【正文】 ....................................................................................................................34 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 展望 .................................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 35 致謝 ............................................................................................................................................... 37 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 快速測量電力變壓器繞組直流電阻的目的和意義 測量電力變壓器繞組直流電阻的目的和意義 變壓器繞組直流電阻試驗(yàn)為 國家標(biāo)準(zhǔn) GB1094． 1— 5— 85規(guī)定的變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目之一，同時 也是確保變壓器生產(chǎn)質(zhì)量、檢 修質(zhì)量及 變壓器安全運(yùn)行的一個重要手段 [1]。 通過 測量變壓器直流電阻 , 可以了解它的運(yùn)行情況 , 獲得以下信息 : (一 )檢查引線及 繞組焊接質(zhì)量 。 (二 )檢查引線和 套管導(dǎo)電桿等載流部分 , 分接 開關(guān)各個位置的接觸是否良好 。 (三 )檢查繞組或引出線是否 折斷或短路 。 (四 )確定變壓器繞組的平均溫升 值 。 (五 )檢查并絞導(dǎo)線及 并聯(lián)支路的正確性 , 是否存在由幾根并聯(lián)導(dǎo)線繞制成的繞組發(fā)生一處或多處斷線 的情 況 。 (六 )檢查繞組所用導(dǎo)線的規(guī)格是否符合設(shè)計(jì) , 三相繞組是否平衡 [2]。 傳統(tǒng)測量方法及其存在的問題 變壓器繞組的等值電路為 一個簡單的電阻（ R）和電感（ L）串聯(lián)電路。傳統(tǒng)的測量方法即在繞組兩端加一直流電壓， 等到測得 的 電流值達(dá) 到 0I 且不再變化 時，則繞組的 直阻為0R E I? 。 測量回路 的固有時間常數(shù) 00LR? ? ，從理論上來說 ，電流 i 達(dá)到它的穩(wěn)定值 0I E R? 的時間為無窮大，而 i 從零到 0I 也需時間 0? ，大容量變壓器繞組 的 0? 是較大的，如0 2022s? ? ，則即使等到 ? ，也需 2h34min。假設(shè) 這是一個三相三繞組五抽頭的變壓器，則 一 共有 33 個電阻值需 要測量。如果 每次測量時只等到 ? 就讀電流值，整個測量也需 要 84h42min[3]。 近年來，隨著電力工業(yè)的發(fā)展及 制造業(yè)水平的提高 , 電力系統(tǒng)的容量愈來愈 大 , 單臺變壓器的容量也不斷 地 增大 [4]。 實(shí)踐表明，變壓器容量愈大，充電時間愈長，還有鐵芯剩磁對充電過程的影響，使 充電電流不穩(wěn)， 從而 使測量電橋 的指針來 回擺動，甚至偏轉(zhuǎn)到正負(fù)最大刻度，產(chǎn) 生儀表損壞的危險；而對于數(shù)字化智能測試儀則 會出現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示紊亂，甚至測不出數(shù)據(jù)而報錯的情況 。電氣試驗(yàn)人員在現(xiàn)場測試中 對此常常 感到無所適從，有時甚至?xí)龀鲎儔浩骶€圈 出現(xiàn)問題的錯誤判斷 [5]。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 快速測量電力變壓器繞組直流電阻的目的和意義 變壓器通常露天放置，尤其是夏季和嚴(yán)冬季節(jié)長時間在室外測試是很麻煩的一項(xiàng)工作。此 外，由此而延長的變壓器停運(yùn)時間 會 對電力系統(tǒng)乃至國民經(jīng)濟(jì)造成 巨大 的損失 [3]。 另外，變壓器繞組平均溫升的測取 ，是按 照 冷、熱電阻 的 變化率來計(jì)算的 ，而斷電瞬間的熱電阻 是由測量的熱電阻隨時間 的 變化 規(guī)律推算求得的。實(shí)踐 指出 ， 斷電后 的首個測量數(shù)據(jù)必須 在三分鐘之內(nèi)測出， 這樣推算出的溫升數(shù)據(jù)才是準(zhǔn)確 的。因此， 35kV 及以上電壓等級的變 壓器在熱電阻測量時必須采用縮短測量時間的測量方法，否則將使測量 失敗 [6]。 電力變壓器的負(fù)載試驗(yàn)中 , 對于附加損耗 大的變壓器 , 要提供測量較準(zhǔn)確的繞組 直流 電阻 , 以準(zhǔn)確計(jì)算電阻損耗。 變壓器溫升試驗(yàn)中 , 用電阻法測量 變壓器 繞組 的 平均溫度時 , 繞組電阻的測量誤差 不 應(yīng) 超過 ? 0. 2%, 即測量方法 應(yīng) 能有效地分辨 10u? 左右的電阻變化 , 以 達(dá)到溫升試驗(yàn)的要求。 因此 , 確定正確的測量方法 , 選用 適當(dāng)?shù)臏y量設(shè)備 , 是保證測量繞組電阻準(zhǔn)確度的關(guān)鍵 [7]。 變壓器直流繞組快速測量的現(xiàn)狀 變壓器繞組 可等效為一個電感 L和一個電阻 R的串聯(lián) 電路 ，各種快速測量方法都以此模型為基礎(chǔ)，使用各種手段來縮短測量時間，以提高測量速度，雖各有優(yōu) 點(diǎn) 和缺陷 ，但實(shí)際試驗(yàn)中對測量方法的基本要求是一致 的 : 測 量的結(jié)果 應(yīng) 能準(zhǔn)確 的 反映繞組直流電阻的大小，要求測量 準(zhǔn)確、快速 以及測量過程中無人干預(yù) ，測量所用的導(dǎo)線以及測量回路所需串入的電阻、電容的大小應(yīng)與 被測繞組無關(guān)， 應(yīng) 具有通用性，這樣才便于實(shí)現(xiàn)自動 化 測量， 以減少干預(yù)的隨機(jī)性，大大提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確 度 [8]。 目前電力變壓器繞組直流電阻的 測量 方法大致可分為三類： 第一類是直接測量法， 即用歐姆表、萬用表直接讀數(shù)，或用電壓表、電流表測出繞組兩端的電壓與電流，再利用歐姆定理 計(jì) 算出電阻 值。直接 測量法雖然測量簡單，但誤差較大、耗時 較 長； 第二類是電橋 法， 利用磁電式檢流計(jì)電表指示電橋平衡來測量電阻 。 雖然 電橋法準(zhǔn)確度較高、量程廣，但測量時平衡電橋需要 較長 時間、 測量 效率低，而且無法觀察通過線圈的電流變化過程。有時，電橋只能近似的平衡， 并 不能確切的測量電阻值 [9]。 第三類是快速測量法，分為靜態(tài)測量法和 動態(tài)測量法： 1）靜態(tài)測量法中的各種方法 通過改變電路中的參數(shù)，從而減小時間常數(shù)，使電流盡快穩(wěn)定，以達(dá)到快速測量的目的，目前常用的方法可分為以下 三種： 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 ①減小回路的時間常數(shù)，由0LR?? 知，可以 通過 增大回路電阻 0R 或減小繞組電感 L。 ②減小流過線圈 電流衰減分量的初始值，即減小衰減分量初 值和 穩(wěn)態(tài)分量的比值。 ③保持充電回路時間常數(shù)不變 ，減小 穩(wěn)態(tài)電流 [10]。 2）動態(tài)測量法，即通過測量電感線圈充電過程中的電壓、電流數(shù)據(jù)來計(jì) 算其 直流 電阻等參數(shù)值的方法 [11]。在理論上不再需要等待電流達(dá)到穩(wěn)定后才能進(jìn)行測量，大大的縮短測量時間，從 根本上實(shí)現(xiàn)了快速測量。例如“三點(diǎn)法”、基于同一化方法的測量方法、基于二階振蕩發(fā)原理的測量方法等，但由于動態(tài)測量方法采用線性模型， 并 沒有考慮鐵芯勵磁時的非線性影響， 因 線性模型在一些電磁暫態(tài)的研究中是不準(zhǔn)確的 [12]，故 還需進(jìn)一步深入研究。 本論文研究的內(nèi)容及主 要工作 本文結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外電力變壓器直流電阻快速測量 方法發(fā)展的現(xiàn)狀，針對現(xiàn)有的電力變壓器繞組直流電阻測量方法存在的問題，仿真分析并 綜合 出 常用的直流電阻快速測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)。主要工作包括以下幾個方面： （ 1） 查閱大量資料，找出具有代表性的變壓器繞組直流電阻快速測量的方法。 （ 2）根據(jù)改進(jìn)測量方法的要求，對仿真所需的軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)。 （ 3）按測量原理利用所需軟件進(jìn)行仿真，得出相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析 。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 電力變壓器直流電阻的測量方法 測量的基本原理 當(dāng)變壓器非被測繞組開路時，被測繞 組可等效為一個電感 L和一個電阻 0R 的 串聯(lián)電路，見圖 21。 R 0LKE 圖 21 變壓器直流電阻測量等值電路 閉 合開關(guān) K后，被測繞組中的電流 為 01 tEieR ?????????? （ 21） 式中， ? 為回路的時間常數(shù) ； 0R 為被測繞組的 電阻 ； L 為被測繞組的電感 。 由式（ 21）可知電流中含有一個直流分量及 一個衰減分量，當(dāng) t??時電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)，測量被測繞組兩端的電壓 U 和 流過被測繞組的電流 I，由式（ 22）可得到繞組的 直流 電阻0R[13] 0 UR I? （ 22） 直接測量法 這種方法是最原始的也是最簡單 的方法 。 根據(jù)歐姆定律 R UI? ，只要測 出電路中的電流 I 和繞組 兩端的電壓降 ， 就可以計(jì)算出電阻 R。 關(guān)鍵是電流表要有足夠 高的準(zhǔn)確度 才能保證電阻的測量精度。要求： 1)直流電源是 脈動率不大于 1%的整流電源或蓄電池； 2)所加電流大小應(yīng)保證有足夠 的 靈敏度 ,但不能超過額定電流的 20%； 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 3)儀表準(zhǔn)確度必須高 于 ,電流表內(nèi)阻不得大 于被試電阻的 1/200，電壓表內(nèi)阻不得小 于被試電阻的 200 倍； 若 將電壓表的正極端接到電流表之后，只測量繞組兩端電壓 時，考慮到電壓表內(nèi)如 阻Vr 的分路電流 VI ，若仍 按 R UI? 計(jì)算，則電力變壓器繞組 直流 電阻 1 ( )x VVUUR I I U r? ???? （ 23） 測量誤差 ( ) 100 %xVRr? ?? （ 24） 這時 Vr 越 大， xR 越小，誤差就越小。所以這種接線適 于測量小電阻。 當(dāng)電壓表的正極端接到電流表之前，測量的為電流表和繞組串聯(lián)后兩端的電壓時 ，考慮到電流表 內(nèi)阻 aR 上的電壓降，若仍 按 R UI? 計(jì)算，電力變壓器繞組 直流 電阻為 Ax U IrR I??? （ 25） 其誤差 ( ) 100 %AxrR? ?? （ 26） 這時 xR 越大，誤差越小，所以這種接線適用 測量大電阻。對于具有大電阻大電感的變壓器，例 如試驗(yàn)變壓器 YDJ500，由于測量時間太長，消耗功率大，準(zhǔn)確度低，因而 不宜用壓降法。 因?yàn)?電力變壓器繞組 中 有電感存在，所以測量 時必須注意電壓表的安全，等施加電流穩(wěn)定后，才能接入電壓表讀數(shù)，尤其是斷開電流源前，一定要先斷開電壓表，以免反電勢使 電壓表 損壞 [14]。 靜態(tài)測量法 變壓器繞組可等效于一個電感 xL 和一個電阻 xR 的串聯(lián)回 路，加一直流電壓時繞組 中流過的 電流為 (1 )txEieR ???? （ 27） 由式（ 27）可知 ，接通直流電壓時， i 含有一直流分量及一衰減分量，當(dāng)衰減分量減小至零 ，即 i 達(dá)到穩(wěn)定值 xi ER? 時，電感 不起作用，靜態(tài)測量法的基本原 理就是待 電流穩(wěn)定后，通過測量 E 和 I， 計(jì)算 得到 xR 。 為 了減小時間常數(shù)，人們提出了很多快速測量的方法，根據(jù)其測量 原理歸納起來為三個方面 ：一是減小 回路的電感 H，二是增大 回路的電阻 R，三是強(qiáng)制進(jìn)入穩(wěn) 態(tài)。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 減小電感的方法，通常是增 大測量電流使鐵心飽和 。減小 導(dǎo)磁系數(shù) 從而 使電感減小 ，這種方法通常 需增大測量電源的容量 。增大 回路的電阻是 比 較常用的一種方法 ， 但在測量回路中串 聯(lián)入附加電阻會 降低 測量靈敏度 ， 為此需相應(yīng) 的 提高電源電壓 ， 但 是 這樣增加了電池的能耗 ， 更 加有效的縮短測量時間的 方法為 強(qiáng)制進(jìn)入穩(wěn)態(tài) 。為 達(dá)到快速測量的目的 ,通常有以下幾種方法 [15]。 增大回路電阻法 增大回路電阻法 的測量 原理電路如圖 22所示 K 1L xR xK 2RE 圖 22 增大回路電阻的電路突變法原理接線圖 圖 23 增大回路電阻的電路突變法充電電流曲線 它的 測量原理是使電路 從一種自然參數(shù)決定的過渡過程強(qiáng)制 改變 到另一種自然參數(shù)決定的過渡過程。在測量回路中串 聯(lián) 入一附加電阻 R，閉合 K2， 閉合 K1， 將 R 短接，使全部電壓 都 加于被試?yán)@組上，強(qiáng)迫它有較大的電流上升 速率 ，一直 上升 到預(yù)定值 I，此時 斷開 K2， 串入 R，則 回路 電流由曲線 1立即穩(wěn)定到曲線 2，從而使 充電時間由 t 減小到 t? ，這t 1 2 i（ t） 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 就提高了測量 速度。當(dāng)串 聯(lián) 接 入附加電阻時， 要 相應(yīng)的 提高直流電源電壓，增大容量。 K2閉合 ，回路電流方程為 (1 )txEieR ?? ???? （ 28）