智能型變壓器有載分接開關參數綜合測試儀探討

摘要：介紹了一種新型智能化的電力變壓器有載分接開關參數綜合測試儀。敘述了有載分接開關的工作過程及測試儀的系統結構，完成了有繞組和無繞組時過渡電阻測量電路的設計。該儀器操作簡便，抗干擾性強，工作穩定可靠。對于電力系統測試裝置實現智能化有重要意義。
　　關鍵詞：有載分接開關；過渡電阻；無繞組測量；有繞組測量
　　中圖分類號：TM933文獻標識碼：A
　　
　　有載分接開關是指能在變壓器勵磁或負載狀態下進行操作，用以調換線圈的分接連接位置的一種裝置。根據國家電力設備預防性試驗規程1997年規定，在有載分接開關生產和大修中要對有載分接開關的一系列參數進行測量。以往通常采用光線示波器記錄有載分接開關的過渡波形，通過人工分析獲得各種參數。這種方法測量困難，獲得數據精確度低。隨著智能化技術的發展，電力領域迫切需要一種能夠對有載開關的各種參數進行自動測試，測量精度高的智能化儀器。為此，在充分研究有載分接開關工作原理的基礎上，研制了這種新型的智能型電力變壓器有載分接開關參數綜合測試儀。
　　 1有載分接開關的工作過程
　　電力變壓器在變壓供電過程中，由于高峰低谷時用電量不同，需利用有載開關在線調換分接點，以保證負載不同時電網電壓穩定。切換過程通過過渡電阻輔助將負載電流無間斷地或無顯著變化地從一個分接轉到另一個分接。
　　整個切換的動作順序如圖1所示。圖1a為切換前的狀態，分接開關接在分接1上；圖1b為切換開始，開關的滑動觸頭向分接2移動，開關通過過渡電阻R1與分接1相連；圖1c中1、2連通滑動觸頭，觸頭通過R1,R2分別與分接1、2相連；圖1d中開關通過R2與分接2相連；圖1滑動觸e頭與分接2連上，開關完全切換到分接2上，切換結束。整個切換過程約30至60ms.從整個切換過程看，開關(或含變壓器)兩端的電阻值發生了變化，即從0→R→R/2→R→0.
　　
　　(a)(b)(c)(d)(e)
　　圖1有載分接開關工作順序(分接1到2,R1=R2=R)
　　因此從電阻值的變化就能判斷開關的工作過程是否正確。圖2為切換過程中某一相的過渡電阻隨時間的變化曲線(R-t)，從曲線中可獲得過渡時間，過渡電阻，三相同期性等參數。
　　
　　圖2過渡電阻波形
　　 2系統組成
　　有載分接開關測試儀總體框圖如圖3所示。被測開關的三相電壓電流信號分別經測量電路取入，放大后送采樣保持器，經雙多選一模擬開關分別送A/D轉換成數字量送入單片機進行運算和處理，測得波形及參數可在液晶屏上顯示，并可由微型打印機打印出來。本儀器自帶實時時鐘，可記錄測試時間；可保存三組被測波形，便于現場測試后帶回來分析；測試儀還配有RS232標準串行口，可將測得數據送計算機，永久存檔。
　　
　　圖3有載分接開關測試系統總體框圖
　　 3系統工作原理
　　3.1測量電路
　　有載分接開關的測量分為無繞組和有繞組測量兩種，即不帶負載(變壓器)和帶負載測量。無繞組測量主要用于開關生產時出廠測量，有繞組則用于開關檢修時。由于有載分接開關使用時和變壓器是連為一體的，測量時開關和變壓器分開很麻煩，所以采用有繞組測量。因有載分接開關測量大多是在出廠后，因此有繞組測量通常更重要。
　　無繞組測量采用加電壓源的方法，如圖4所示。在開關兩分接之間加入10V電壓源，串入一個取樣電阻Rs,采集電壓Uk及電流信號Ui,由下式
　　 R_x=U_kR_s/U_i
　　 (1)
　　可求得過渡電阻Rx.這種方法測量簡便，且被測電阻的測量范圍大。
　　
　　圖4無繞組測量電路基本結構
　　有繞組測量由于回路中加入了變壓器繞組，而變壓器繞組呈感性，在切換過程中會阻礙回路電流的變化，產生振蕩，使測得的電壓和電流信號不準，造成Rx不準。因此，對有繞組測量，采用加電流源的方法，以恒流消除開關切換時變壓器線圈電感對測量的影響，如圖5所示，在回路中加入П型濾波電路，以防止開關切換的開始和結束瞬間在變壓器線圈上產生振蕩。同樣，利用取樣電阻Rs,采集Ui和Uk信號，由公式(1)求得Rx.
　　
　　圖5有繞組測量電路基本結構
　　 3.2數據采集電路
　　三相的電壓Ui和Uk信號分別經前放及采樣保持送入多路模擬選通開關送入A/D轉換器中，A/D采用12位逐次比較型芯片AD1674,速率為10μs,轉換被測信號的瞬態值，用以描繪過渡電阻的變化波形。為保證采樣速度，采用兩片A/D同時采集，采集后的數字量送入單片機中。
　　 3.3數據處理及回放
　　數據處理選用高速51系列單片機80C320,它在相同晶振頻率下，比普通51芯片(如8031)速度高3倍左右。切換過程中，每隔100μs采集一組數據，對數據進行運算，得到各點的過渡電阻值Rx,送液晶顯示屏回放。顯示屏采用320×240的點陣式液晶屏，可顯示菜單及圖形。菜單采用漢化下拉式，并顯示操作提示，所有操作都可在菜單上完成，簡便易學，并能同時顯示出三相的過渡波形，便于比較，波形可縮放，通過選擇和移動光標可得到過渡時間，三相同期型，過渡電阻等參數。
　　 4結束語
　　該儀器操作簡便，測量精確可靠，抗強電沖擊，菜單及圖形顯示清晰直觀。該儀器已經研制完畢，并在現場調試運行成功。目前已形成產品，在電力行業中應用，得到工廠及用戶的認可。該智能型測試儀的研制成功，解決了以往采用人工方法測試有載分接開關的不準確性，尤其有繞組測量避免了將變壓器與開關分離的繁重工作，保證了測量的可靠性、便利性。為強電測試裝置向智能化發展提供了可參考的技術依據。
　　作者簡介：高松巍(1956-)，女，遼寧新民人，沈陽工業大學講師，碩士。
　　作者單位：高松巍葛岷，沈陽工業大學信息科學與工程學院，遼寧沈陽110023；
　　竇曦光，沈陽化工學校，遼寧沈陽110023
　　參考文獻：
　　[1]GB10230-88有載分接開關。
　　[2]吳潤宇。實用穩定電源[M]。北京：人民郵電出版社，1994。
　　[3]陸文駿。大電流電阻電感測試儀[J]。電測與儀表，1995(8):3～5.
　　[4]陳亞寧。變壓器的漏電感及測量[J]，1994(1):23～24,27.