一种单相电力变压器的测试方法及其测试系统技术方案

本发明专利技术公开了变压器测试技术领域内的一种单相电力变压器的测试方法及其测试系统，包括以下步骤：（1）构建待测变压器的等效电路模型；（2）中央处理器对测试信号进行处理获得等效电路模型的初始参数；（3）将初始参数作为粒子群初始粒子参数输入给粒子群优化算法，粒子群优化程序启动；（4）测量传感器将变压器对不同信号做出的反应结果实时输入给粒子群优化程序，得到优化后等效电路模型的参数值；（5）确定铁磁损耗计算模型；（6）建立损耗电阻R和次级线圈主电感X的特征曲线；（7）计算变压器在额定工作条件下的电压误差和相角位移；（8）输出变压器精度等级和误差曲线；本发明专利技术利用低电压环境实现变压器的精度等级测量，测量成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种单相电力变压器的测试方法及其测试系统
本专利技术属于变压器测试
，特别涉及一种单相电力变压器的测试方法及其测试系统。
技术介绍
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，其主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。变压器的功能主要有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离和稳压等，根据不同的额定电压和额定负载下的最大允许百分比偏差，变压器可分为不同精度等级。测量与确定变压器的精度等级往往需要在属于额定电压和额定负载的一定范围的情况下进行，而且对高电压测量仪器的精度要求很高。现有技术中，电力变压器的精度测量需要将变压器独立出并送到有高压测试条件的工厂或实验室来进行，测试成本高；对于变压器原位测试，则需要利用额定电压，因为变压器本身的非线性特征，无法直接利用低电压环境进行精度等级测试。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种单相电力变压器的测试方法及其测试系统，解决了现有技术中无法利用低电压环境进行精度等级测试的技术问题，本专利技术利用低电压环境实现变压器的精度等级测量，测量成本低。本专利技术的目的是这样实现的：一种单相电力变压器的测试方法，包括以下步骤：（1）构建待测变压器的等效电路模型；（2）测试系统中的中央处理器对测量传感器传输过来的测试信号进行处理获得等效电路模型的初始参数；（3）将初始参数作为粒子群初始粒子参数输入给粒子群优化算法，粒子群优化程序启动；（4）将测量系统输出的测试信号作为信号增强器的输入，测试系统中的测量传感器将变压器对不同信号做出的反应结果实时输入给粒子群优化程序，通过粒子群优化程序得到优化后的变压器的等效电路模型的参数值；（5）确定变压器的铁磁损耗计算模型；（6）建立变压器等效电路模型中的损耗电阻R以及次级线圈主电感X的特征曲线；（7）计算出变压器在额定工作条件下的电压误差和相角位移；（8）根据变压器的标称变压比和以上步骤得到的模型信息计算并输出变压器精度等级和误差曲线。为了方便确定变压器的精度等级，步骤（1）中，变压器的等效电路模型包括供电端，供电端的高压端连接等效电容的正极和电感L1的一端，电感L1的另一端连接等效电阻R1一端，等效电阻R1的另一端连接等效电感X1的一端，等效电感X1的另一端连接损耗电阻R、次级线圈主电感X和等效电阻R2的一端，等效电阻R2的另一端连接等效电感X2的一端，等效电感X2的另一端为变压器输出的高压端，损耗电阻R和次级线圈主电感X的另一端与变压器的接地端连接，等效电容的另一端接地，等效电容为c1+c2。为了确定出等效电路模型的初始参数，步骤（2）中，利用对变压器输入端的短路和断路测试，获得等效电路模型中的初始参数；其中，利用对变压器的短路和断路测试，测量传感器分别将短路和断路测试条件下获得的测试结果传输给中央处理器，由中央处理器计算出等效电路模型的初始参数值，初始参数值包括等效电容c1+c2、等效电阻R1和R2、等效电感X1和X2。为了提高变压器等效电路模型的准确性，步骤（4）中，使用粒子群优化算法对变压器的等效电路模型中的参数进行优化，具体包括以下步骤：1）利用等效电路模型中的初始参数进行最初系统辨识；2）初始化一个种群，随机赋予每个粒子的初始位置和速度，将每个粒子赋予目标函数所对应的值，并根据初始模型参数得到非占优解的粒子，求出初始适应度值，然后再当前的搜索空间每个粒子根据其目标函数值进行坐标定位，初始化每个粒子的记忆及局部最优解和全局最优解；3）根据记忆来更新每个粒子的位置和速度，得到新的模型参数值；4）根据更新后得到的测量数据来检测模型参数值并更新约束空间；5）判断每个粒子在问题的搜索空间中有无超出约束空间，有则重新回到步骤3），没有则重新评估群中的每个粒子的适应度值；6）根据每个粒子的适应度值比较和更新局部最优解和全局最优解，得到每个粒子飞行的记忆包括新的速度和方向；7）检查最大迭代数有无满足终止条件，无则重新回到步骤3继续迭代，有则终止迭代，输出最优解。为了准确的确定出铁磁损耗计算模型，步骤（5）中，铁磁损耗计算模型为：其中，P是损耗的功率，单位为W，Ｌ是常量，ｆ是信号频率（Hz），φ是磁通量（Wb），ｘ和ｙ是需要确定的指数参数；利用步骤（4）中获得的优化后的等效电路模型并进一步通过测量并记录变压器对不同测试信号的反应结果，具体的为，在相同的磁通量条件下，不同频率的信号测试，然后再在另一磁通量的条件下重复不同频率的信号测试，这样通过数据迭代的方式模拟确定出Ｌ、ｘ和ｙ的数值。为了实现损耗电阻R以及次级线圈主电感X的特征曲线的建立，步骤（6）中，建立变压器等效电路模型中的损耗电阻R以及次级线圈主电感X的特征曲线具体的为，根据步骤（5）中建立的铁磁损耗计算模型，结合测量装置测量得到的初级输入端和次级输出端的电压电流值，利用静态损耗电阻（常数量）和动态损耗电阻（电压变化下得到的电阻）的分别计算，确定等效损耗电阻R以及次级线圈等效主电感X随不同电压不同频率下的特征曲线；其中，静态损耗电阻为一常数量，动态损耗电阻为随电压变化下得到的不同损耗电阻值，将静态损耗电阻和动态损耗电阻相加后得到的电阻为等效损耗电阻R。为了方便确定变压器的精度等级，步骤（7）中，计算变压器在额定工作条件下的电压误差和相角位移具体的步骤为：根据之前得到的变压器等效电路模型和损耗电阻R以及线圈主电感X在不同电压不同频率条件下的特征曲线，集合变压器的实际绕线纠正信息来计算出变压器在额定工作条件包括额定电压和额定频率下的电压误差和相角位移。实施上述测试方法中使用到的测试系统，包括测试装置、信号增强器和电压分割器，其中，测试装置包括数字信号发生器，数字信号发生器发出测试信号源，测试信号源为不同电压不同频率的测试信号；信号放大器，信号放大器将测试信号源放大，放大后的测试信号源为测试信号；测量传感器，检测变压器初级输入端和次级输出端的电压和电流并将检测到的电压电流信号传输给中央处理器；中央处理器，利用粒子群优化算法对建立的变压器等效电路模型中的参数进行优化并确定变压器的精度等级；数据存储器，用来存储由中央处理器处理后的测试结果；人机界面，控制测试过程并显示测试结果；信号增强器，信号增强器将测试信号增强，增强后的信号作为变压器初级输入端的输入；电压分割器，将变压器的初级输入端处的电压分割成测量传感器可接收的电压范围。与现有技术相比，本专利技术具有的技术效果为：利用低成本测量装置和低电压环境实现电力变压器的精度等级测量；测量方法中使用粒子群优化算法对等效电路模型中的参数进行优化，提高等效电路模型的准确度，从而提高电压器精度等级测试的精度；测量装置体积小，便于移动携带，降低测量成本。附图说明图1为本专利技术中测试系统进行测试的流程框图。图2为本专利技术中变压器等效电路模型参数优化的流程框图。图3为本专利技术中电力变压器的结构示意图。图4为本专利技术中电力变压器的等效电路模型示意图。图5为本专利技术中测试装置的结构示意图。图6为本专利技术中测试系统与变压器连接后的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1～图4所示的一种单相电力变压器的测试方法，包括以下步骤：（1）构建待测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相电力变压器的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）构建待测变压器的等效电路模型；（2）测试系统中的中央处理器对测量传感器传输过来的测试信号进行处理获得等效电路模型的初始参数；（3）将初始参数作为粒子群初始粒子参数输入给粒子群优化算法，粒子群优化程序启动；（4）将测量系统输出的测试信号作为信号增强器的输入，测试系统中的测量传感器将变压器对不同信号做出的反应结果实时输入给粒子群优化程序，通过粒子群优化程序得到优化后的变压器的等效电路模型的参数值；（5）确定变压器的铁磁损耗计算模型；（6）建立变压器等效电路模型中的损耗电阻R以及次级线圈主电感X的特征曲线；（7）计算出变压器在额定工作条件下的电压误差和相角位移；（8）根据变压器的标称变压比和以上步骤得到的模型信息计算并输出变压器精度等级和误差曲线。

【技术特征摘要】
1.一种单相电力变压器的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）构建待测变压器的等效电路模型；（2）测试系统中的中央处理器对测量传感器传输过来的测试信号进行处理获得等效电路模型的初始参数；（3）将初始参数作为粒子群初始粒子参数输入给粒子群优化算法，粒子群优化程序启动；（4）将测量系统输出的测试信号作为信号增强器的输入，测试系统中的测量传感器将变压器对不同信号做出的反应结果实时输入给粒子群优化程序，通过粒子群优化程序得到优化后的变压器的等效电路模型的参数值；（5）确定变压器的铁磁损耗计算模型；（6）建立变压器等效电路模型中的损耗电阻R以及次级线圈主电感X的特征曲线；（7）计算出变压器在额定工作条件下的电压误差和相角位移；（8）根据变压器的标称变压比和以上步骤得到的模型信息计算并输出变压器精度等级和误差曲线。2.根据权利要求1所述的一种单相电力变压器的测试方法，其特征在于，所述步骤（1）中，变压器的等效电路模型包括供电端，所述供电端的高压端连接等效电容的正极和电感L1的一端，电感L1的另一端连接等效电阻R1一端，等效电阻R1的另一端连接等效电感X1的一端，等效电感X1的另一端连接损耗电阻R、次级线圈主电感X和等效电阻R2的一端，等效电阻R2的另一端连接等效电感X2的一端，等效电感X2的另一端为变压器输出的高压端，所述损耗电阻R和次级线圈主电感X的另一端与变压器的接地端连接，等效电容的另一端接地。3.根据权利要求1所述的一种单相电力变压器的测试方法，其特征在于，所述步骤（2）中，利用对变压器输入端的短路和断路测试，获得等效电路模型中的初始参数。4.根据权利要求1所述的一种单相电力变压器的测试方法，其特征在于，所述步骤（4）中，使用所述粒子群优化算法对变压器的等效电路模型中的参数进行优化，具体包括以下步骤：1）利用等效电路模型中的初始参数进行最初系统辨识；2）初始化一个种群，随机赋予每个粒子的初始位置和速度，将每个粒子赋予目标函数所对应的值，并根据初始模型参数得到非占优解的粒子，求出初始适应度值，然后再当前的搜索空间每个粒子根据其目标函数值进行坐标定位，初始化每个粒子的记忆及局部最优解和全局最优解；3）根据记忆来更新每个粒子的位置和速度，得到新的模型参数值；4）根据更新后得到的测量数据来检测模型参数值并更新约束空间；5）判断每个粒子在问题的搜索空间中有无超出约束空间，有则重新回到步骤3），没有则重新评估群中的每个粒子的适应度值；6）根据每个粒子的适应度值比较和更新局...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡长虹，纪昆，江启芬，
申请(专利权)人：扬州华鼎电器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32