变压器感应高压试验的计算机监控和录波.pdf

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1、冕3 9卷第9期M i 2况 无 气 F0. 忆1 / FRV o l 3 92 0 0 2 年 9 月S e p t e mb e rN o .92 0 0 2变压器感应高压试验的计算机监控和录波胡少强，刘前进，霍崇业 华南理工大学电力学院，广东 广州 5 1 0 6 4 1 )摘要 : 介绍了一套用计算杭系统监控交压器感应A压试脸的硬件和软件， 该系统可以实时C录试品放电u “ 后的电几 私 电 流 波 形 关键词: 变压器;高电压试验;计算机;监控:录波 rp 9 1 5 , 举县， T M4 0 6 和电流值，这比依靠读表来决定放电电压准确得咔 ” 中十确叫 卜 一 卜 十， . ，

2、井 二 申一 十 一 卜 十”十. . 咔十 州 卜 加 洲 卜. 伟 ” 十 . 。 峥 . 率 州 卜 呻 咔 ” 冲 二十 “ 琦丰 . 一 卜 . 一卜。+十” 斗丰 十 卜.，2 1刘连杏， 张 学鹏李烈铣. 大型变压器绕组电阻的快速测 4 1陈 凯良 ， 竺树省编著. 恒流源及其 应用电路 N i l . 杭州: 浙2 J .变压器. 1 9 9 0 , 2 7 (4 ) : 3 1 - 3 2江科学技术出版社, 1 9 9 2 . 3 l 沈阳变压器厂.变压器试验( 修订本) Ml . 北京: 机械工业 5 1 王国定数据采集和数字测量专用集成电路原理和应用出版社. 1 9 8

3、6 . r m l .上海: 上海科学技术文献出版社， 1 9 8 5 .D i s c u s s i o n o n F a s t M e a s u r e m e n t f o r W in d in g R e s i s t a n c e o f T r a n s f o r m e rC H E N Z h a o - z h a n g , Z HU X i a n g - t i n( J i a n g s u U n i v e r s it y , Z h c n j i a n g 2 1 2 0 1 3 , C h i n a )A b s t r a e

4、t : T h e f a s t me a s u ri n g d e v i c eo f f a s t me a s u r e me n t f o r t r a n s f o r me rr e n t p o w e r s u p p l y i s d is c u s s e d . K e y w o r d s : T r a n sf o r me r ; W i n d i n g ;f o r w i n d i n g r e s i s t a n c e o f t r a n s f o r m e r s w i n d i n g r e s i

5、 s t e n c e w i t h h ig h v o l t a g eisa n dma d e . T h e fe a s i b i li t vs ma l l c o n s ta n t - c u r -Re s i s t a n c e : F a s t me a s u r e me n t收稿日期:2 0 ( 12 - 0 2 - 0 4 作者简介: 陈照章( 1 9 4 5 -) ， 男， 江苏张家港人， 江苏理工大学副教授， 从事电子技术教学和信号采集与处理技术研究万方数据，孽胡少强、 刘前进、 霍崇业 变压器!5应高压试验的计算机监控和录波大球图 1

6、感应高压试验硬件框图多这是因为， 即使是采用具有锁定功能的数字表， 由于放电后总有一个瞬变过程， 锁定后的数据亦是 一个颇有争议的值， 而计算机所记录的是放电前后的电压和电流数据， 依此而判定的放电电压应是最 准确的气此外 还可以通过实录波形来判断试品的 放电或击穿的电压值及分析绝缘放电的性质-2 感应耐压试验的硬件框图图 1 中所示的为感应高1t . 试验的原理框图。对 J 一 中小型配电变压器， 中频发电机的额定电压已达8 ( X ) V ， 此时不必用中间变压器， 三相同时试验, A / D 模数变换采样系统通过互感器同时采样三相电压和电流值、对于 I l O k V以上的变压器， 绕组

7、的线端 与中性点一般具有不同的绝缘级、 感应高压试验同时考核纵绝缘和线端对地绝缘。此时往往是分相进 行试验， 加入至中间变压器和被试变压器的电源是 单相的 、 被试品的接线图可以有多种选择。图2 绘出一个非被试相支撑法的接线图 此时计算机的A /D通过互感器或分压装置采样被试绕组线端对地的 电压， 而电流采样可以有两个选择， 其一是在高压非被试相接地端前串人( 或穿芯) 电流互感器， 观察 一次绕组接地端电流， 另一是经中间变压器前的低压电流互感器采样低压侧电流计算机系统对升压和调压过程的控制是通过 D / A数模转换接口或 1 / 0开关量接口 进行的。在已经投入运行的4套装置中， 有 3套

8、中频机组采用直 流励磁此时采用 1 2 位 D / A由程序闭环控制实现调压， 早期采) 日 比例积分调节“ 1 ， 目前的装置采用模 糊控制调节。二者均能平稳地实现调压控制乃另有 1 套中频机组为绕线式电机，由1 / 0接口控制一台交流调压器正反转来实现调压3 计算机控制试验检测录波程序框图本装置的主要特点是可以持续采样录波， 而只数据处理、 屏幕显示以及发出调压控制指令等与采 样录波是并行的。这个过程从进人预定耐压值的5 0 %开始，直至耐压完毕降至 5 0 %电压以下都在持图2 1 1 0 k V变压器非被试相支撑法接线图续进行着， 其程序框图见图 3图中第2框持续采样是通过 A / D

9、接口进行， 按 不同的中频电机频率，工频每周采样点数为 2 5 0 -5 0 0 点， 采样周期 2 0 - 3 0 w s , 录波不过是采样值记人 计算机内存， 无须专门的硬件装置。数据处理主要是通过电压和电流前波与后波的对比来确定被试 品有无放电。一般情况下， 即使处于升压或降乐阶段， 相邻周波的电流电8 : 值也不会有很大变化若 有突变则进人第 4框， 立即切除 、 降压并将当前录 得的一个时段的波形数据存人磁盘， 以便允许事后重新调出此波形进行放电故障分析第 5 框是把数据处理所得的电压电流值与预 先选定的电压 、 电流保护上限比较。超过上限即跳闸， 这实际是在球隙和过电流保护继电器

10、之外多设 了一项软件保护。电压的保护 匕 限 般是高出预定耐压值的 1 0 %一 巧%， 电流上限应高于被试品正常电 流而又低于短路电流。经4个变压器厂的实践证明， 总是第 3框或第5框的软件保护先启动， 切断 试验回路， 此时过电流继电器仅作为后备保护第6框是给出一个调压指令。为方便控制， 程 序设定了一个开关量 WIT代表不同的试验阶段，WI T = 0 , 1 , 2 分别代表升压， 耐压， 降压三个阶段一在 升压阶段， 如当前电压低于预定电压， 就要给出升压指令， 但二者差值越小， 升压速度越慢， 力求平稳 升至预定值。耐压阶段亦尽量减少调压的机会， 基 本上处于维持状态， 而在降压阶

11、段则应快速降压4 录波的必要性和波形实例分析如本文概述中提到， 先前我们开发的计算机检 测系统已能把耐压过程中各个时刻的电压电流值记录下来而且能够抓住放电前后电流、电压的数 值， 此举已经能够对确定试品真正的放电电压值有很大帮助。增加录波功能的必要性以及其适用范围是需要进一步讨论的首先， 增加录波功能主 要是考虑到 I I O k V及以上变压器试验的复杂性。对于线端与中性点绝缘级 不同的高电压变压器， 往往是绕组的纵绝缘和线端 主绝缘同时考核， 试验接线也较复杂。如图2所示，万方数据2 2一_一一 一一一 S一一 一一一 一一 一 当变压器发生放电故障时， 试验人员往往听到内绝问， 光凭已知

12、放电前后的电压电流值不能完全解答缘放电和线端保护球隙放电同时发生。此时往往存这类问题。但如能把放电前后的波形记录 F 来将有 在着两种解析， 一种认为内绝缘先放电， 其后瞬变助于问题的分析。下面先看一批波形记录实例过程产生振荡过电压再把球隙击穿。另一种说法认图4 a 一图 4 c是按照 图 2的接线 ，在一 台 为中间变压器和被试品变压器铁心非线性， 在容性4 0 0 0 0 k V A / 1 1 0 k V有载变压器上进行试验的录波 负荷 ， 参数接近谐振， 升压过程容易失控， 导致球图， 由于是一台实际产品， 为避免绝缘损伤， 仅在隙先放电，其后由于振荡过电压而使内绝缘击穿。5 0 %试

13、验电压之下进行放电试验。图4 d 和图 4 e 是 另外还可能产生这样的疑问， 究竟内绝缘放电是主试品， 为另一台已知有纵绝缘故障的 1 0 0 k V试验变绝缘( 对地) 放电， 还是纵绝缘放电等。所有这些疑压器， 试验时分别令球隙放电或不放电， 观察放电图 3感 应 高 压试 验 采样 录 波 控 制 程 序 榷 图万方数据第 ) 熊胡少强、 刘前进、 霍崇业: 变压器感应高压试验的计算机监控和录波z 3前后的波形虽然从 5 0 %耐压值开始直至耐压完毕降压5 0 %电压为止本装置都处于持续录波状态。但对分 析问题最有帮助的是发生放电前一个周波 ( 正常周图 号止常周放电周放 电 后 一周

14、接 线 图 一一4 ( . 1第 2 1 M : 8 2 .2 4 8 5 4 k V第 3 M I : 8 2 .3 8 0 5 l k V第 4 1 6 1 : 8 2 .2 4 8 5 4 k V标lk = 0 .6 6 7 -标度= 0 .6 6 7 . .标度= . .6 6 7 . , 了汉 A AAA A第 2 周 : 1 . 1 7 2 9 9 2 A第 3 周 :2 9 .3 5 6 6 7 A第 4 周 : 3 4 .9 2 4 1 A- 2 7 . 1 9 0 0 4 A - 3 8 . 3 0 7 7 4 A标度-0 .6 6 7 :二 ，标 度= 0 .6 6 7 -

15、标 度二 0 .6 6 7 - 于衣并夭接线 图 如 图 2所示 。大球 放电R ,4一有 (石 1第 2 周: 5 4 .9 7 4 1 I k V第 3 周 : 8 2 .5 5 6 4 8 k V第 4 周 : 1 0 .7 9 2 4 6 k V- 5 4 . 7 2 4 8 3 k V - 2 4 . 9 5 7 5 7 k V 谷7ms Bid-0.667.,- , / A . - a. - . . . r第 2 周 : 5 .1 1 8 6 3 3 A第 3 周 : 8 .0 2 7 5 3 6 A第 4周 :2 3 的6 2 9 A-1 9 . 2 6 6 0 9 A标度= 0

16、 .6 6 7 . 4标度= 0 .6 6 7 . ,标度 = 0 .6 6 7 - 一 n接线 图 如图 2所.l : .R , 短路 . 小球 放电R , 零4 (d第5 周 5 3 . 5 2 2 4 1 k V第6 周: 5 5 .5 7 5 3 2 k 1 第7 周:4 6 .8 7 9 7 6 k Vfe ; 度= 0 .6 6 7 -标度= 0 .6 6 7 - U IR= 0 .6 6 7 - 守应勺户勺户-第5周:4 .9 0 2 8 3 9 一6周:4 .8 8 5 5 7 6 A第7 周: 8 .7 8 7 1 3 1 A- 8 . 2 6 9 2 2 5 A标度二 。

17、.6 6 7 -标 度= 0 .6 6 7 -标 度= 0 . 6 6 7 - 入岁。拼入少接 线 图如 图 2所 不 ，小 球放 电R , 7 32图4 五种情况的放电前后波形图万方数据P津N号d常周放电 IC I放 电后1 ;3接 线图4 ( 山4 5 A : 2 9 . 1 6 6 0 5 k V第 6 I= : 2 9 .3 5 6 6 7 A 4 7周 :7 7 .3 8 0 2 k V- 9 2 . 4 6 9 1 2 k V1 ,), 1x = 0 .6 6 7 - D r 11 = 0 . 6 6 7 - M r “1k = 0 .6 6 7 . . 声 丫 厂 汾第 5 N

18、: 1. 2 6 0 2 3 7 A第 6周: 7 .5 6 1 4 2 1 A第 7 周 : 3 .2 1 1 0 1 4 A- 3 . 6 2 5 3 3 9 人6-r lk= 0 .6 6 7 - b a lk = 0 .6 6 7 - 61k - 0 . 6 6 7 . . 一 一 戳产 熟一j r 4 1 e ,第 8 1 9 :2 6 .3 6 5 2 8 k V第 9周: 2 7 .3 6 2 4 1 k V第 1 0 周 : 5 . 8 2 14 7 8 k V- 3 6 . 6 5 9 1 8 k Vb 6 %k二 。 .6 6 7 . , k4 ; 1.8 = 0 .6 6

19、 7 - 4 , 1k= 0 . 6 6 7 . , 止 了入之一 一娜第 8 1 31 : 1 .3 1 2 0 2 7 一9 周 : 2 5 .3 6 0 1 1 A第 1 0 周 : 3 0 .8 1 5 3 8- 1 , 2 0 8 4 4 6 A - 4 9 . 6 3 2 6 1 A标度 = 0 .6 6 7 , -标 度习 6 6 7 m s标 度= 0 . 6 6 7 - 一一一 一炭尹I f z续 图 4波) 、 放电周波和放电后一周波的波形图因此五种升高接近 4 倍。情况均仅给出上述三个相邻周波电压和电流的波图4 6仍是图2 接线， 但把线端保护球隙拉开， 形图其中电压波形

20、图是被试相线端对地( 通过电不让其放电， 而把中性点球隙距离拉近， 让其放电I t 互感器) 的波形， 而电流波形图是中间变压器前且把保护电阻短接( R x = 0 ) 。记录的波形仍是线端电 通过低1+ . 电流互感器取样的波形波形图上标注的压和低压侧电流。从波形可见， 放电仍是在正半波 电压如果正负峰相近，则程序控制仅标出 一 个值，发生， 放电发生瞬间高频振荡可以在线端产生较高属有效值标度的峰值电压。如正负峰不一致， 则分的过电压， 低压侧电流升高接近 3 倍 别标 出有效值标 度的正峰值和负峰值 。时标为图4 c 的接线和球隙距离与图4 6 相同，差别仅 0 . 6 6 7 n , s

21、 下 面逐分析录得的波形图。是 R : 不为零， 接上保护电阻。从图4 c 中可见， 由于图4 。 是把图2中线端保护球隙放电电压调至有保护电阻， 中性点保护球隙放电后线端电压没有相应于8 2 k V左右的距离， 而中it 点保护球隙拉开，出现振荡过电压， 也没有切断， 而是放电后周电 不让其放电。 从图中看到， 电压升至8 2 k V， 球隙在正压降低， 电流升高 平波发生放电，放电后接着很快衰减的阻尼振荡，比较图4 b和图4 。可见，保护球隙前面的电阴其中变爪器线端并无过电压， 而低压侧电流放电后是不可省掉的，否则振荡过电压对变压器绝缀不万方数据第 v 期胡少强、 刘前进、 霍崇业 变压器

22、感应高压试输的计算机监控和录波利图4 d的被试品是已知有内部纵绝缘故障的一台 1 0 0 k V试验变压器线端球隙被拉开， 电压升至2 9 k V, 即听见内部有放电声。从波形图上看见， 放电 是在负半周产生 绝缘放电后， 线端电压随即上升至原来的3 倍， 低压侧电流亦上升。由于球隙被拉开，球隙不放电， 波形亦未切断图4 e的试品情况与图4 d完全相同仅是线端 球隙距离拉近、 由 于 绝缘损伤的积累， 这一次电压升至2 6 k V即发生纵绝缘故障放电，此时试品内部绝 缘和球隙放电同时被试验人员听见从波形图上可见， 线端电压升高， 但升驭3 6 k V球隙放电， 电压被 切断 随之是一般的阻尼衰

23、减过程， 而低压侧电流由于球隙放电而显著上升虽然 述仅分析了五种情况下的示波图，但已 经给了 我们一些启示 】( )带有保护电阻的球隙放电一般不会引起试品端头产生过电压振荡，此时球隙放电不会危及变 压器绝缘， 相反无保护电阻的球隙放电是危险的( 2 ) 被试品纵绝缘放电可以引起线端对地电压 大大升高，提示线端保护球隙可以防止主绝缘随之击穿( 3 ) 图4 e 的情况虽然是试验人员听见内部绝缘放电和球隙放电同时发生， 但该波形清楚地显示， 端 电压波形畸变向上在先， 下截在后、 因此可以判断内部纵绝缘放电在先， 引起电压上升， 在到达球隙放电 电压后产生切断。此外追溯放电前若干周的波形可 见电压

24、平稳， 可排除电压不稳定的因素。综上所述，放电前后的波形实录确能有助于试验过 程及 试品放 电情况分析5 结论( 1 ) 通过计算机硬件和软件的配合， 可以实现变 压器感应高压试验的自动控制，并同时可以录下被 试品放电前后的电压、 电流波形，( 2 ) 通过放电前后波形的分析， 对试验是否发生异常情况， 被试品内、 外绝缘发生何种性质放电以及 放电电压值等可以作出较为正确的判断参考文献:L U胡少强、 霜崇业.微计算机监控的工频高电压试验i波装置田 变压器 , 2 0 0 0 ,3 7 ( 8 ) : 3 3 - 3 7 . 2 1 霍祟业， 李远东 徐滚林等.计算机自动测试系统在变压器上的应

25、用田变压器 1 9 9 4 . 3 1 ( 4 ) : 2 5 - 2 7 .Mi c r o c o mp u t e r Mo n i t o r in g a n d Wa v e f o r m R e c o r d in g S y s t e m f o r T r a n s f o r me r I n d u c e d - H i g h - V o l t a g e T e s tHU S h a o - g ia n g , L I U Q i a n ji n , HU O C h o n g ye( S o u t h C h in a U n i v e r

26、s i t y o f T e c h n o lo g y , G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 1 , C h i n a )A b s t r a c t : T h e h a r d w a r e a n d s o f t w a r e o f c o m p u t e r s y s t e m u s e d i n t r a n s f o r m e r t e s t a r e d e s c r i b e d , T h e s y s t e m c a nr e c o r d t h e v o l t a g e a n d c

27、 u r r e n t w a v e f o ri n d u c e d - h ig h - v o l t a g eb e f o r e a n d a f t e r d is -c h a r g e i n r e a l t i m e .Ke y w o r d s : T r a n 晌r m e r ; H V t e s t ; C o m p u t e r ; Mo n i t o r i n g ; Wa v e r e c o r d收稿日期: 2 0 ( 12 - 0 4 - 1 5 作者简介: 胡少强( 1 9 5 5 -)男， 广东从化人， 华南理工大学电力学院高级工程师， 研究方向是电力系统自动装置与故障检侧. 变压器和高压电器的自动试验系统的开发和研究刘前进( 1 9 6 7 - )男 湖北麻城人， 华南理工大学电力学院副教授， 从事继电保护教学及科研霍崇业( 1 9 3 6 - ) ， 男， 广东南海人， 华南理工大学电力学院教授， 研究方向是变压器和高压电器的自动试验系统.谐波分析、 变压器优化设计的开发和研究万方数据