一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验系统及方法

摘要

本发明公开了一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验系统及方法，属于变压器试验技术系统。本发明的试验系统主要包括：调压器、卷铁心变压器、径向压力施加装置以及数字示波器；试验方法为基于试验系统的磁通测量及分析。本发明与已有模拟技术相比，技术效果为：基于本发明试验系统及方法，能够有效地研究不同方向及大小的径向压力对铁心主磁通的影响以及发展机理机制等，从而为实际工程中优化设计卷铁心结构提供参考。

权利要求

1.一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验系统，用于研究不同方向及大小的径向压力对铁心主磁通的影响；其特征在于，包括调压器(1)、卷铁心变压器(2)、数字示波器(7)以及径向压力施加装置(8)；

所述卷铁心变压器(2)具有变压器卷铁心(3)；高压线圈(4)置于变压器卷铁心(3)的左侧心柱上，与调压器(1)相连接；低压线圈(5)置于变压器卷铁心(3)的右侧心柱上，试验时处于空载状态；测量线圈(6)置于卷铁心(3)的下铁轭处，与数字示波器(7)相连接；径向压力施加装置(8)固定于卷铁心试验平台的变压器卷铁心(3)内，使其四个支撑件(10)与变压器卷铁心(3)内窗四角相贴合；

所述的径向压力施加装置(8)具有操作板(9)，操作板上设置有四个滑道(15)，四根端头带齿条的施力杆(11)置于滑道(15)内，固定在操作板(9)上的齿轮(16)通过滑道(15)上的侧孔与施力杆(11)上的齿条(20)相啮合；各施力杆(11)的顶端设置有末端为弧形结构的支撑件(10)，其上置有贴片式压力传感器(14)；操作板(9)正面置有用于与齿轮(16)相连的旋转手柄(13)和读出压力传感器(14)数值的压力显示屏(12)；操作板(9)置有MCU单元(17)。

2.一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验方法，采用权利要求1所述的试验系统测试卷铁心径向压力与磁通关联性，包含以下具体步骤：第一步：将实验装置接线连接好；

第二步：调节调压器(1)至卷铁心(3)高压侧额定电压，使变压器卷铁心(3)激励磁通处于额定状态；

第三步：利用数字示波器(7)记录测量线圈(6)的电压波形，并将实时数据导出；

第四步：手动旋转径向压力施加装置(8)的左上旋转手柄(13)，使左上侧施力杆(11)伸出，同时于压力显示屏(12)观察压力变化，当压力达到试验值时，停止旋转；

第五步：利用数字示波器(7)记录此时测量线圈(6)的电压波形，并将实时数据导出；

第六步：重复第四、五步，完成左侧施力杆(11)不同径向压力下的局部磁通测量试验；

第七步：利用以上方法，完成单根施力杆不同方向不同压力的磁通测量以及多根组合不同方向不同压力的磁通测量试验；

第八步：利用法拉第电磁感应定律、数字示波器(7)上显示的的电压波形以及测量线圈(6)处铁心柱的有效截面积计算出测量线圈电压值与铁心柱中有效磁通的对应关系；将实时电压实验数据处理得到主磁通波形，统计主磁通及局部磁通数据并进行谐波分析。

说明书

一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于变压器故障试验模拟技术领域，具体涉及一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验系统及方法。

背景技术

[0002] 变压器在安装、运输以及运行中，铁心会受到各种各样的机械力，不合理的机械压力会使铁心内部磁通造成变化，影响变压器的正常运行，铁心中的高次磁通谐波甚至会对电力系统的电能质量产生影响。

[0003] 目前对压力对变压器铁心内磁通影响的研究，主要局限于对夹件等对铁心夹紧压力的模拟与分析。但是针对卷铁心结构变压器，由于其铁心是有硅钢带卷绕而成，硅钢带的机械应力以及卷绕式的卷绕力等都会对卷铁心的径向压力造成变化，不合适的径向压力同样会造成主磁通的变化以及谐波的增加。但目前的研究方法和试验平台不能有效地研究径向压力对损耗变化的影响。

[0004] 但目前研究压力与磁通的试验系统和方法大多局限于对叠铁心的模拟与试验，据发明人所知，目前尚没有一种卷铁心试验系统及方法。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术存在的不足，提出一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验系统及方法。目的在于：1)对卷铁心所受各个方向不同大小径向压力进行有效地模拟；2)基于所提出的试验系统研究卷铁心所受径向压力与铁心主磁通的关联性。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术解决方案为：一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验系统及方法，用于研究不同方向及大小的径向压力对铁心主磁通的影响。包括调压器1、卷铁心变压器2、数字示波器7以及径向压力施加装置8；

[0007] 所述卷铁心变压器2具有变压器卷铁心3；高压线圈4置于变压器卷铁心3的左侧心柱上，与调压器1相连接；低压线圈5置于变压器卷铁心3的右侧心柱上，试验时处于空载状态；测量线圈6置于卷铁心3的下铁轭处，与数字示波器7相连接；径向压力施加装置8固定于卷铁心试验平台的变压器卷铁心3内，使其四个支撑件10与变压器卷铁心3内窗四角相贴合；

[0008] 所述的径向压力施加装置8具有操作板9、操作板上设置有四个滑道15，四根端头带齿条的施力杆11置于滑道15，固定在操作板9上的齿轮通过滑道15上的侧孔与施力杆11上的齿条20相啮合；各施力杆11的顶端设置有末端为弧形结构的支撑件10，其上置有贴片式压力传感器14；操作板9正面置有用于与齿轮16相连的旋转手柄13和读出压力传感器14数值的压力显示屏12；操作板9置有MCU单元17。

[0009] 本发明的目的还在于提供采用上述系统的试验方法，具体措施为：

[0010] 一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验方法，采用权利要求1所述的试验系统测试卷铁心径向压力与磁通关联性，包含以下具体步骤：

[0011] 第一步：将实验装置接线连接好；

[0012] 第二步：调节调压器1至卷铁心3高压侧额定电压，使变压器卷铁心3激励磁通处于额定状态。

[0013] 第三步：利用数字示波器7记录测量线圈6的电压波形，并将实时数据导出。

[0014] 第四步：手动旋转径向压力施加装置8的左上旋转手柄13，使左上侧施力杆11伸出，同时于压力显示屏12观察压力变化，当压力达到试验值时，停止旋转；

[0015] 第五步：利用数字示波器7记录此时测量线圈6的电压波形，并将实时数据导出。

[0016] 第六步：重复第四、五步，完成左侧施力杆11不同径向压力下的局部磁通测量试验；

[0017] 第七步：利用以上方法，完成单根施力杆不同方向不同压力的磁通测量以及多根组合不同方向不同压力的磁通测量试验；

[0018] 第八步：利用法拉第电磁感应定律、数字示波器7上显示的的电压波形以及测量线圈6处铁心柱的有效截面积计算出测量线圈电压值与铁心柱中有效磁通的对应关系；将实时电压实验数据处理得到主磁通波形，统计主磁通及局部磁通数据并进行谐波分析。

[0019] 所涉及的计算方法如下：

[0020] 根据法拉第电磁感应定律，将瞬态电压数据对时间进行积分计算，得到测量线圈包绕铁心内瞬态交链磁通的波形，取其最大值，得到磁通最大值，除以该线圈内包含铁心的有效截面积，得到相应位置平均磁通密度的最大值(Bm)。

[0021] 磁通不能直接测量，因为磁通随时间在不断变化。实际上，根据电磁感应定律，测得的是一个磁通对时间的变化率，作为感应电动势：

[0022]

[0023] 在测量的每一周波(20ms)分为200个时步，同一时刻采集瞬时的感应电压和激励电流，采集的电压对时间积分。例如，在第i个是时步对于的时刻ti有

[0024]

[0025] 完成200个时步的积分后，从200个积分结果Bt得到最大值Bm，及感应磁通的最大值。进而可得通过测量线圈所在位置的截面S的平均磁通密度为

[0026]

[0027] 本发明具有如下优点：

[0028] 1)通过旋转径向压力施加装置的旋转手柄可实现多方向、多力度的径向压力模拟，操作简单，可实现性强；

[0029] 2)基于所述试验系统的试验方法能够有效地探究卷铁心所受径向压力与磁通之间的关系，接近真实工况，有效性强。

附图说明

[0030] 图1为本发明系统及方法所涉及的硬件电路原理图。

[0031] 图2为本发明系统及方法所涉及的径向压力施加装置的正视图。

[0032] 图3为本发明系统及方法所涉及的径向压力施加装置的后视图。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图对本发明做进一步说明：

[0034] 如图1所示，一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验系统包括调压器1、卷铁心变压器2、数字示波器7以及径向压力施加装置8。所述的卷铁心变压器具体包括变压器卷铁心3，高压线圈4、低压线圈5以及测量线圈6；高压线圈4置于变压器卷铁心3的左侧心柱上，与调压器1相连接，低压线圈5置于变压器卷铁心3的右侧心柱上，试验时处于空载状态，测量线圈6置于卷铁心3的下铁轭处，与数字示波器7相连接；径向压力施加装置8固定于卷铁心试验平台的变压器卷铁心3内，使其四个支撑件10与变压器卷铁心3内窗四角相贴合。

[0035] 如图2与图3所示，所述的径向压力施加装置8具体包括操作板9、支撑件10，施力杆11，压力显示屏12，旋转手柄13，贴片式压力传感器14，滑道15，齿轮16以及MCU单元17，施力杆11被设置在操作板上的滑道15内，齿轮16放置在滑道15旁，施力杆11端部的齿条20通过与滑道15上的侧孔与齿轮16相啮合，支撑件10被固定在施力杆11的顶端，其末端为弧形结构，与变压器卷铁心3内窗四角相贴合，贴片式压力传感器14置于支撑件10末端；旋转手柄
13和压力显示屏12置于操作板9外侧，旋转手柄13在操作板9内部与齿轮16相连；MCU单元17置于操作板9上，分别与贴片式压力传感器14和压力显示屏12相连接。

[0036] 当旋转操作板9外侧的旋转手柄13时，所对应的施力杆11会随着滑道15伸长或者收缩，从而使施力杆11末端的支撑件10对卷铁心3内窗施加某方向的径向压力，置于支撑件10末端的贴片式压力传感器14通过操作板9内部的MCU单元17将压力值显示在压力显示屏
12上，从而手动旋转旋转手柄13时可通过压力显示屏12观察径向压力的变化，当达到试验设定压力值时，即可停止旋转。

[0037] 一种测试卷铁心径向压力与磁通关联性的试验，具体步骤如下：

[0038] 第一步：按照图1将实验装置接线连接好。

[0039] 第二步：调节调压器1至卷铁心3高压侧额定电压，使变压器卷铁心3激励磁通处于额定状态。

[0040] 第三步：利用数字示波器7记录测量线圈6的电压波形，并将实时数据导出。

[0041] 第四步：手动旋转径向压力施加装置8的左上旋转手柄13，使左上侧施力杆11伸出，同时于压力显示屏12观察压力变化，当压力达到试验值时，停止旋转；

[0042] 第五步：利用数字示波器7记录此时测量线圈6的电压波形，并将实时数据导出。

[0043] 第六步：重复第四、五步，完成左侧施力杆11不同径向压力下的局部磁通测量试验；

[0044] 第七步：利用以上方法，完成单根施力杆不同方向不同压力的磁通测量以及多根组合不同方向不同压力的磁通测量试验；

[0045] 第八步：利用法拉第电磁感应定律、数字示波器上显示的的电压波形以及测量线圈处铁心柱的有效截面积计算出测量线圈电压值与铁心柱中有效磁通的对应关系。将实时电压实验数据处理得到主磁通波形，统计主磁通及局部磁通数据并进行谐波分析。所涉及的计算方法如下：

[0046] 根据法拉第电磁感应定律，将瞬态电压数据对时间进行积分计算，得到测量线圈(6)包绕铁心内瞬态交链磁通的波形，取其最大值，得到磁通最大值，除以该线圈内包含铁心的有效截面积，得到相应位置平均磁通密度的最大值(Bm)。

[0047] 磁通不能直接测量，因为磁通随时间在不断变化。实际上，根据电磁感应定律，测得的是一个磁通对时间的变化率，作为感应电动势：

[0048]

[0049] 在测量的每一周波(20ms)分为200个时步，同一时刻采集瞬时的感应电压和激励电流，采集的电压对时间积分。例如，在第i个是时步对于的时刻ti有

[0050]

[0051] 完成200个时步的积分后，从200个积分结果Bt得到最大值Bm，及感应磁通的最大值。进而可得通过测量线圈所在位置的截面S的平均磁通密度为

[0052]