大型变压器卷铁心片间短路的检测方法技术

本发明专利技术公开了大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法。通过在卷铁心首尾加一个直流电压源，通过罗氏线圈和示波器采集流过铁心的电流值；然后采用微元分析的方法对卷绕路径方向的等效电阻进行准确求解，以计算出卷铁心的实际等效电阻；最后通过实际等效电阻与理论等效电阻的比较，判断卷铁心是否发生片间短路，并确定短路片数与位置。该检测系统及方法有效提升了卷铁心变压器片间短路的检测效率。

Detection system and method for short circuit between coil cores of large transformers

The invention discloses a detection system and a method for short-circuit between iron core plates of large transformers. By adding a DC voltage source at the beginning and end of the coil core, the current flowing through the core is collected by Roche coil and oscilloscope, and then the equivalent resistance of the coil core in the direction of the coil path is solved accurately by using the method of element analysis to calculate the actual equivalent resistance of the coil core. Finally, the actual equivalent resistance and the theoretical equivalent electricity are calculated by using the actual equivalent resistance and the theoretical equivalent resistance. Comparing the resistance, it is judged whether the core of the coil is interchip short circuited, and the number and location of the short circuit pieces are determined. The detection system and method effectively improve the detection efficiency of interchip short circuit of wound core transformer.

【技术实现步骤摘要】
大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法
本专利技术属于电力设备故障诊断
，具体涉及大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法。
技术介绍
卷铁心变压器因其较低的空载损耗而得到快速发展，尤其在牵引系统中拥有广阔的应用前景，而变压器的正常工作是供变电系统持续正常运行的保障和前提。卷铁心是采用硅钢片带料，连续卷制成的封闭形铁心，在卷铁心的硅钢带开料过程中，难免会造成毛刺等问题，在卷绕等过程以及后续的运输过程中，不可避免对片间绝缘造成破坏，从而造成片间短路。铁心片间短路将导致铁心局部过热，加速绝缘热老化，使绝缘损坏，降低牵引变压器寿命，对社会经济造成了一定的影响。由于卷铁心变压器的结构设计，卷铁心一旦发生故障，难以进行更换，因此在研制过程中有效地检测出卷铁心片间短路的方法，可大幅地提高卷铁心变压器的运行性能与使用寿命。目前主要通过人为观察的方式来进行检查，效率低下，尚无能够有效检测大型变压器卷铁心片间短路的方法。因此，为了避免变压器卷铁心片间短路、提高卷铁心变压器的服役性能，现急需大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于更加有效地检验大型变压器卷铁心片间短路情况。实现本专利技术目的的技术方案包括：大型变压器卷铁心片间短路的检测系统，所述大型变压器卷铁心为拼装式的卷铁心，单个卷铁心横截面为近似半圆形；检测系统包括：卷铁心、直流电压源、罗氏线圈、测量电阻以及数字示波器；卷铁心硅钢带首尾连接到直流电压源，罗氏线圈套在直流电压源连接线上；罗氏线圈串联测量电阻，测量电阻两端并联所述的数字示波器。检测方法包括如下步骤：1)逐级推算每一级卷绕路径长度，得到第i级硅钢带的卷绕长度li的表达式为：li＝2π(r+id)+2(p+q)+d，i∈{1,2,3,…,2n}式中，p为心柱长度，q为铁轭长度，r为圆角半径，d为硅钢带厚度，2n为卷绕总圈数；2)设每级卷绕的硅钢带首尾宽度分别为m0,m1,m2,…,m2n+1，其中m0和mn分别为宽度最小值和最大值，则硅钢带宽度mj可表示为：式中，j∈{1,2,3,…,n,n+1,n+2,…,2n,2n+1}，R为铁心外截面半径；同时，可得卷绕第i级铁心硅钢带宽度g(x)与该级卷绕路径上的位置x的函数关系式：3)对宽度渐变硅钢带电阻值进行积分求和，得出卷铁心卷绕首尾外接直流电压源时的等效电阻的表达式：式中ρ为硅钢材质的电阻率；表征卷绕总圈数的参数n按照下式计算：其中[·]为取整运算；4)判断卷绕工艺是否合格：式中，Rexp＝U/Iexp，Iexp为如图3中所述的数字示波器(5)测量到的电流值，U为外加直流电压源的电压值；ε为相对误差百分比；若ε≤1％则认为卷绕合格，否则认为存在问题，需进行缺陷排查，并转到步骤5)；5)计算故障等效电阻：式中，Rk为第k级，k+1级，…，k+p-1级硅钢带片间短路的短路电阻，k为发生片间短路的第一级，p为片间短路片数，且满足k+p-1≤2n；故障等效电阻Req*的范围如下：6)通过上述Req*带入p＝5，p＝10，p＝15，...p＝t可得故障等效电阻Req*的范围Δ(5),Δ(10),Δ(15),…Δ(t)，并与实际等效电阻Rexp进行比对，若Rexp∈Δ(t)，即t片片间短路；7)当已经确定片间短路片数p＝t，再依据5)中故障短路电阻Req*的计算公式，可以推导出发生片间短路的第一级级数k。本专利技术的有益效果在于，提供了一种大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法，通过在铁心卷绕首尾端外加直流电压源，并利用测试并计算得到的电阻值与理论值对比，评估铁心卷绕工艺是否合格，并确定短路片数与位置。本专利技术有效提升了卷铁心变压器片间短路的检测效率。附图说明图1为大型变压器卷铁心截面图。图2为大型变压器卷铁心卷绕路径函数图。图3为大型变压器卷铁心片间短路的检测系统接线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施流程作进一步的详述。图3所示为大型变压器卷铁心片间短路的检测系统接线图，由图3可知大型变压器卷铁心片间短路的检测系统及方法，包含以下步骤：1)逐级推算每一级卷绕路径长度，得到第i级硅钢带的卷绕长度li的表达式为：li＝2π(r+id)+2(p+q)+d，i∈{1,2,3,…,2n}式中，p为心柱长度，q为铁轭长度，r为圆角半径，d为硅钢带厚度，2n为卷绕总圈数；2)如图1所示，设每级卷绕的硅钢带首尾宽度分别为m0,m1,m2,…,m2n+1，其中m0和mn分别为宽度最小值和最大值，则硅钢带宽度mj可表示为：式中，j∈{1,2,3,…,n,n+1,n+2,…,2n,2n+1}，R为铁心外截面半径；同时，如图2所示，可得卷绕第i级铁心硅钢带宽度g(x)与该级卷绕路径上的位置x的函数关系式：3)对宽度渐变硅钢带电阻值进行积分求和，得出卷铁心卷绕首尾外接直流电压源时的等效电阻的表达式：式中ρ为硅钢材质的电阻率；表征卷绕总圈数的参数n按照下式计算：其中[·]为取整运算；4)判断卷绕工艺是否合格：式中，Rexp＝U/Iexp，Iexp为如图3中所述的数字示波器(5)测量到的电流值，U为外加直流电压源的电压值；ε为相对误差百分比；若ε≤1％则认为卷绕合格，否则认为存在问题，需进行缺陷排查，并转到步骤5)；5)计算故障等效电阻：式中，Rk为第k级，k+1级，…，k+p-1级硅钢带片间短路的短路电阻，k为发生片间短路的第一级，p为片间短路片数，且满足k+p-1≤2n；故障等效电阻Req*的范围如下：6)通过上述Req*带入p＝5,p＝10,p＝15,...,p＝t可得故障等效电阻Req*的范围Δ(5),Δ(10),Δ(15),…Δ(t)，并与实际等效电阻Rexp进行比对，若Rexp∈Δ(t)，即t片片间短路；7)当已经确定片间短路片数p＝t，再依据5)中故障短路电阻Req*的计算公式，可以推导出发生片间短路的第一级级数k。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大型变压器卷铁心片间短路的检测系统，其特征在于，所述大型变压器卷铁心为拼装式的卷铁心，单个卷铁心横截面为近似半圆形；检测系统包括：卷铁心(1)、直流电压源(2)、罗氏线圈(3)、测量电阻(4)以及数字示波器(5)；卷铁心(1)硅钢带首尾连接到直流电压源(2)，罗氏线圈(3)套在直流电压源(2)连接线上；罗氏线圈(3)串联测量电阻(4)，测量电阻(4)两端并联所述的数字示波器(5)。

【技术特征摘要】
1.大型变压器卷铁心片间短路的检测系统，其特征在于，所述大型变压器卷铁心为拼装式的卷铁心，单个卷铁心横截面为近似半圆形；检测系统包括：卷铁心(1)、直流电压源(2)、罗氏线圈(3)、测量电阻(4)以及数字示波器(5)；卷铁心(1)硅钢带首尾连接到直流电压源(2)，罗氏线圈(3)套在直流电压源(2)连接线上；罗氏线圈(3)串联测量电阻(4)，测量电阻(4)两端并联所述的数字示波器(5)。2.大型变压器卷铁心片间短路的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)逐级推算每一级卷绕路径长度，得到第i级硅钢带的卷绕长度li的表达式为：li＝2π(r+id)+2(p+q)+d，i∈{1,2,3,…,2n}式中，p为心柱长度，q为铁轭长度，r为圆角半径，d为硅钢带厚度，2n为卷绕总圈数；2)设每级卷绕的硅钢带首尾宽度分别为m0,m1,m2,…,m2n+1，其中m0和mn分别为宽度最小值和最大值，则硅钢带宽度mj可表示为：式中，j∈{1,2,3,…,n,n+1,n+2,…,2n,2n+1}，R为铁心外截面半径；同时可得卷绕第i级铁心硅钢带宽度g(x)与该级卷绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：周利军，胡军杰，郭蕾，高仕斌，张陈擎宇，蔡君懿，江俊飞，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51