基于热电效应的配电变压器绕组材质检测方法研究

摘要

铝代铜是指用铝代替铜作为变压器绕组材质，是目前国内配电变压器普遍存在的一个问题。根据变压器型号编制方法，铝线变压器的型号必须特殊标注，否则就是一种“以次充好”的行为，不仅带来经济损失，也埋下了安全隐患。国家电网公司已经发现了此类案例，但是只能通过变压器吊罩进行检查。该方法需要破坏绕组绝缘且操作繁琐，因此需要研究一种方便快捷的无损检测方法。
　　本文提出了一种基于热电效应的变压器绕组材质检测方法。方法的出发点是热电偶测温原理的逆应用。热电偶是已知材料，通过测量热电势得到温度，而本文方法则是通过测量热电势和温度确定材料。铝线变压器内部必然存在铜铝接头，则将其视为热电偶，在温升情况下就会产生一定的热电势。而铜线变压器绕组回路中均为铜材，即使温升理论上也不会产生明显的热电效应。利用该热电势的差异即可实现绕组材质无损检测。
　　本文通过理论计算和实验测量得到铜和铝的塞贝克系数差异约为4μV/K，而铜变常用的各种铜材相互间塞贝克系数差异在1μV/K以内，二者差异明显。本文通过分析变压器热电效应的过程，推导出了绕组回路的总热电势和绕组材质的关系式。结合实际情况计算铜变和铝变的热电势差异，再考虑一定的裕度，确定判断阈值Um。变压器绕组两端温度差的建立是本方法的一个关键，因此本文对变压器绕组温度场分布进行了分析研究。检测时变压器为非运行状态，没有内部损耗，热源来自加热装置，主要由接触式热传导和变压器油对流换热建立温度场。
　　利用ANSYS软件进行有限元法温度场仿真，得到绕组两端温度差在30℃以上，可以满足检测方法的要求。在温度场研究基础上，本文继续利用ANSYS软件的热电耦合分析模块研究变压器绕组回路上的电场分布，得到回路的总热电势大小，并对比温度场分布研究其关系规律。仿真得到的电场分布规律与理论预期基本相符，可以满足实验判断的要求。最后，本文分别对单绕组和真实配电变压器进行了多组对比实验，研究分析其温度和热电势规律。实验验证结果可以有效区分配电变压器绕组材质是否为纯铜材质。

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1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 变压器绕组材质鉴别的研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 变压器绕组材质热电法检测理论分析

2.1 引言

2.2 热电效应基本原理

2.3 金属塞贝克系数分析

2.4 变压器绕组回路热电效应分析

2.5 热电效应法材质鉴别判据

2.6 本章小结

3 变压器绕组温度场仿真分析

3.1 引言

3.2 温度场基本理论

3.3 变压器绕组热传递过程

3.4基于有限元法的温度场仿真分析

3.5本章小结

4 热电效应法热电场分析及实验验证

4.1 引言

4.2 热-电耦合场仿真分析

4.3 热电效应法实验平台

4.4 热电效应法实验结果及分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录