准确反映绝缘的老化状况。变压器介电响应回复电压的测量系统及方法

摘要

一种变压器(14)介电响应回复电压的测量系统：一高压直流电源(10)，正极经第一继电器直流电源的负极接地，变压器两端还并联有第二继电器(12)支路、以及串联的第三继电器和测量电路(8)支路；测量电路为依次串联的导通频率可控开关(2)、取样电阻(3)和高值电阻(4)，导通频率可控开关另有外接开关通断控制器(1)控制导通频率可控开关的导通频率，取样电阻两端输出至信号处理模块(9)，信号处理模块含依次连接的电压采集模块(5)、比例放大模块(6)和电脑(7)。本发明的测量系统和方法，能避免测量过程中束缚电荷泄漏的问题，测得有效的回复电压，(11)输出至变压器一端，变压器的另一端和高压

权利要求

1.一种变压器（14）介电响应回复电压的测量系统，其特征是包括：一高压直流电源（10），正极经第一继电器（11）输出至所述变压器一端，所述变压器的另一端和高压直流电源的负极接地，所述变压器两端还并联有第二继电器（12）支路、以及串联的第三继电器（13）和测量电路（8）支路；所述的测量电路（8）为依次串联的导通频率可控开关（2）、取样电阻（3）和高值电阻（4），导通频率可控开关（2）另有外接开关通断控制器（1）控制导通频率可控开关（2）的导通频率，取样电阻（3）两端输出至一信号处理模块（9），信号处理模块（9）包括依次连接的电压采集模块（5）、比例放大模块（6）和电脑（7）。

2.根据权利要求1所述的变压器（14）介电响应回复电压的测量系统，其特征是：所述的开关通断控制器1控制导通频率可控开关（2）的导通频率为1Hz，占空比为1%。

3.一种采用如权利要求1或2所述的系统进行变压器介电响应回复电压的测量方法，其特征是包括以下步骤：第一步：利用高压直流电源（10）对变压器（14）高低压绕组进行充电，设充电时间为t1；

第二步：充电完成后将充电回路断开，将变压器（14）高低绕组短接进行放电，放电时间为t2；

第三步：放电完成后将放电回路断开，利用测量电路（8）对产生的回复电压进行采点测量，然后利用所有采样点电压值拟合回复电压曲线。

说明书

变压器介电响应回复电压的测量系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种变压器介电响应回复电压的测量系统。本发明还涉及采用所述系统进行变压器介电响应回复电压的测量方法。

背景技术

[0002] 电力变压器是电力输送和分配的核心，是电网至关重要的组成部分，一旦其在运行中出现故障，会造成大规模的停电事故，带来重大经济损失。因此，必须确保变压器的安全可靠运行。变压器的安全运行很大程度上取决于其绝缘状态，对变压器油纸绝缘状态做出准确评估就可以对变压器的使用寿命做出预测，并及时更换老化严重的变压器，确保电网中变压器的正常运行。回复电压法是近年来国内外常用的一种对绝缘无损害、有效的检测方法，其原理是当对变压器加直流高压时，变压器绕组间的油纸绝缘出现极化，内部偶极子定向排列，表面出现束缚电荷，两极出现自由电荷；撤去外施电压并短接变压器高低压绕组后，油纸绝缘内部出现去极化过程，极化电荷由定向排列逐步变为无序状态，电极上的自由电荷和绝缘表面的束缚电荷部分释放；去掉两极间的短接线后，尚未完全释放的自由电荷和仍有一定定向排列的束缚电荷会在变压器两端形成电势差，称为回复电压。该方法是利用变压器油纸绝缘系统在直流高压下的极化特性，获得回复电压曲线及其相关参数(包括中心时间常数、最大值和初始斜率)，不同老化程度的变压器测得的回复电压曲线具有不同的参数，研究这些参数与含水量和老化程度等的关系，从而可对变压器绝缘的状况进行判断。一般的电压测试方法(如用万用表测量)，测量电路内阻阻值较小，会使油纸绝缘系统极化产生的束缚电荷经测量回路很快泄露，很难有效测得回复电压值，不能准确反映绝缘的老化状况，因此急需一种有效的回复电压测量方法。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种变压器介电响应回复电压的测量系统。

[0004] 本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种采用上述系统进行变压器介电响应回复电压的测量方法。

[0005] 采用本发明的测量系统和方法，能够避免测量过程中束缚电荷经测量回路泄漏的问题，测得有效的回复电压，准确反映绝缘的老化状况。

[0006] 解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

[0007] 一种变压器14介电响应回复电压的测量系统，其特征是：一高压直流电源10，正极经第一继电器11输出至所述变压器一端，所述变压器的另一端和高压直流电源的负极接地，所述变压器两端还并联有第二继电器12支路、以及串联的第三继电器和测量电路8支路；所述的测量电路8为依次串联的导通频率可控开关2、取样电阻3和高值电阻4，导通频率可控开关2另有外接开关通断控制器1控制导通频率可控开关2的导通频率，取样电阻3两端输出至一信号处理模块9，信号处理模块9包括依次连接的电压采集模块5、比例放大模块6和电脑7。

[0008] 所述的通过开关通断控制器1控制导通频率可控开关2的导通频率为1Hz，占空比为1％。

[0009] 测量电路8与被测变压器14导通时，对回复电压在取样电阻3上的分压信号进行测量，经信号处理模块9后可得回复电压值。

[0010] 解决上述第二个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

[0011] 一种采用上述系统进行变压器介电响应回复电压的测量方法，其特征是包括以下步骤：

[0012] 第一步：利用高压直流电源10对变压器14高低压绕组进行充电，设充电时间为t1；

[0013] 第二步：充电完成后将充电回路断开，将变压器14高低绕组短接进行放电，放电时间为t2；

[0014] 第三步：放电完成后将放电回路断开，利用测量电路8对产生的回复电压进行采点测量，然后利用所有采样点电压值拟合回复电压曲线。

[0015] 本发明与现有技术相比具有显著的优点和良好的效果，在于本发明在测量电路8中通过开关通断控制器1控制导通频率可控的开关2的导通频率和闭合时间为合适的值，能够避免测量过程中测量电路8与变压器14一直导通使变压器14充电过程中产生的束缚电荷经测量电路8泄漏的问题；测量电路8中串入高值电阻4，可在测量电路8与被测变压器14导通时减缓束缚电荷的泄露，进一步提高回复电压测量的有效性；取样电阻3起到分压的作用，避免回复电压过高时损坏信号处理模块9的器件。

[0016] 本发明能够有效测量变压器介电响应回复电压，准确的得到变压器介电响应回复电压曲线，为变压器绝缘状态的评估提供可靠的依据。

附图说明

[0017] 图1回复电压测量电路示意图；

[0018] 图2回复电压测试系统示意图；

[0019] 图3变压器油纸绝缘的简单等效电路模型；

[0020] 图4回复电压无电荷泄漏情况下仿真图；

[0021] 图5回复电压有泄漏电荷情况下仿真图；

[0022] 图6应用本发明进行回复电压测量结果图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0024] 图2所示为回复电压测试系统示意图，图1为回复电压测量电路示意图。

[0025] 本发明的变压器14介电响应回复电压的测量系统实施例，包括一高压直流电源10，正极经第一继电器11输出至所述被测变压器一端，被测变压器的另一端和高压直流电源的负极接地，被测变压器两端还并联有第二继电器12支路、以及串联的第三继电器和测量电路8支路；测量电路8为依次串联的导通频率可控开关2、取样电阻3和高值电阻4，导通频率可控开关2另有外接开关通断控制器1控制导通频率可控开关2的导通频率，取样电阻3两端输出至一信号处理模块9，信号处理模块9包括依次连接的电压采集模块5、比例放大模块6和电脑7。

[0026] 其中，通过开关通断控制器1控制导通频率可控开关2的导通频率为1Hz，占空比为1％。

[0027] 采用上述系统进行变压器介电响应回复电压的测量方法，其特征是包括以下步骤：

[0028] 第一步：利用高压直流电源10对变压器14高低压绕组进行充电，设充电时间为t1；

[0029] 第二步：充电完成后将充电回路断开，将变压器14高低绕组短接进行放电，放电时间为t2；

[0030] 第三步：放电完成后将放电回路断开，利用测量电路8对产生的回复电压进行采点测量，然后利用所有采样点电压值拟合回复电压曲线。

[0031] 具体的回复电压测试流程包括以下步骤：

[0032] 第一步，闭合第一继电器开关11，断开第二继电器开关11和第三继电器开关11，利用高压直流电源对变压器进行充电t1；

[0033] 第二步，闭合第二继电器开关11，断开第一继电器开关11和第三继电器开关11，将变压器高低压绕组短接，对变压器进行放电t2；

[0034] 第三步，闭合第三继电器开关11，断开第一继电器开关11和第二继电器开关11，利用测量电路8对回复电压进行测量，利用所有采样点电压值拟合回复电压曲线。

[0035] 具体实施案例：

[0036] 应用Matlab仿真平台对本发明进行仿真分析。图3所示为变压器油纸绝缘的简单等效电路模型，模型参数如表1所示，分别进行回复电压无电荷泄漏情况下测量仿真、回复电压有泄漏电荷情况下测量仿真和应用本发明进行回复电压测量仿真。

[0037] 表1变压器油纸绝缘的等效电路模型参数

[0038]

[0039] 图4所示为回复电压无电荷泄漏情况下测量仿真图，充电电压为500V，充电时间为1000s，放电时间为500s，通过图4可以得知回复电压无电荷泄漏情况下曲线的最大值为
51.46V，初始斜率为4.86V/s，中心时间常数为49s。

[0040] 图5所示为回复电压有泄漏电荷情况下测量仿真图，充电电压为500V，充电时间为1000s，放电时间为500s，通过图5可以得知回复电压有泄漏电荷情况下曲线的最大值为
22.01V，初始斜率为5.93V/s，中心时间常数为29s。对比图4与图5以及分析所得的各回复电压曲线参数(中心时间常数、回复电压最大值与初始斜率)，可知有泄漏电荷的情况下测量得到的回复电压曲线与无电荷泄漏情况下测量结果有很大的偏差，不能够有效得到实际回复电压值。

[0041] 图6所示为应用本发明进行回复电压测量结果图。仿真中选用IGBT作为可控开关，用触发方波控制其频率及闭合时间。应用本发明进行回复电压测量，充电电压为500V，充电时间为1000s，放电时间为500s。通过仿真可知，触发频率越高，即样点值越多，回复电压曲线拟合效果越好；闭合时间越短，回复电压曲线越接近真实曲线。但考虑到实际工程中开关频率过高不利于对电荷泄露的抑制，开关闭合时间太短不利于电压的采集，因此开关频率和闭合时间都不宜取得过低，综合两方面因素并结合仿真测试，本发明将开关频率取为1Hz，占空比取为1％。仿真可得各样点的回复电压值，对所有回复电压样点值进行多项式拟合，选用傅里叶级数作为曲线拟合类型，拟合函数为7项的傅里叶级数：

[0042] y＝a0+a1cos(xw)+b1sin(xw)+…a7cos(7xw)+b7sin(7xw)

[0043] 拟合结果如下：

[0044] 表2拟合函数各项系数值

[0045]a1 4.02×1011 b1 2.084×1011 a2 -1.758×1011 b2 -2.491×1011

[0046]a3 2.105×1010 b3 1.535×1011 a4 1.934×1010 b4 -5.434×1010
a5 -1.086×1010 b5 1.013×1010 a6 2.283×109 b6 -6.384×108
a7 -1.731×108 b7 -3.608×107        

[0047] RMSE:0.05379

[0048] 拟合均方根误差仅为0.05379，可见拟合的效果非常好。通过图6可以得知应用本发明进行回复电压测量时回复电压曲线最大值为51.43V，初始斜率为4.87V/s，中心时间常数为49s，对比图4与图6以及分析所得各回复电压曲线参数，可知应用本发明进行回复电压测量能够有效的测得回复电压值。