一种变压器线圈累积应变测试装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种变压器线圈累积应变测试装置及方法，构建了短路冲击过程中线圈受力特性的模拟系统，充分考虑了线圈发热、电磁线分布式受力、电磁线与垫块相互作用对于应变测试的影响，设计了线圈累积应变测试装置，还原了短路冲击过程中应力的瞬态变化，提出了线圈累积应变测试方法，实现了绕组分布式受力的准确模拟与累积应变的测试。本发明专利技术能充分计及变压器电磁线、纸板结构及应力分布对绕圈机械稳定性的影响，还原短路过程中应力的瞬态变化，有效测试线圈在多次短路过程影响下的累积应变，能够在准确反映真实变压器特性的同时控制试验成本，有助于提高变压器短路后状态评估的准确性，更好地保障电力设备安全运行。更好地保障电力设备安全运行。更好地保障电力设备安全运行。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器线圈累积应变测试装置与方法


[0001]本专利技术属于电气设备运行检测领域，尤其是一种变压器线圈累积应变测试装置与方法。

技术介绍

[0002]随着电网容量的增加，电力系统的短路电流不断提升，对于变压器在短路过程中的机械强度提出了更高的要求。变压器短路过程中，内部各线圈会在较大的瞬时电流和电动力下产生应力应变，多次短路的累积效应会使线圈应力应变不断积累，导致线圈产生轴向、辐向失稳，严重时会引起线圈扭曲、倒塌等现象，最终引发变压器故障停运。
[0003]为评估变压器线圈在多次短路后的机械状态，需要测试组成线圈的电磁线、纸板在应力作用下的变形程度随冲击次数、冲击幅值的变化规律。对于大型变压器，采用外部模拟短路、内部线圈性能测试的方法存在成本高昂的问题，即使采用缩比模型也难以在控制成本的同时满足不同类型线圈的测试需求。通常采用的测试方法，是将电磁线、纸板作为分立的测试对象，分别开展循环加载试验，获得电磁线、纸板随人工载荷加载次数和幅值的变化曲线。
[0004]对电磁线、纸板独立开展的循环加载试验有以下缺点。一是电磁线、纸板试品的结构与实际变压器中的结构存在明显不同，电磁线绕制成线圈时采用的不同结构(如连续式、引结式、螺旋式等)会影响线圈的机械稳定性，纸板和垫块受到不同匝线圈的挤压影响了其受力方向，都难以在规则形状试品的循环加载试验中反映。二是电磁线在短路过程中的应变是由分布应力所致，通过拉伸、弯曲等方式开展的循环加载试验反映了电磁线在集中应力下的应变，无法准确模拟线圈的受力分布。三是变压器短路过程中存在应力的快速变化，在给定静态载荷下开展的试验不能反映应力变化对机械稳定性的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种变压器线圈累积应变测试装置与方法，能够在准确反映真实变压器特性的同时控制试验成本，有助于提高变压器短路后状态评估的准确性，更好地保障电力设备安全运行。
[0006]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0007]一种变压器线圈累积应变测试装置，作用于变压器线圈上，包括脉冲磁场发生单元、升流单元和浸没式绕组固定装置，所述变压器线圈固定在浸没式绕组固定装置内部，升流单元连接变压器线圈用于进行变压器线圈升流并采集变压器线圈的全电流，脉冲磁场发生单元设置在变压器线圈的上下两侧，用于提供磁场。
[0008]而且，所述脉冲磁场发生单元包括：脉冲磁场发生线圈、阻尼电阻、控制开关、电容器组、直流充电电源、控制器、磁场传感器和温度计，所述直流充电电源、阻尼电阻、控制开关和电容器组构成两个相同结构的RLC振荡回路，控制器的输出端连接控制开关，用于接收开关时间设置参数及温度设置参数，当实际温度在设定的区间范围内时按照给定的时间参
数控制开关动作，每个RLC振荡回路的输出端连接一个脉冲磁场发生线圈，其中一个脉冲磁场发生线圈设置在变压器线圈的上方，另一个脉冲磁场发生线圈设置在变压器线圈的下方，磁场传感器设置在变压器线圈周围，用于测量脉冲磁场发生线圈产生的磁场变化，温度计设置在浸没式绕组固定装置内部，温度计的输出端连接控制器的输入端，磁场传感器的输出端连接控制器的输入端。
[0009]而且，所述控制开关包括第一控制开关S1和第二控制开关S2，第一控制开关S1和第二控制开关S2分别包含一个常闭节点和常开节点，常闭节点设置在电容组与电源正极的线路上，常开节点设置在电容组与阻尼电阻的线路上。
[0010]而且，所述脉冲磁场发生线圈由高机械强度铜合金绕制并进行环氧浇注。
[0011]而且，所述升流单元包括直流升流器、限位开关、电流采集单元和急停控制开关，所述直流升流器的输出端通过电流采集单元连接变压器线圈，限位开关设置于变压器线圈的四周，限位开关通过急停控制开关连接直流升流器的控制端。
[0012]而且，所述浸没式绕组固定装置包括油腔、绝缘油、夹持机构、绝缘压板及压钉、铁心、磁屏蔽，其中，油箱内部盛放有能够浸没变压器线圈的绝缘油，变压器线圈放置在夹持机构的中间，坚持机构通过绝缘压板及压钉从上下两个方向通过对变压器线圈进行固定，铁芯设置于变压器线圈中心，用于增强磁场，磁屏蔽设置在油腔内部表面，用于减小外部漏磁。
[0013]而且，所述夹持机构由高强度材料制成，铁心和磁屏蔽由硅钢片叠制而成。
[0014]一种变压器线圈累积应变测试装置的测试方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1、根据变压器线圈的额定电流参数，设置不同水平的冲击电流i
imp
(t)；
[0016]步骤2、根据冲击电流i
imp
(t)大小，计算脉冲磁场发生单元各元件参数，通过调节直流充电电源电压、电容器组值、阻尼电阻值、开关闭合时间进行装置参数调整；
[0017]步骤3、开展多次冲击，计算变压器线圈电磁线单位长度上分布式作用力F，并测量变压器线圈累积应变Δs，得到F—Δs的变化关系。
[0018]而且，所述步骤2的具体实现方法为：上下两个脉冲磁场发生线圈的匝数分别为N1和N2，等效电感大小分别为L1和L2，通过的电流分别为i1和i2，两个相同结构的RLC振荡回路中，初始电压分别为U1和U2，电容大小分别为C1和C2，电阻大小分别为R1和R2，分别在t1和t2时刻接通两个RLC振荡回路，变压器线圈的匝数记为N，电流升流器的输出电流为I
d
，测试冲击电流i
imp
(t)下的累积应变时，使线圈中的电流与欲施加冲击电流相近，计算测试回路参数R1、R2、L1、L2、C1、C2、t1、t2：
[0019][0020]其中：
[0021]测试回路参数计算后，U
k
、C
k
、R
k
通过直接调节直流充电电源电压、电容器组值、阻尼电阻值，L
k
通过调节脉冲磁场发生线圈与铁心之间的距离进行设置，距离越小，L
k
越大，距离越大，L
k
越小，t
k
通过控制器进行设置，在0～t
k
时刻，直流充电电源对通过开关S
k
的常闭开关对电容器组充电，t
k
时刻，在控制器作用下，开关S
k
的常闭开关打开，常开开关闭合，电容器组对脉冲磁场发生单元放电，形成穿过被试绕组的脉冲磁场，使被试绕组产生电流变
化及分布式应力。
[0022]而且，所述步骤3的具体实现方法为：通过控制器控制开关S
k
完成多次电容器组充电、脉冲磁场放电过程，记录每次放电过程磁场传感器测得的磁感应强度b(t)、通过被试绕组的电流i(t)，计算单位长度上绕组的受力F＝∫b(t)i(t)dt，放电过程结束后，在多个点测量被试绕组在水平方向累积的应变Δs，设置不同的冲击电流i
imp
(t)，计算并调整线圈累积应变测试回路参数，测得相应冲击水平下单位长度分布式作用力F、线圈累本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压器线圈累积应变测试装置，作用于变压器线圈上，其特征在于：包括脉冲磁场发生单元、升流单元和浸没式绕组固定装置，所述变压器线圈固定在浸没式绕组固定装置内部，升流单元连接变压器线圈用于进行变压器线圈升流并采集变压器线圈的全电流，脉冲磁场发生单元设置在变压器线圈的上下两侧，用于提供磁场。2.根据权利要求1所述的一种变压器线圈累积应变测试装置，其特征在于：所述脉冲磁场发生单元包括：脉冲磁场发生线圈、阻尼电阻、控制开关、电容器组、直流充电电源、控制器、磁场传感器和温度计，所述直流充电电源、阻尼电阻、控制开关和电容器组构成两个相同结构的RLC振荡回路，控制器的输出端连接控制开关，用于接收开关时间设置参数及温度设置参数，当实际温度在设定的区间范围内时按照给定的时间参数控制开关动作，每个RLC振荡回路的输出端连接一个脉冲磁场发生线圈，其中一个脉冲磁场发生线圈设置在变压器线圈的上方，另一个脉冲磁场发生线圈设置在变压器线圈的下方，磁场传感器设置在变压器线圈周围，用于测量脉冲磁场发生线圈产生的磁场变化，温度计设置在浸没式绕组固定装置内部，温度计的输出端连接控制器的输入端，磁场传感器的输出端连接控制器的输入端。3.根据权利要求2所述的一种变压器线圈累积应变测试装置，其特征在于：所述控制开关包括第一控制开关S1和第二控制开关S2，第一控制开关S1和第二控制开关S2分别包含一个常闭节点和常开节点，常闭节点设置在电容组与电源正极的线路上，常开节点设置在电容组与阻尼电阻的线路上。4.根据权利要求2所述的一种变压器线圈累积应变测试装置，其特征在于：所述脉冲磁场发生线圈由高机械强度铜合金绕制并进行环氧浇注。5.根据权利要求1所述的一种变压器线圈累积应变测试装置，其特征在于：所述升流单元包括直流升流器、限位开关、电流采集单元和急停控制开关，所述直流升流器的输出端通过电流采集单元连接变压器线圈，限位开关设置于变压器线圈的四周，限位开关通过急停控制开关连接直流升流器的控制端。6.根据权利要求1所述的一种变压器线圈累积应变测试装置，其特征在于：所述浸没式绕组固定装置包括油腔、绝缘油、夹持机构、绝缘压板及压钉、铁心、磁屏蔽，其中，油箱内部盛放有能够浸没变压器线圈的绝缘油，变压器线圈放置在夹持机构的中间，坚持机构通过绝缘压板及压钉从上下两个方向通过对变压器线圈进行固定，铁芯设置于变压器线圈中心，用于增强磁场，磁屏蔽设置在油腔内部表面，用于减小外部漏磁。7.根据权利要求6所述的一种变压器线圈累积应变测试装置，其特征在于：所述夹持机构由高强度材料制成，铁心和磁屏蔽由硅钢片叠制而成。8.一种如权利要求1至7所述的一种变压器线圈累积应变测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、根据变压器线圈的额定电流参数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯军基，刘力卿，马昊，魏菊芳，高健，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：