【正文】 計算機(jī)，對其進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真。將求 R 的式（ 13） 中 的分子和分母同 時 除以其中的一個導(dǎo)數(shù)值，則導(dǎo)數(shù)項變 成 1或?qū)?shù)值的比式。 “同一化”原理如下（參見圖 28）。 二階振蕩法為 一種動態(tài)測量法 ,它不需 等到 電流 穩(wěn)定后再測 量直流電阻值 ,而是通過測量電感線圈充電過程中的電壓、電流數(shù)據(jù)來 計算其 直流 電阻等參數(shù)的方法 。 因此，可 認(rèn)為充電電流 ??1it與時間 t 無關(guān)，即 ??1 1Uit RR? ? （ 229） 當(dāng) 充電電流瞬間跳變到穩(wěn)定值 時，短路繞組的去磁作用便 消失，對于 直流電阻的測量不產(chǎn)生任何影響。其測量電路為二階動態(tài)電路，它的零狀態(tài)響應(yīng)（這里為充電電流）包括 強(qiáng)制分量（穩(wěn)態(tài)分量 ）和自由分量（暫態(tài)分量）。設(shè)置參數(shù) 時可使 1? 較小，暫態(tài)過程時間則很短，因此 線路很快處于穩(wěn)態(tài)。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（論文） 7 就提高了測量 速度。 因為 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]。 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 。 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 算其 直流 電阻等參數(shù)值的方法 [11]。 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 和缺陷 ，但實際試驗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]。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（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工作。 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。 tap, pinout and other current carrying parts and the casing of contact is good。因此，正確的測量 方法和測得的數(shù)據(jù)分析就顯得尤為重要。 本文對具有代表性的七 種快速測量方法 進(jìn)行了簡介 ， 同時 利用 MATLAB 中的SIMULINK 仿真工具進(jìn)行仿真計算，根據(jù)仿真結(jié)果從測量時間、準(zhǔn)確度及使用該方法時應(yīng)考慮的因素等方面綜合分析了各方法的優(yōu)點和缺陷所在。 (四 )確定變壓器繞組的平均溫升 值 。 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]。 電力變壓器的負(fù)載試驗中 , 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)確計算電阻損耗。 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（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）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)。所以這種接線適 于測量小電阻。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) 。這種方法的實質(zhì)與增大回路電阻的電路突變法相似，都是使充電電流以較大的 速率達(dá)到測量電流 的穩(wěn)定值 [18]。 短路去磁法 通常，變壓器繞組的充電電路為 一階 動態(tài)電路 . 自 從 接通直流電源時起 , 充電電流便從零以 指數(shù)規(guī)律逐漸上升到某一穩(wěn)定值 , 其充電時間決定于電路時間常數(shù)的大小。 為進(jìn)行暫態(tài)分析， 采用拉普拉斯變換分析方法，圖 26 為 復(fù)頻域等效電路。在理論上不再要求等到電流達(dá)到穩(wěn)定后才可 進(jìn)行 測量，大 大的縮短測量時間，從 根本上實現(xiàn)了快速測量 [21]。其 測量 原理接線見圖 28， K閉合后電路開始充電，充電過程 中 1t 及 2t 時刻 應(yīng)分別滿足以下 兩個方程 ? ? ? ? d |d11 1 tiu t = R i t + Lt （ 236） ? ? ? ? d |d22 2 tiu t = R i t + L t （ 237） 式中除繞組的電阻 R 和電感 L 外，其余各參數(shù) 均可直接測得或間接求得。 2 11tD Tyy T eyt ??? ???? ? ? ???? ? ?? （ 246） 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 3 12 ttD TTyy T eeyt ???? ???? ? ? ???? ? ?? （ 247） 由以上兩式 容易得出兩個推論： 推論 1：對 于同一條指數(shù)曲線，當(dāng)離散采樣時間的間隔固定時，各點數(shù)值微分的相對誤差 相同。在 1t 、 2t 、 3t 時刻， 分別測取 電流值 1i 、 2i 、 3i ，并且2 1 3 2t t t t t? ? ? ? ?，則有 ? ?1101 ti I e ???? （ 249） ? ?2201 ti I e ???? （ 250） ? ?3301 ti I e ???? （ 251） 變換式（ 249） 式 (251)，有 10 1 0 tI i I e ???? （ 252） 20 2 0 tI i I e ???? （ 253） 30 3 0 tI i I e ???? （ 254） 式（ 253）除以式（ 252）得 210201t ttIi e eI i e? ??? ???? ??? （ 255） 同理，式（ 254）除以式（ 253）得 320302t ttIi e eI i e? ??? ???? ??? （ 256） 顯然，式（ 256）與式（ 255）相等，則有 0 2 0 30 1 0 2I i I iI i I i??? （ 257） 解式（ 257）得 22 1 30 2 1 32 ( )i i iI i i i?? ?? （ 258） 因此 就得到了變壓器繞組的直流電阻 2 1 320 2 1 32 ( )x i i iEREI i i i???? ? （ 259） 因此 ，只要在 具有 相同的時間間隔 t? 的三個時間點上測取三個電流值，即 可 求得變壓器繞組的直流電阻。在 SIMULINK 提供的圖形用戶界面 GUI 上，只要進(jìn)行鼠標(biāo)的簡單拖拉操作就可構(gòu)造出復(fù)雜的仿真模型。 t= step使開關(guān) K閉合， 串入電流表來觀察充電波形，用示波器來記錄充電過程。 仿真結(jié)果 圖 34 增大回路電阻法與傳統(tǒng)測量方法的仿真波形比較 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 表 31 開關(guān) K2斷開時間對電流穩(wěn)定時間及測量準(zhǔn)確度的影響 E=100V， 0R =10 ? ， Rx= ? ， Lx=100H 開關(guān)斷開時間 ,ts 電流穩(wěn)定時間 0,ts 穩(wěn)定電流 I,A 電阻測得值 39。圖中 E1=100V， E2=10V， Rx= ? ，Lx=100H 起始狀態(tài)時 K1 閉合， t= 時信號發(fā)生器 Step 使開關(guān) K2 閉合，當(dāng)回路電流達(dá)到預(yù)定值 25A（ 2 xER）時，信號發(fā)生器 Timer1 使開關(guān) K1 斷開從而使回路電流迅速達(dá)到穩(wěn)定。由表 34可知，電源 E1與 E2的比值越大，電流穩(wěn)定時間越短，但電源大小對測量誤差影響較大，測量時應(yīng)根據(jù)所測變壓器的參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)碾娫措妷?。由?35 可知所加電源大小對測量誤差影響較大，測量時應(yīng)根據(jù)被測變壓器的參數(shù)選擇合適的電源。 t= 時，信號發(fā)生器 Step 使開關(guān) k 閉合后瞬間，電流立即達(dá)到某一值 ，隨 后迅速達(dá)到穩(wěn)定。由表 37可知，所加電源大小對測量準(zhǔn)確度的影響可以忽略。但由二階振蕩法的計算公式可知，若采樣點 并非導(dǎo)數(shù)為零點，則誤差將會很大，因此對采樣時間要求很嚴(yán)格。 采用兩點法求 數(shù)值微分的公式為 d |d 111 I ( t + Δ t) I ( t )I ( t) tt Δ t? 由第二章中基于同一化原理的測量方法一節(jié)中的推論 2可知，將式（ 238）上下同時除以dd 1I(t)|tt 后，利用此公式計算繞組直流電阻時可消除微分計算所帶來的誤差，使測量結(jié)果的準(zhǔn)確度更高。 仿真結(jié)果 圖 316 電阻 R 兩端電壓 U1 仿真曲線 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 表 310 采樣間隔 t? 對測量準(zhǔn)確度的影響 E=50V ， R=20? ， Rx=? ， L=200H 1t ， s 2t ， s 3t ,s 1U ,V 2U ,V 3U ,V t? ,s xR? ,? 39。xR ,? 39。圖中參數(shù)設(shè)置如下： Rx=? L=100H。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 二階振蕩法 圖 311 二階振蕩法仿真線路圖 利用二階振蕩法進(jìn)行仿真測量時，參數(shù)設(shè)置如下 ： E=100V， C=1F， Lx=100H ， Rx= ? ， Rn= ? 。xR ,? 誤差 39。測量時對各個開關(guān)的斷開時間要求也較高。圖中 E1=36V， E2=12V， Rx=1? ， Lx=1000H，R=15? ， L=50H， r=? .起始狀態(tài)時 K 斷開， K2 閉合，信號發(fā)生器 Timer 使開關(guān) K1閉合，當(dāng)回路電流 i 達(dá)到預(yù)定電流 （ 12()E E R? ） 時， Timer3 控制開關(guān) K2 斷開 2s，2s 后電流 1i 的值達(dá)到 （ ()xiL L L? ） ，此時再閉合 K2，進(jìn)入下一次充放電過程。 仿真結(jié)果 圖 36 高壓充電低壓測量法與傳統(tǒng)測量方法的仿真曲線比較 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 表 33 開關(guān) K1斷開時間對電流穩(wěn)定時間及測量準(zhǔn)確度的影響 E1=100V， E2=10V， Rx=? ， Lx=100H 開關(guān)斷開時間 ,ts 電流穩(wěn)定時間 0,ts 穩(wěn)定電流 I,A 電阻測得值 39。()x x xR R R? ,% 9 81 10 64 11 88 表 32 串入電阻 0R 大小對開關(guān)斷開時間及測量誤差的影響 E=100V ， Rx=? ， Lx=100H R0,? 開關(guān)斷開時間 ,ts 電流穩(wěn)定時