一种工频试验变压器高压绕组首端电流监测装置及方法

摘要

本发明公开了一种工频试验变压器高压绕组首端电流监测装置及方法，该监测装置由高电位电流测量和低电位波形还原两部分组成。其中电流传感器、数据采集单元、光纤延长器、蓄电池、带电池舱托盘、连接导杆、屏蔽壳组成了监测装置的高电位测量部分。高低电位部分由光纤连接实现彼此之间的数据和控制信号。本发明能够监测在各试验过程中工频试验变压器高压绕组首端稳态和暂态电流波形，高电位测量部分放置在屏蔽壳内并且采用光纤传输数据可以有效地屏蔽电磁干扰。该监测装置还具有结构紧凑节省试验室空间，不受试验电压等级限制；使用蓄电池供电，可以实现长达10小时的实时监控；可重复使用，寿命长；且生产方便，维护成本低等优点。

说明书

技术领域

本发明属于电气试验设备运行状态监测和保护技术领域，涉及一种工频试验变压器高压绕组首端电流监测装置及方法。

背景技术

目前利用工频试验变压器进行试验检测的产品涉及到高压交直流输变电设备，相应地，工频试验变压器试验过程中不但要承受试品放电产生的恢复过电压，还会承受沿试品侧试验回路传播过来的高频暂态过电压，这些过电压可能在变压器匝间极不均匀分布造成变压器损坏，因此各试验回路均设计有保护措施。但目前对工频试验变压器常规测量的原边电流、副边电流、原边电压、副边高压均为稳态工频参数，不能反映变压器电流或电压的暂态状况，因此不能检验试验回路对变压器保护措施的有效性。

在保护电阻试品侧采用工频电容分压器，快速暂态电压测量响应时间不够，测量不准确。在保护电阻变压器侧采用冲击电压分压器，由于响应时间受到体积尺寸限制，不适用于测量超高压、特高压下的高频暂态电压。利用罗氏线圈测量电流并用光纤传输数据的方法成为高电位电流测量的发展趋势。

发明内容

基于此，本发明公开了一种工频试验变压器高压绕组首端电流监测装置及方法，该装置解决了在较高电压等级下不能通过测量变压器高压绕组首端电压来反映变压器运行状态的难题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种试验变压器高压绕组首端电流监测装置，包括通过光纤连接的高电位电流测量部分和低电位的下位机；

所述的高电位测量部分包括无电流导通的屏蔽壳；屏蔽壳两端的盖板上分别设置一个连接导杆，其中第一连接导杆端部固定在带电池舱门盖板上，带电池舱门盖板内壁设置有带电池舱托盘；第二连接导杆一端穿过带绝缘端盖板伸入屏蔽壳内部；第一连接导杆、带电池舱托盘和第二连接导杆依次连接并导通；屏蔽壳内部设置有电流传感器、数据采集单元、光纤延长器和蓄电池；电流传感器安装在第二连接导杆上，电流传感器通过双屏蔽电缆与数据采集单元连接；光纤延长器与光纤连接，数据采集单元通过光纤延长器将输出信号经光纤传输到低电位波形还原部分；蓄电池为数据采集单元和光纤延长器供电。

所述的屏蔽壳为圆柱形壳体，两端为圆形盖板；其中一端为带电池舱门盖板，另一端为带绝缘端盖板；盖板和屏蔽壳之间采用安装螺丝连接；两端圆形盖板上均设置有屏蔽环。

所述的带电池舱门盖板外侧中心焊接有第一连接导杆，并用螺丝固定电池舱门和光纤接头保护罩；带电池舱门盖板内侧焊接有带电池舱托盘和光纤延长器托盘。

所述的光纤接头保护罩由内空的两个半圆柱型凸台拼接而成，凸台顶端有半圆形通孔用作光纤出口，凸台底部设置有螺孔用于固定在带电池舱门盖板上；凸台顶部设置有同尺寸圆环套在凸台上，用于固定夹紧凸台、屏蔽拼接缝隙。

所述的带电池舱托盘是两端折边的长方形平板，一边焊接在带电池舱门盖板内侧，一边焊接有第二连接导杆，带电池舱托盘一面焊接电池舱，另一面通过门型架固定数据采集单元。

所述的蓄电池设置在电池舱内，蓄电池显示和控制面板设置在电池舱门一侧；光纤延长器设置光纤延长器托盘上，光纤接头藏于光纤接头保护罩中与光纤连接。

所述的带绝缘端盖板中间开有圆形通孔，圆形通孔上安装端部绝缘件，第二连接导杆穿过端部绝缘件从屏蔽壳的带绝缘端盖板伸出到外侧；端部绝缘件通过端部绝缘的固定套固定；端部绝缘的固定套通过螺丝固定在带绝缘端盖板外侧。

所述的电流传感器通过绝缘部件套在第二连接导杆上。

所述的监测装置布置于工频试验变压器和保护电阻之间。

一种基于试验变压器高压绕组首端电流监测装置的测试方法，包括以下步骤：

电流从屏蔽壳外侧的第一连接导杆流入，经过带电池舱托盘流入第二连接导杆端部，再从穿过屏蔽壳的第二连接导杆外端流出；电流流过电流传感器产生电压信号，电流传感器通过双屏蔽电缆连接将监测到的电压信号传输到数据采集单元；数据采集单元通过光纤延长器将输出信号经光纤传输到下位机；下位机将光纤传输过来的电压信号还原为真实的电流波形；下位机还通过光纤和光纤延长器将控制信号传送到数据采集单元。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的工频试验变压器高压绕组首端电流监测装置，用于在试验过程中测量工频试验变压器高压绕组首端稳态和暂态电流波形。通过设置高电位电流测量和低电位下位机两部分，有效的将高电位转换至低电位，并将信号还原为真实的电流波形；为校验试验回路中变压器保护措施的有效性提供了实测数据，解决了在较高电压等级下无法通过冲击电压分压器测量变压器高压绕组首端电压的瓶颈。尤其是屏蔽壳的设置提供了一个无电流导通的密闭空间，消除了外界测试的干扰，确保了测试数据采集的有效性。电流从屏蔽壳一侧的第一连接导杆流入，经过带电池舱托盘流入第二连接导杆端部，再从第二连接导杆外端流出；电流传感器将监测到的电压信号传输到数据采集单元，再将输出信号经光纤传输到低电位下位机，以还原为真实的电流波形。此装置不受试验电压等级限制，体积小节约试验室空间；采用近似全屏蔽不锈钢外壳及光纤传输技术，抗电磁干扰性能优越，经试验证明测量性能良好,完全满足各电压等级的工频试验变压器高压绕组首端电流的测量要求。除此之外，该监测装置使用蓄电池供电，可以实现长达10小时的实时监控；可重复使用，寿命长；且生产方便，维护成本低等优点。

进一步，两块盖板边缘上都设计有屏蔽环，防止产生电晕。

进一步，光纤头保护罩由内空的两个半圆柱型凸台拼接而成，凸台顶部设计同尺寸圆环用于固定夹紧凸台，屏蔽拼接缝隙，避免其暴露在外。

进一步，光纤的接头藏于光纤头保护罩中防止电磁干扰，与屏蔽壳内的光纤延长器相连。

进一步，连接导杆穿过端部绝缘的通孔，使之与整个屏蔽壳无电流导通。电流传感器用绝缘部件套在导杆上，避免其外屏蔽壳与导杆电气连接引起屏蔽壳内流通电流。

本发明的测试方法，将系统布置于工频试验变压器和保护电阻之间，用于测量试验过程中工频试验变压器高压绕组首端稳态和暂态电流波形。只需要进行控制，低电位波形还原部分就可以进行数据采集，可以准确的将光纤传输过来的信号还原为真实的电流波形。该方法简单、快捷，测量准确。

附图说明

图1是本发明工频试验变压器高压绕组首端电流监测装置的示意图；

图2是图1中屏蔽壳带电池舱门盖板的左视图；

图3是图1中屏蔽壳带电池舱门盖板的俯视图；

图4是图1中屏蔽壳带绝缘端盖板的右视图；

图中：1-电流传感器；2-双屏蔽电缆；3-数据采集单元；4-光纤延长器；5-蓄电池；6-光纤接头保护罩；7-第一连接导杆；8-端部绝缘；9-屏蔽壳；10-带电池舱托盘；11-光纤；12-下位机；13-带电池舱门盖板；14-带绝缘端盖板；15-电池舱门；16-安装螺丝；17-螺母；18-第二连接导杆；19-光纤延长器托盘；20-端部绝缘的固定套；21-电池舱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

参见图1，一种工频试验变压器高压绕组首端电流监测装置分为高电位电流测量和低电位的下位机12两部分。

高低电位部分由光纤连接实现彼此之间的数据和控制信号传输。高电位测量部分包括无电流导通的屏蔽壳9；屏蔽壳9两端的盖板上分别设置一个连接导杆，其中第一连接导杆7端部固定在带电池舱门盖板13上，带电池舱门盖板13内壁设置有带电池舱托盘10；第二连接导杆18一端穿过带绝缘端盖板14伸入屏蔽壳9内部；第一连接导杆7、带电池舱托盘10和第二连接导杆18依次连接并导通；屏蔽壳9内部设置有电流传感器1、数据采集单元3、光纤延长器4和蓄电池5；电流传感器1安装在第二连接导杆18上，电流传感器1通过双屏蔽电缆2与数据采集单元3连接；光纤延长器4与光纤11连接，数据采集单元3通过光纤延长器4将输出信号经光纤11传输到低电位波形还原部分；蓄电池5为数据采集单元3和光纤延长器4供电。

低电位下位机12为带波形还原软件的电脑。高电位电流测量部分通过光纤11将测得的电流信号传输到低电位下位机12进行波形还原，低电位下位机12发出的控制信号也通过光纤传输到高电位的数据采集单元3。低电位下位机，可以准确的将光纤传输过来的信号还原为真实的电流波形，低电位下位机对数据采集单元的控制信号也通过光纤传输。试验变压器高压绕组首端电流监测统布置于工频试验变压器和保护电阻之间，用于测量试验过程中工频试验变压器高压绕组首端稳态和暂态电流波形。

本实例中电流从屏蔽壳9带电池舱门盖板13外侧的第一连接导杆7流入，经过带电池舱托盘10流入第二连接导杆18端部，再从穿过屏蔽壳9带绝缘端盖板14外侧的第二连接导杆18外端流出；电流流过电流传感器1产生电压信号，电流传感器1通过双屏蔽电缆2连接将监测到的电压信号传输到数据采集单元3；数据采集单元3通过光纤延长器4将输出信号经光纤11传输到低电位下位机12的波形还原部分；低电位下位机12的波形还原部分将光纤11传输过来的电压信号还原为真实的电流波形；低电位下位机12也通过光纤11和光纤延长器4将控制信号传送到数据采集单元3。

所述电流传感器1的性能参数为冲击电流峰值0～1000A；稳态最大正弦电流有效值＞4A；可用上升时间≤5ns；低频截止频率≤50Hz；高频截止频率≥20MHz；灵敏度：0.1V/A；准确度：±1％。所述数据采集单元3带宽50Hz～20MHz；采样率≥100MS/s；存储深度≥512MS；采样精度8位以上。电流传感器1和数据采集单元3两者配合能够满足工频电流测量范围2～6A，冲击电流测量范围10～1000A，带宽50Hz～20MHz，准确度±5％，蓄电池5可以实现长达10小时供电。

如图2和图3所示，屏蔽壳9为圆柱形，两端为圆形盖板，采用不锈钢材料。其中一端为带电池舱门盖板13，另一端为绝缘端盖板14。盖板采用螺丝16固定在屏蔽壳圆柱形壳体上。带电池舱门盖板13开有电池舱门15和光纤接头保护罩6。绝缘端盖板14中间开有圆形通孔用于安装端部绝缘和带螺纹的连接导杆通过。两块盖板上都设计有屏蔽环，防止产生电晕。带螺纹的连接导杆有两根7和18，采用导电性和导热性较好的不锈钢材料，两根都有螺纹，其中一根连接导杆焊接于带电池舱盖板13上；另一根焊接于带电池舱托盘10上，穿过端部绝缘8的通孔，使之与整个屏蔽壳无电流导通。

带电池舱门盖板13外侧中心焊接第一连接导杆7；用螺丝固定电池舱门15，螺丝固定光纤接头保护罩6；内侧焊接有带电池舱托盘10和光纤延长器托盘19。带电池舱托盘10是两端折成直角的不锈钢板材料长方形平板，一边焊接在带电池舱门盖板13内侧，一边焊接有第二连接导杆18，平板一面焊接电池舱21，另一面通过门型架固定数据采集单元3。

蓄电池5设置在电池舱21内，打开电池舱门15可见蓄电池5显示和控制面板，用内六方螺丝将电池舱门15固定在带电池舱门盖板13，方便更换所述蓄电池5。蓄电池5为锂电池，用于给数据采集单元3和光纤延长器4供电。

光纤延长器4通过门型夹固定于光纤延长器托盘19上。光纤接头保护罩6由内空的两个不锈钢半圆柱型凸台拼接而成，凸台顶端有半圆形通孔用做光纤出口，凸台底部设计有螺孔用于固定在带电池舱门盖板13上。凸台顶部设置有同尺寸圆环套在凸台上，用于固定夹紧凸台、屏蔽拼接缝隙。光纤11的接头与光纤延长器4相连，藏于光纤接头保护罩6中防止电磁干扰。

如图4所示，带绝缘端盖板14中间开有圆形通孔，圆形通孔上安装端部绝缘件8，第二连接导杆18穿过端部绝缘件8从屏蔽壳9的带绝缘端盖板14伸出到外侧。端部绝缘8为圆柱薄管，采用绝缘性能优良且具备一定机械强度的尼龙材料制成，中间有圆形通孔用于穿过带螺纹的第二连接导杆18，圆柱薄管的外端嵌入不锈钢材质的固定套20内，固定套20通过螺丝固定在绝缘端盖板14外侧。

电流传感器1通过两个尼龙绝缘部件套在第二连接导杆18上，两端通过螺母17固定位置；螺母17与绝缘部件接触，不与电流传感器1外壳接触，避免外壳与导杆电气连接引起屏蔽壳内流通电流。

本发明的测试方法，包括以下步骤：

电流从屏蔽壳9带电池舱门盖板13外侧的第一连接导杆7流入，经过带电池舱托盘10流入第二连接导杆18端部，再从穿过屏蔽壳9带绝缘端盖板14外侧的第二连接导杆18外端流出；电流流过电流传感器1产生电压信号，电流传感器1通过双屏蔽电缆2连接将监测到的电压信号传输到数据采集单元3；数据采集单元3通过光纤延长器4将输出信号经光纤11传输到低电位下位机12的波形还原部分；低电位下位机12的波形还原部分将光纤11传输过来的电压信号还原为真实的电流波形；低电位下位机12也通过光纤11和光纤延长器4将控制信号传送到数据采集单元3。

以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。