0002]目前，大型變壓器事故率頻發，分析原因有30%的故障是變壓器有載分接開關動作異常所致，變壓器有載分接開關是變壓器中唯一在高電壓大電流下快速運動的部件，其自身故障率相對較高，如其質量問題、裝配工藝以及運行維護不到位等原因導致分接開關觸頭接觸電阻增大在變壓器運行時會過熱、燒損，分接開關切換過程異常直接威脅變壓器和電網的安全運行，為此在預防性試驗中對變壓器有載分接開關動作特性提出了檢測要求，以往電力行業主要采用直流方法進行變壓器有載分接開關動作特性現場試驗，國內涉及變壓器有載分接開關測試儀器的專利大多是基于直流方式如“電力變壓器有載分接開關綜合測試儀”專利號96218971、“變壓器有載分接開關測試儀”專利號201010584656.4等均是基于直流方法進行試驗的儀器專利，由于直流試驗方法受油膜影響、當有載分接開關切換過程中變壓器繞組呈感性產生反向電勢引起輸入電流振蕩，測試結果的可信度較差、測試波形常出現無層次、斷續和跳躍問題，自電力行業“DL/T265 - 2012變壓器有載分接開關現場試驗導則”頒布以來，出現了交流檢測方法，對于交流方法檢測的專利如“變壓器有載分接開關動作特性交流測試裝置”專利號200910066429.X和專利號200820030319.9，交流測試雖然解決了直流方法測試存在問題，但是現場變壓器有載分接開關動作特性檢測是變壓器繞組與有載分接開關無法分開，檢測時繞組電感和套管端部電容變化，影響檢測精度，測試波形仍有一定偏差。
【發明內容】
[0003]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提出一種變壓器有載分接開關檢測裝置及檢測方法，基于倍頻方法消除了電感、電容效應問題對測量結果的影響，提高測量的精度及測量結果的唯一性，為正確檢測評估設備狀態提供真實有效的依據。
[0004]技術方案:為解決上述技術問題，本發明提供一種變壓器有載分接開關檢測裝置，包括輸入電源、輸入電源控制開關、中央控制與數據處理器、隔離驅動模塊和倍頻電壓發生器，當輸入電源控制開關導通時，中央控制與數據處理器控制隔離驅動模塊驅動倍頻電壓發生器輸出預先設定頻率為的試驗電壓，試驗電壓經過二次濾波電路、輸出控制開關通過變壓器套管和變壓器繞組施加到被測有載分接開關兩端，電壓、電流傳感器與有載分接開關連接，當被測有載分接開關動作時，電壓、電流傳感器采集有載分接開關電流、電壓，通過中央控制與數據處理器處理后傳送到計算機上顯示。
[0005]作為優選，所述輸入電源為單向220V交流電壓。
[0006]作為優選，所述試驗電壓為正弦波三相倍頻電壓。
[0007]作為優選，所述倍頻電壓發生器包括輸入濾波模塊、整流模塊和三組單相逆變模塊，輸入電源經過輸入濾波模塊濾波和整流模塊整流后，進入三組單相逆變模塊提供檢測電壓，檢測電壓通過輸出濾波模塊濾波后傳送到輸出升壓變壓器，輸出升壓變壓器輸出頻率為fi的三相高電壓，三相倍頻輸出電壓頻率切換與控制是中央控制與數據處理器通過控制隔離驅動模塊驅動三組單相逆變模塊進行的，三組單相逆變模塊包括A相全橋逆變模塊、B相全橋逆變模塊、C相全橋逆變模塊。
[0008]本發明還公開了一種變壓器有載分接開關檢測裝置的檢測方法，基于倍頻正弦波檢測以及利用波形解析與擬合方法，對倍頻下被檢測試品的電抗具有X2=2X1;電阻R的值不隨頻率變化的特點，利用以下公式(a)對測量波形解析計算，實現有載分接開關動作時其純接觸電阻及開關動作特性有效檢測
[0009]H1- Z 2=2 X (R+jXi) - (R+jX2) =2 X (R+jX^ - (R+j^X^ =R (a)
[0010]其中，Z1和X1分別為頻率為時對應的阻抗和電抗，Z2和X2分別為頻率為f2時對應的阻抗和電抗，f2=2f!洱為電阻。
[0011]該檢測方法基于本發明公開的檢測裝置，包括以下步驟:
[0012]I)通過中央控制與數據處理器控制隔離驅動模塊驅動倍頻電壓發生器輸出預先設定頻率為的正弦波電壓，利用電壓電流傳感器采集有載分接開關電流、電壓，得到阻抗Z1; [0013]2)通過中央控制與數據處理器控制隔離驅動模塊驅動倍頻電壓發生器輸出預先設定頻率為f2的正弦波電壓，f2為的倍數關系為f2=2f\，利用電壓電流傳感器采集有載分接開關電流、電壓，得到阻抗Z2 ；
[0014]3)檢測阻抗Z=R+jX，X為被檢測系統的電抗值，Χ=ω?=2 fL, ω是角頻率，單位為rad/s，f是頻率，單位為Hz，L是檢測系統的電感值，為一定值，單位為H ;R為被檢測系統的電阻(主要為有載分接開關接觸電阻)，單位為Ω，倍頻檢測時當輸入檢測電壓頻率不同，X電抗也不同，倍頻下檢測結果:電抗對應關系為X2=ZX1，但R的電阻值不隨頻率改變而變化。通過下面公式對測量波形解析計算，可以獲取有載分接開關動作時其純接觸電阻值變化特性:
[0015]H1- Z 2=2 X (R+jXi) - (R+jX2) =2 X (R+jX^ - (R+j^X^ =R (a)
[0016]中央控制與數據處理器根據式(a)通過獲取波形按照不同時刻波形解析計算，然后數據擬合得到有載分接開關動作時其純電阻值變化波形，根據電阻R變化具有較直觀地判斷有載分接開關動作特性及本體是否存在問題。
[0017]在本發明中，計算機通過顯示器接口和上位機接口與中央控制與數據處理器連接。
[0018]在本發明中，采用AC-DC-AC的雙逆變方式，將交流220V電源經輸入濾波模塊、整流、三組單相逆變模塊組合以及輸出濾波、升壓變壓器提升電壓，來實現檢測所需的頻率恒定、電壓穩定的純正弦波三相倍頻測量電壓，結構簡單，為變壓器有載分接開關動作特性準確檢測提供保障。
[0019]在本發明中，利用倍頻檢測時的每個頻率數據進行比較，對檢測的正確性進行核查與校驗，對測量裝置影響測量因素(如溫度漂移、外界干擾信號等)進行修正，減小了測量儀器自身影響測量誤差因素，提高了測量的準確性和精度。
[0020]有益效果:本發明的一種變壓器有載分接開關檢測裝置及檢測方法，與現有技術相比，具有以下優點:
[0021]1、采用倍頻正弦波檢測以及利用波形解析與擬合方法，對有載分接開關動作時其電阻值變化特性進行檢測，克服了被測量系統電感、分布電容效應問題，提高了變壓器有載分接開關測量精度；
[0022]2、通過AC-DC-AC的雙逆變電源來完成倍頻電壓發生器，測量裝置結構簡單，純正弦波檢測電源輸出頻率恒定、高穩定度的變頻源，保證了測試結果的唯一有效性，提高了變壓器有載分接開關動作特性檢測裝置的準確程度；
[0023]3、變壓器有載分接開關動作特性檢測裝置利用倍頻檢測時每個頻率數據進行比較，對裝置影響測量因素進行修正，減小了測量儀器自身影響測量誤差因素。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明總的基本原理圖；
[0025]圖2為本發明中倍頻電壓發生器原理圖；
[0026]圖3為本發明中隔離驅動模塊電路圖；
[0027]圖4為本發明中倍頻電源控制電路圖；
[0028]圖5為本發明中測量數據分析流程圖；
[0029]圖6為本發明中測量主程序流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0031]如圖1和圖2所示，本發明的一種變壓器有載分接開關檢測裝置，包括輸入電源、輸入電源控制開關1、中央控制與數據處理器6、倍頻電壓發生器2和隔離驅動模塊5。對被試變壓器有載分接開關進行測量時，本發明裝置接入交流220V單相電源，通過輸入電源控制開關I給裝置供電，裝置啟動后經過自檢和裝置初始參數設定包括所要輸出電壓的頻率等參數，觸發中央控制與數據處理器6控制隔離驅動模塊5驅動倍頻電壓發生器2工作，中央控制與數據處理器6控制隔離驅動模塊5驅動倍頻電壓發生器2輸出預先設定頻率為
的試驗電壓，試驗電壓依次經過二次濾波電路3、輸出控制開關4，通過變壓器套管和變壓器繞組施加到被測有載分接開關10兩端，有載分接開關10兩端與電壓電流傳感器7連接，當被測有載分接開關10動作時，電壓電流傳感器7采集有載分接開關10電流、電壓和角度，然后傳送給中央控制與數據處理器6進行檢測數據處理、分析、儲存以及上傳檢測數據文件到計算機進行檢測波形解析等工作。計算機通過顯示器接口 8和上位機接口 9與中央控制與數據處理器6連接。
[0032]在本發明中，輸入電源為單向220V交流電壓，試驗電壓為正弦波三相倍頻電壓。圖2是倍頻電壓發生器的原理圖，倍頻電壓發生器是通過AC-DC-AC的雙逆變電源來實現的，由于變壓器有載分接開關動作特性檢測要求檢測電源輸出頻率恒定，電壓穩定，純正三相正弦波電壓，因此倍頻電壓發生器2核心部件采用了輸入濾波模塊、整流模塊和三組單相逆變模塊，當輸入電源(交流工作電源)經過輸入濾波模塊濾波和整流模塊整流后，經過三組單相逆變模塊形成了三相交流正弦波電壓，該電壓通過輸出濾波模塊濾波經過輸出升壓變壓器升壓，即可輸出頻率為的三相交流正弦波檢測電壓，三相正弦波檢測電壓的頻率是通過控制是中央控制與數據處理器6通過控制隔離驅動模塊5驅動三組單相逆變模塊進行控制的。
[0033]本發明在使用時，首先通過中央控制與數據處理器6控制隔離驅動模塊5驅動倍頻電壓發生器2輸出預先設定頻率為的正弦波電壓，利用電壓電流傳感器7采集有載分接開關10電流、電壓，得到一阻抗為Z1 ;通過中央控制與數據處理器6控制隔離驅動模塊5驅動倍頻電壓發生器2輸出預先設定頻率為f2的正弦波電壓，f2為的倍數關系，利用電壓電流傳感器7采集有載分接開關10電流、電壓，得到一阻抗為Z2 ;由于所施加的正弦波交流信號頻率為倍數關系(即f2=2f\)，檢測阻抗Z=R+jX，X為被檢測系統的電抗值，X=?L=2 Ji fL, R為被檢測系統的電阻值(主要為有載分接開關10接觸電阻)，倍頻檢測時當輸入檢測電壓頻率不同，X電抗也不同，倍頻下的電抗檢測結果具有:X2=2X1; R的電阻值不隨頻率改變而變化的特點，利用下面公式對測量波形解析計算，可獲取有載分接開關10動作時其純接觸電阻值變化特性:
[0034]H1- Z 2=2 X (R+jXi) - (R+jX2) =2 X (R+jX^ - (R+j^X^ =R (a)
[0035]中央控制與數據處理器6根據式(a)通過獲取波形按照不同時刻波形解析計算，然后數據擬合得到有載分接開關10動作時其純電阻值變化波形。
[0036]如圖3所示的電路，是實現隔離模塊的典型實例電路，采用光耦芯片TLP250及MOS管及電阻等器件實現的變頻電源隔離驅動模塊5。
[0037]如圖4所示的電路，是實現三相倍頻輸出電壓控制模塊的典型實例電路，包括SG3525、中央控制處理器、DAC0832、ADC0809以及外圍電壓、電流傳感器、顯示器、鍵盤，中央控制處理器利用ADC0809檢測三相倍頻輸出電壓、電流大小，通過運算然后利用DAC0832調節Ub、Uv來改變三極管集電極上電流，達到控制SG3525輸出PWM脈沖頻率和脈寬，驅動隔離驅動模塊5，對三相倍頻輸出電壓頻率和幅值進行控制。
[0038]本發明在使用時，可以配合`調用一個主控程序和一個檢測數據分析程序，所述主控程序寫在中央控制與數據處理器6的存儲器中，所述檢測數據分析程序是在本裝置以外的上位機上進行的。
[0039]如圖5所示，本發明對檢測數據進行專業分析的流程，啟動檢測數據專業分析程序，通過調取測量數據文件，對每一個頻率下數據比較分析，比較分析修正影響裝置的因素，對倍頻檢測數據波形進行存儲與顯示。
[0040]啟動檢測數據專業分析程序對被檢測系統進行倍頻檢測數據分析，①利用倍頻檢測時每個頻數據進行比較，對變壓器有載分接開關10動作特性檢測裝置自身影響測量因素進行修正，提高測量準確性；②根據輸入倍頻電壓檢測阻抗具有的特點，按照下面計算方法對測量數據進行解析計算:
[0041 ] H1- Z 2=2 X (IHjX1) - (R+jX2) =2 X (IHjX1) - (R+j2X!) =R
[0042]可以獲取有載分接開關10動作時其純接觸電阻值，在被品上獲取波形根據上述運算對不同時刻波形解析，通過計算數據擬合實現有載分接開關10動作時其真實純接觸電阻值變化波形和開關動作特性，實現有載分接開關10有效檢測。
[0043]如圖6所示，為本發明主控程序，主程序提供了裝置啟動、裝置自檢測、檢測參數初始設定、輸出電壓控制與檢測數據存儲、顯示測量波形等功能，檢測前的裝置自檢、初始參數設定以及實時顯示、數據存儲，簡化了檢測流程，提高了檢測效率和精度。[0044]啟動主程序時，首先測量儀器進行自檢，設定初始測量參數，如果沒有觸發，則進入初始測量參數設定狀態并且等待；如果觸發則啟動裝置倍頻電源，輸出頻率三相檢測電壓，在顯示器上顯示頻率電壓波形，測量結束對測量數據存儲；f\頻率測量后，進入測量判斷狀態，如果不繼續測量，則結束；如果繼續測量，那么啟動倍頻電源輸出&頻率電壓進行檢測，顯示f2頻率三相檢測電壓波形，測量結束對測量數據存儲。
[0045]從上述過程可以看出:本發明的裝置和方法可以消除電感、電容效應問題對測量結果的影響，提高測量的精度及測量結果的唯一性，為正確檢測評估設備狀態提供真實有效的依據；其次利用倍頻檢測時每個頻數據進行比較，對裝置等影響測量因素進行修正，可以減小測量儀器自身的測量誤差，提高檢測精度及抗干擾能力。
[0046]以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種變壓器有載分接開關檢測裝置，其特征在于:包括輸入電源、輸入電源控制開關(I)、中央控制與數據處理器(6)、倍頻電壓發生器(2)和隔離驅動模塊(5)，當輸入電源控制開關(I)導通時，倍頻電壓發生器(2)上電，中央控制與數據處理器(6)控制隔離驅動模塊(5)驅動倍頻電壓發生器(2)輸出預先設定頻率為的試驗電壓，試驗電壓依次經過二次濾波電路(3)、輸出控制開關(4)，經過濾波的試驗電壓通過變壓器套管和變壓器繞組施加到被測有載分接開關(10)兩端；有載分接開關(10)與電壓電流傳感器(7)連接，當被測有載分接開關(10)動作時，電壓電流傳感器(7)采集有載分接開關(10)電流、電壓，然后通過中央控制與數據處理器(6)處理后傳送到計算機上顯示。
2.根據權利要求1所述的變壓器有載分接開關檢測裝置，其特征在于:所述試驗電壓為正弦波三相倍頻電壓。
3.根據權利要求2所述的變壓器有載分接開關檢測裝置，其特征在于:所述倍頻電壓發生器(2 )包括輸入濾波模塊、整流模塊和三組單相逆變模塊，輸入電源經過輸入濾波模塊濾波和整流模塊整流后，進入三組單相逆變模塊提供檢測電壓，檢測電壓通過輸出濾波模塊濾波后進入輸出升壓變壓器，輸出升壓變壓器輸出頻率為的三相倍頻輸出電壓，三相倍頻輸出電壓頻率切換與控制是中央控制與數據處理器(6)通過控制隔離驅動模塊(5)驅動三組單相逆變模塊進行的。
4.一種基于權利要求1至3任一項所述的變壓器有載分接開關檢測裝置的檢測方法，其特征在于:基于倍頻正弦波檢測以及利用波形解析與擬合方法，對倍頻下被檢測試品的電抗具有X2=2X1;電阻R的值不隨頻率變化的特點，利用以下公式(a)對測量波形解析計算，實現有載分接開關動作時其純接觸 電阻及開關動作特性有效檢測
2Z「Z2=2X (R+J-X1)-(R+jX2) =2X (R+J-X1)-(R+J^X1) =R (a) 其中，Z1和X1分別為頻率為時對應的阻抗和電抗，Z2和X2分別為頻率為f2時對應的阻抗和電抗，f2=2f\洱為電阻。
5.根據權利要求4所述的檢測方法，其特征在于包括以下步驟: 1)通過中央控制與數據處理器(6)控制隔離驅動模塊(5)驅動倍頻電壓發生器(2)輸出預先設定頻率為的正弦波電壓，利用電壓電流傳感器(7)采集有載分接開關(10)電流、電壓和角度，得到阻抗Z1; 2)通過中央控制與數據處理器(6)控制隔離驅動模塊(5)驅動倍頻電壓發生器(2)輸出預先設定頻率為f2的正弦波電壓，f2為的倍數關系，利用電壓電流傳感器(7)采集有載分接開關(10)電流、電壓和角度，得到阻抗Z2 ； 3)中央控制與數據處理器(6)獲取不同時刻阻抗Z1和阻抗Z2波形并解析計算，然后數據擬合得到有載分接開關(10)動作時其純電阻R的變化波形，根據電阻R變化波形判斷有載分接開關(10)可靠性。
【文檔編號】G01R31/327GK103777139SQ201410053530
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月18日 優先權日:2014年2月18日
【發明者】劉桂梅, 陳恬, 李卓凡 申請人:南京卓實電氣有限責任公司