一种检测电力变压器绕组变形的测试装置及测试方法

摘要

本发明涉及一种检测电力变压器绕组变形的测试装置及测试方法，其装置包括：上位机、测试单元、DDS扫频信号发生器单元、宽频功率放大器单元和电源系统；测试单元包括中央处理器单元、数据采集单元、逻辑控制模块和通讯单元；中央处理器单元通过通讯单元与上位机交互信息，按上位机的指令向逻辑控制模块发送工作指令，同时向DDS扫频信号发生器单元发出产生相应扫频信号的指令，DDS扫频信号发生器单元产生的扫频信号传输至受试电力变压器一侧的绕组；数据采集单元连接在电力变压器绕组两端，采集数据进行调理并转换为数字信号，数字信号输送至中央处理器模块进行运算后通过通讯单元传输至上位机；逻辑控制模块同时与中央处理器模块和数据采集单元连接，以控制数据的采集和传输。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统的测试装置及测试方法，特别是关于一种检测电力变压器绕组变形的测试装置及测试方法。

背景技术

电力变压器在运行、运输过程中，绕组可能会经受机械力或电动力的作用，导致绕组发生局部扭曲、鼓包或移位等变形，严重时将直接造成突发性事故。绕组发生局部变形以后，即使没有立即损坏，也有可能留下严重的故障隐患。因此，对变压器绕组进行变形测试，判断绕组状态，已成为重要的变压器状态诊断项目。

目前，诊断绕组变形采用以下两种方法：一是频率响应分析法(简称频响法)；二是电抗法。频响法是测试变压器绕组的频率响应特性曲线，通过比较波峰、波谷频率的一致性进行绕组变形分析的一种方法。该方法操作简单、易于实施，得到较广泛应用。但频响法对某些变形灵敏度不高，容易造成误判。电抗法是通过测试绕组在工频电压下的短路阻抗值来判断绕组是否变形，对某些变形类别比频响法更敏感，但由于采用单一的工频频率，敏感范围存在局限性且易受干扰。此外，电抗法易受铁心老化和剩磁影响，因此，电抗法和频响法成互补之势。为了检测电力变压器绕组的变形，一般要进行电抗法和频响法两次测试，但由于两种测试法所采用的测试设备及接线方式不同，因此采用不同的测试方法时需要重新接线，极为耗时耗力，给现场测试工作带来了很大不便。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够高效、准确地检测电力变压器绕组变形情况，且操作简便的检测电力变压器绕组变形的测试装置及测试方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种检测电力变压器绕组变形的测试装置，其特征在于包括：一上位机、一测试单元、一DDS扫频信号发生器单元和一宽频功率放大器单元，以及一为各单元供电的电源系统；所述测试单元包括一中央处理器单元、一数据采集单元、一逻辑控制模块和一通讯单元；所述中央处理器单元通过所述通讯单元与所述上位机进行信息交互，按所述上位机的指令向所述逻辑控制模块发送工作指令，同时向所述DDS扫频信号发生器单元发出产生相应扫频信号的指令，所述DDS扫频信号发生器单元产生的扫频信号传输至受试电力变压器一侧的绕组；所述数据采集单元连接在所述电力变压器绕组两端，采集数据进行调理并转换为数字信号，所述数字信号输送至所述中央处理器模块进行运算，运算后的测试数据再通过所述通讯单元传输至所述上位机；所述逻辑控制模块同时与所述中央处理器模块和数据采集单元连接，以控制数据的采集和传输。

所述测试单元的中央处理器单元包括中央处理器模块和程序存储器模块，所述程序存储器模块对所述中央处理器模块的程序和数据进行存储；所述数据采集单元包括二信号调理模块，一A/D高速采集模块和一高速缓存模块，所述二信号调理模块分别连接在所述受试电力变压器一侧绕组的两端，在所述逻辑控制模块的控制下采集和调理数据，并将经调理的信号输送至所述A/D高速采集模块转换为数字信号，再输送至所述中央处理器模块；所述逻辑控制模块连接所述二信号调理模块，所述A/D高速采集模块，所述高速缓存模块及所述程序存储器模块。

所述程序存储器模块为一RAM芯片。

所述逻辑控制模块为可编程逻辑器件。

所述DDS扫频信号发生器单元包括一D/A波形发生模块和一波形处理模块，所述D/A波形发生模块按照所述中央处理器单元的指令产生需要的扫频信号，所述扫频信号通过所述波形处理模块进行波形放大和去除干扰信号处理后，传输给所述宽频功率放大器单元。

所述宽频功率放大器单元包括一功率放大模块和一功率电源系统，所述功率放大模块放大所述波形处理模块输入的信号的功率，并输送至所述受试电力变压器绕组，所述功率电源系统为所述功率放大模块供电。

所述通讯单元为一USB数据接口。

本发明还提供了一种采用上述测试装置检测电力变压器绕组的测试方法，其特征在于包括以下步骤：(1)设置一包括上位机、测试单元、DDS扫频信号发生器单元、宽频功率放大器单元和电源系统的测试装置，将所述宽频功率放大器单元连接在受试电力变压器原边侧绕组的一端，所述测试单元的数据采集单元连接在所述受试电力变压器原边侧绕组的二端，所述上位机设定待测项目，并通过所述测试单元的通讯单元输入所述测试单元的中央处理器模块；(2)测量电力变压器绕组一个频段的电抗值：将所述DDS扫频信号发生器单元产生的由所述宽频功率放大器单元放大的扫频信号施加在选定的所述受试电力变压器的原边侧绕组，并将所述测试电力变压器的副边短路，由所述二信号调理模块分别采集输入的大功率扫频信号和经过所述受试电力变压器绕组后的大功率扫频信号，并将采集到的信号输入所述测试单元的中央处理器单元进行运算，运算后的数据通过所述通讯单元输送至所述上位机，由所述上位机中预设的测试程序结合测试数据计算出设定的频段范围的电抗值，然后与原始的同频率段下的电抗值进行比较，并比较电抗值随频率的变化趋势，判断电力变压器绕组的变形情况；(3)测量电力变压器绕组的频响曲线：断开所述受试电力变压器的副边侧，测试者通过所述上位机设置所需测试的频率段信号，通过所述通讯单元传输至所述测试单元的中央处理器单元，所述中央处理器单元向所述DDS扫频信号发生器单元发出产生测试需要的扫频信号的指令，并将所产生的扫频信号施加在所述受试电力变压器的原边侧，所述数据采集单元在所述逻辑控制模块的控制下，采集数据并将数据输送至所述中央处理器单元进行运算，运算后的测试数据通过所述通讯单元传输至所述上位机，所述上位机通过预设的测试程序并结合测试数据得到频响曲线，并与原始的同频率下的频响曲线比较波峰、波谷频率的一致性，判断电力变压器绕组的变形情况。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于将频响法和电抗法两种测试方法集成在一个测试装置中，一次测试接线可同时得到两种测试方法的数据，提高了判断电力变压器绕组的变形情况效率。2、采用本发明的装置可以使频响法和电抗法的接线相同，一次接线测试即可得到两种测试的结果，更便于判断电力变压器绕组的变形情况。3、本发明由于将频响法和电抗法两种测试方法集成在一个测试装置中，不仅可以测量工频电压下的电抗值，同时可以测量受试电力变压器额定频率上、下一个频率段的电抗值，可以通过与原始的同频率下的电抗值比较，并比较电抗值随频率的变化趋势，从而扩大了对电力变压器绕组的变形情况的敏感范围，提高了测试的灵敏度。

附图说明

图1是测试装置工作原理图

图2是测试装置接线原理图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1示，本发明所提供的测试装置包括一DDS扫频信号发生器单元10、一宽频功率放大器单元20、一测试单元30、一为各单元供电的电源系统50以及一上位机。

如图1所示，本发明的DDS扫频信号发生器单元10包括一D/A波形发生模块11和一波形处理模块12，D/A波形发生模块11按指令生成测试需要的扫频信号，该扫频信号经过波形处理模块12的处理，将扫频信号波形放大并去除干扰信号，再输送到宽频功率放大器单元20。

如图1、图2所示，宽频功率放大器单元20包括一功率放大模块21和一功率电源系统22，宽频功率放大器单元20的作用是将DDS扫频信号发生器单元10产生的扫频信号的功率进行放大，形成能满足测量要求的大功率信号，然后将产生的大功率信号输出给受试电力变压器40。DDS扫频信号发生器10和宽频功率放大器20是本领域常用设备，在此不再详述。

如图1所示，测试单元30包括一中央处理器单元31、一数据采集单元32、一逻辑控制模块33和一通讯单元34。其中的中央处理器单元31包括一中央处理器模块311和一程序存储器模块312。中央处理器模块311接收上位机发出的待测项目指令，依据上位机的指令向逻辑控制模块33发送工作指令，同时向D/A波形发生模块11发出产生相应扫频信号的指令，使D/A波形发生模块11按指令发出扫频信号，并对数据采集单元32输入的测试数据进行运算，以及将运算的结果通过通讯单元34送回上位机。本实施例中，中央处理器模块311采用数字信号处理器(digital signal processor)DSP，也可以采用本领域中公知的任何可以实现相同功能的其它微处理芯片。程序存储器模块312为一RAM(Random-access memory)芯片，用于存储中央处理模块311的程序和数据。

数据采集单元32包括二信号调理模块321、322，一A/D高速采集模块323和一高速缓存模块324，二信号调理模块321、322分别连接在受试电力变压器40一侧绕组的两端，采集数据并对数据进行调理，消除其中混杂的干扰信号，再将信号输入A/D高速采集模块323，信号调理模块321、322构成二采集信号的输入通道。输入A/D高速采集模块323的信号被高速转换为数字信号，再输送至高速缓存模块324，通过高速缓存模块324传输至中央处理器模块311。其中A/D高速采集模块323为一模数转换芯片，高速缓存模块324为一高速缓存芯片。

上述实施例中，二信号调理模块321、322，A/D高速采集模块323，高速缓存模块324及程序存储器模块312依据逻辑控制模块33发出的指令进行工作，而逻辑控制模块33发出的指令受中央处理器模块311控制，以实现信号的稳定及数据的准确测量和传输。在本实施例中，测试单元30的逻辑控制模块33为一可编程逻辑器件CPLD(Complex Programable Logic Device)，也可以采用本领域公知的任何可以实现相同功能的其它可编程逻辑器件。

测试单元30的通讯单元34为一USB数据接口，测试单元30与上位机测试软件之间的测试数据和控制命令通过通讯单元34进行传输。

采用本发明的测试装置测试电力变压器绕组，不仅可以测量工频电压下的电抗值，而且可同时测量受试电力变压器额定频率上、下一个频段的电抗值，然后与原始的同频率下的电抗值进行比较，并比较电抗值随频率的变化趋势，即将频响法和电抗法两种测试方法集成在一个测试装置中进行测试，一次测试接线可同时测得两种测试方法的数据，具体测试步骤如下：

首先，设置测试装置：如图2所示，选定受试电力变压器40原边侧的绕组，通常是变压器的原边侧，将数据采集单元32的二信号调理模块321、322连接在电力变压器40原边侧绕组的两端，宽频功率放大器单元20连接在电力变压器40原边侧绕组的输入端。如需测试50Hz上、下频率段的电抗值曲线，测试者便通过上位机将测试频段范围设置为30Hz到500Hz，由上位机设定的待测项目通过通讯单元34的USB接口传输至中央处理器单元31，由中央处理器单元31向DDS扫频信号发生器单元10中的D/A波形发生模块11以及逻辑控制模块33发出指令，D/A波形发生模块11按照指令产生测试需要的扫频信号，该信号再经过波形处理模块12的处理，输入到宽频功率放大器单元20。宽频功率放大器单元20将DDS扫频信号发生器单元10产生的扫频信号进行功率放大，产生满足测量要求的大功率扫频信号。

然后，测量电力变压器绕组一个频段的电抗值：将产生的大功率信号施加在电力变压器40的原边侧绕组，同时将电力变压器40的副边短路，大功率扫频信号通过电力变压器40绕组的原边侧，由信号调理模块321、322分别采集输入的大功率扫频信号和经过变压器绕组后的大功率扫频信号，在逻辑控制模块33的控制下，将采集到的信号调理后通过A/D高速采集模块323转换为数字信号，再输入高速缓存模块324，最后由高速缓存模块324将数字信号传输至中央处理器单元31进行运算。运算后的测试数据再通过通讯单元34传输至上位机，上位机中已设置的测试程序结合测试数据和指令测试得到频段范围为30Hz到500Hz工频电压下的电抗值，然后与原始的同频率段下的电抗值进行比较，并比较电抗值随频率的变化趋势，即通过电抗法测量电力变压器绕组的变形进行判断。

最后，测量电力变压器绕组的频响曲线：此时将副边侧开关60断开，测试者通过上位机设置所需测试的频率段信号，如设定测试1kHz到1MHz的频响曲线，通过通讯单元34的USB接口传输至中央处理器单元31，由中央处理器单元31向DDS扫频信号发生器单元10发出指令，通过DDS扫频信号发生器单元10产生测试需要的扫频信号，并输入到功率放大器单元20进行功率放大。将产生的大功率扫频信号施加在电力变压器原边侧，大功率扫频信号通过电力变压器40绕组的原边侧，数据采集单元32在逻辑控制模块33的控制下，采集数据进行调理并转换为数字信号，数字信号输送至中央处理器单元31进行运算，运算后的测试数据再通过通讯单元34传输至上位机，上位机中已设置的测试程序结合测试数据和指令测试得到频段范围为1kHz到1MHz的一频响曲线，并将该测试频响曲线与原始频响曲线比较波峰、波谷频率的一致性，即通过频响法对电力变压器的变形进行判断。

上述描述中的“原始”，可以是出厂铭牌上的数据，也可以是运行中前一次或前一时期的数据。