一种配电变压器绕组材质测试系统及方法与流程

1.本发明涉及配电变压器绕组材质检测领域，特别是涉及一种配电变压器绕组材质测试系统及方法。


背景技术：

2.目前配电变压器生产中，有些企业为降低成本，采用具有较强经济性的铝线代替铜线作为导体材质。首先，两者作为导电材料使用，从原理上来说，差别主要在于导电率的差异，铜线要比铝线导电率高，铜线的电量损耗更低，最终会导致用户用电的质量上有所差别。其次，从成本上考虑，相同单位的铜线价格大约是铝线的两倍多。此外，铜线的导热性能比铝线要高。长时间使用的话，在安全方面铜线较铝线有优势。根据上述材料各方面的性能，配电变压器“以铝代铜”现象较为隐蔽，生产完成后，通过成品外观及接线端子很难识别，只要设计合理，利用现有标准规定的试验项目则很难发现，若通过吊芯解体检查则会破坏整个变压器，开展的难度大，不经济。
3.目前常用的检测方法有如下几种：
4.1、通过比较器身体积、器身密度来判断变压器绕组材质,对于油浸式变压器还可通过利用油箱容积、油质量进行鉴别，这种鉴别方法利用单一样本的数据作为判断的依据，缺乏更严密的理论推导，鉴别结果可靠性较差，且具有一定的局限性。
5.2、通过x射线来鉴别变压器绕组材质；该鉴别鉴别方法操作较复杂，且由于散射线的影响最终实际测量结果较差。
6.3、通过热电效应的方法鉴别变压器的绕组材质；该方法用于测试油浸式变压器，该种方式在油变时受加热方式的限制，鉴别时仍需要进行吊芯处理。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种配电变压器绕组材质测试系统及方法，由于铜、铝在不同温度下的电阻比具有不同的变化关系，根据测量计算在不同温度下电阻与基准温度下电阻的比值对照铜、铝材质的参考电阻比与温度变化的关系，判断变压器的绕组材质。
8.本发明提供了一种配电变压器绕组材质测试系统，包括温度调控装置，直流电阻测试装置、温度采集装置、待测变压器和试验变压器；
9.所述待测变压器设在所述温度调控装置内部，所述待测变压器绕组分别连接所述直流电阻测试装置和温度采集装置，所述试验变压器与所述待测变压器连接，给待测变压器快速升温。
10.通过调节温度调控装置的温度进行一段时间的加热，使得待测变压器各处温度平衡；所述直流电阻测试装置用于测试待测变压器的高、低压绕组直流电阻值，所述温度采集装置用于测试待测变压器的顶层、底层及变压器高、低压绕组的实际加热温度。
11.进一步的，所述试验变压器的低压绕组端与电源连接，高压绕组端与所述待测变压器的高压绕组端连接。
12.通过试验变压器与待测变压器绕组连接，利用试验电源通电，直接给绕组电阻进行加热，快速提升待测变压器的测试点的温度，减少达到预计的调节初始温度的时间。
13.进一步的，所述试验变压器能够调节输出电流，根据待测变压器的电压等级和容量规格调整输出电流。
14.试验变压器作为快速提升待测变压器测试点温度的装置，能够调节输出电流，即能够适用于要检测的不同规格的待测变压器的测量，同时能够调整合适的电流输出，保证不损伤变压器的同时能够快速对待测变压器升温。
15.进一步的，所述直流电阻测试装置与待测变压器高压绕组端和低压绕组端的任意两个绕组端点连接，且高压绕组端和低压绕组端的绕组端点相对应。
16.直流电阻测试装置与相对应两个绕阻端连接，测量对应高压与低压组两端的电阻值，用于计算在该温度下的电阻比。
17.进一步的，所述温度采集装置与待测变压器高压绕组端和低压绕组端的任意两个绕组端点连接进行温度检测。
18.为使得电阻比随温度的变化关系更为准确，因为在测量电阻时需要确保待测变压器各点温度平衡，而由于利用试验变压器快速提升温度会导致温度提升后各点温度有差异，影响电阻比与温度变化关系的准确性。
19.本发明基于上述测试系统提供了一种配电变压器绕组材质测试方法，基于电阻比随温度变化的关系进行绕组材质的测试；
20.具体包括如下步骤：
21.s1：通过试验变压器对待测变压器快速加热；
22.s2：通过温度调控装置对待测变压器进行恒温加热，使各处温度平衡；
23.s3：温度平衡后，调节温度调控装置进行加热，并获取不同平衡温度下变压器高压组和低压组的电阻值，计算与基准温度下电阻值的电阻比；
24.s4：根据得到的不同温度下的电阻比，得到电阻比与温度的变化关系，并与相同的温度平衡节点和基准温度下得到的参考电阻比随温度变化的关系进行比较，判定变压器的绕组材质。
25.进一步的，步骤s1中，快速加热达到的最终温度要高于要进行温度调控时的初始温度值。
26.快速加热完成后，利用温度调控装置调控初始温度，能够使浮动的温度快速达到要求的初始温度值。
27.进一步的，步骤s3中，所述基准温度为待测变压器的冷态温度值或任一平衡温度值。
28.冷态温度下为最佳平衡温度，得到的电阻比较为精准，同时利用冷态温度作为基准温度，避免采用过多后续经调整的温度值下的电阻比。
29.进一步的，步骤s4中，所述参考电阻比为铜、铝材质分别对应电阻比的平均值，计算公式如下：
30.[0031][0032][0033]
其中，k
cu
表示铜材质的电阻比，k
al
表示铝材质的电阻比，t2表示不同的平衡温度，t1表示基准温度。
[0034]
本发明的有益效果如下：
[0035]
1、本发明的测试方法首先采用电加热方式先对变压器加热，之后采用烘箱加热使得变压器各温度测试点温度达到平衡后测试各温度点绕组的直流电阻，利用在不同温度下铜、铝的电阻系数的不同，判别变压器的绕组材质，材质判别的准确性高，且对样品无破坏性，通过快速加热和温度调节加热两部分，大大减少了温度平衡状态所用的时间，提高了检测效率。
[0036]
2、系统包括外置的试验变压器，采用试验变压器对待测变压器进行电加热，试验变压器的电流输出能够调节，能更好的适应各种规格型号的配电变压器的测试。
[0037]
3、温度调控装置采用电烘箱，待测变压器设置在内部，能够使待测变压器均匀升温，使得变压器各温度测试点能够更快的达到热平衡状态。
附图说明
[0038]
图1是本发明的电加热时系统连接结构示意图；
[0039]
图2是本发明的烘箱加热时系统连接结构示意图；
[0040]
图3是本发明的电阻比随温度变化关系测试结果对比示意图。
[0041]
附图标记：1
‑
温度调控装置、2
‑
试验变压器、3
‑
直流电阻测试装置、4
‑
温度采集装置、5
‑
试验电源、6
‑
待测变压器。
具体实施方式
[0042]
在下面的描述中对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
实施例1
[0044]
本发明的实施例1提供了一种配电变压器绕组材质测试系统，如图1所示，所述系统包括温度调控装置1，直流电阻测试装置3、温度采集装置4、待测变压器6和试验变压器2；
[0045]
所述温度调控装置1采用电加热烘箱，测试时对待测变压器6高、低压绕组进行升温加热，所述待测变压器6高、低压组的任意两个端点分别连接所述直流电阻测试装置3和温度采集装置4，其中，所述直流电阻测试装置3包括测试电流发生器和双通道测试仪，所述测试电流发生器通过双通道测试仪能够对变压器的高、低压电阻进行同时测量，所述温度采集装置4包括热电偶和采集模块，所述热电偶分布于配电变压器的顶部，底部及高、低压绕组，通过采集模块准确获得配电变压器测试点的实际温度。
[0046]
所述待测变压器6的高压组端与所述试验变压器2的高压组端连接，所述试验变压
器2的低压组端接通试验电源5，通过输出的可调节电流对待测变压器6进行快速预加热。
[0047]
在利用试验变压器2对待测变压器6进行快速加热的阶段，如图2所示，将所述待测变压器6的低压组各端点短接，开启试验电源5通过试验变压器对待测变压器进行快速的加热；在利用烘箱对待测变压器进行温控获取温度平衡下的电阻参数阶段，如图1所示，将所述待测变压器各端点断开，如上所述将各端点分别连接直流电阻测试装置和温度采集装置。
[0048]
实施例2
[0049]
本发明的实施例2基于上述实施例1提供的测试系统，提供了一种配电变压器绕组材质测试方法，所述测试方法包括如下步骤：
[0050]
s1：将待测变压器6的低压组端点短接，高压组各端点分别连接试验变压器2的高压组端点，根据待测变压器6的规格大小调整试验变压器2的输出电流，对待测变压器6进行快速加热；
[0051]
当加热至待测变压器2温度测试点的温度高于准备测量电阻所需平衡温度的最低值时，停止试验变压器2输出电流，同时断开待测变压器6低压组端点的连接，进入温度平衡调节阶段。
[0052]
快速加热时，加热的最终温度要略高于最初平衡温度的温度值，能够快速调节温度至平衡，缩短调节的时间。
[0053]
s2：采用电烘箱对待测变压器6进行恒温加热，根据要获取电阻值参数所设的温度平衡点，按照从低到高的顺序，调节电烘箱的温度值，本实施例中电阻值采集的各温度平衡点温度差值相同，且最高温度不超过100度；
[0054]
温度在80度至140度的范围内，随着温度的增加，绝缘的相对老化率就会增加，为避免温度过高影响变压器的绝缘性能，因而本实施例中，加热温度不超过100度。
[0055]
s3：当温度平衡后，即各温度测试点温度相同时，通过直流电阻测试装置3获取该平衡温度下的高压组和低压组电阻值，计算各平衡温度下对应高压组和低压组的电阻值与基准温度下电阻值的电阻比，所述基准温度可为未加热前待测变压器的冷态温度或者任一个平衡温度值，本实施例中采用变压器冷态温度作为基准温度，计算公式如下：
[0056][0057]
其中，k
n
表示各平衡温度下测量电阻与冷态温度下测量电阻的比值，r
t
表示各平衡温度下高压组或低压组的测量电阻值，r
t
表示冷态温度下的测量电阻值。
[0058]
使用冷态温度作为基准温度，使测量参数获取的温度大多在低温，减少高温获得的参数，提高测量的准确性，同样使得平衡温度的调节更为简便。
[0059]
s4：由于铜、铝绕组材质在不同温度下的电阻比呈线性关系，根据得到的不同温度下的电阻比，得到电阻比与温度的变化关系，与参考电阻比随温度变化的关系进行比较，判定变压器的绕组材质；
[0060]
所述参考电阻比的获取过程如下：
[0061]
首先分别获取标准铜和铝绕组材质的电阻比；
[0062]
金属电阻r随温度t的上升而增加，电阻随温度的变化关系如下：
[0063]
r
t
＝r0(1 αt βt2 γt3
…
)
[0064]
其中r
t
与r0是与温度为t度和0度时的电阻值，α、β和γ为电阻温度系数，且α>β>γ。对于金属一般来说β很小，温度不高时，电阻和温度则为线性关系，线性关系式如下：
[0065][0066]
铜、铝的电阻温度系数在20℃时的α
20
分别为0.00393、0.00429，各温度之电阻系数与电阻乘积为定值，则0℃时的α0为：
[0067][0068]
根据铜、铝的校正系数得到当t＝20℃时，
[0069][0070][0071]
由此可分别得到铜、铝在0℃下的电阻系数α0分别为0.004265，0.004671将α0代入电阻和温度的线性关系式中得到：
[0072][0073][0074]
因而可获得铜、铝在不同温度下的电阻比为：
[0075][0076][0077]
其中，k
cu
表示标准铜材质绕组的电阻比，k
al
表示标准铝材质绕组的电阻比，t2表示不同的平衡温度，t1表示基准温度；t2选取的值与上述步骤s2和步骤s3中测量电阻时的平衡温度值相同，t1基准温度值选取与上述步骤s3中测量电阻时所用的基准温度值相同；
[0078]
之后分别计算获得不同温度下得到的铜和铝电阻比的平均值，计算公式如下：
[0079][0080]
最后将步骤s3得到的实际电阻比和温度变化关系与参考电阻比和温度变化关系进行比较，判定变压器绕组材质。
[0081]
如图3所示，为本实施例中测试结果对比图，由上至下分别为铝材质绕组对应的实测电阻比与温度的关系、参考电阻比与温度的关系、铜材质绕组对应的实测电阻比与温度的关系；如果实际高、低压绕组的电阻比和温度变化的斜率大于参考电阻比与温度变化的斜率则说明该配电变压器的绕组材质为铝，若小于则说明绕组材质为铜。
[0082]
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的
新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：
1.一种配电变压器绕组材质测试系统，其特征在于，包括温度调控装置，直流电阻测试装置、温度采集装置、待测变压器和试验变压器；所述待测变压器设在所述温度调控装置内部，所述待测变压器绕组分别连接所述直流电阻测试装置和温度采集装置，所述试验变压器与所述待测变压器连接，给待测变压器快速升温。2.根据权利要求1所述的配电变压器绕组材质测试系统，其特征在于，所述试验变压器的低压绕组端与电源连接，高压绕组端与所述待测变压器的高压绕组端连接。3.根据权利要求2所述的配电变压器绕组材质测试系统，其特征在于，所述试验变压器能够调节输出电流，根据待测变压器的电压等级和容量规格调整输出电流。4.根据权利要求1所述的配电变压器绕组材质测试系统，其特征在于，所述直流电阻测试装置与待测变压器高压绕组端和低压绕组端的任意两个绕组端点连接，且高压绕组端和低压绕组端的绕组端点相对应。5.根据权利要求1所述的配电变压器绕组材质测试系统，其特征在于，所述温度采集装置与待测变压器高压绕组端和低压绕组端的任意两个绕组端点连接进行温度检测。6.一种配电变压器绕组材质测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s1：通过试验变压器对待测变压器快速加热；s2：通过温度调控装置对待测变压器进行恒温加热，使各处温度平衡；s3：温度平衡后，调节温度调控装置进行加热，并获取不同平衡温度下变压器高压组和低压组的电阻值，计算与基准温度下电阻值的电阻比；s4：根据得到的不同温度下的电阻比，得到电阻比与温度的变化关系，并与相同的温度平衡节点和基准温度下得到的参考电阻比随温度变化的关系进行比较，判定变压器的绕组材质。7.根据权利要求6所述的配电变压器绕组材质测试方法，其特征在于，步骤s1中，快速加热达到的最终温度要高于要进行温度调控时的初始温度值。8.根据权利要求6所述的配电变压器绕组材质测试方法，其特征在于，步骤s3中，所述基准温度为待测变压器的冷态温度值或任一平衡温度值。9.根据权利要求6所述的配电变压器绕组材质测试方法，其特征在于，步骤s4中，所述参考电阻比为铜、铝材质分别对应电阻比的平均值，计算公式如下：参考电阻比为铜、铝材质分别对应电阻比的平均值，计算公式如下：参考电阻比为铜、铝材质分别对应电阻比的平均值，计算公式如下：其中，k
cu
表示铜材质的电阻比，k
al
表示铝材质的电阻比，t2表示不同的平衡温度，t1表示基准温度。
技术总结
本发明提供了一种配电变压器绕组材质测试系统及方法，系统包括温度调控装置，直流电阻测试装置、温度采集装置、待测变压器和试验变压器，先通过试验变压器的输出电流进行快速升温，再通过温度调控装置使得待测变压器各处达到温度平衡，同时不断调节平衡温度通过直流电阻测试装置获取高、低压绕组的电阻值，经计算获得不同平衡温度与基准温度下对应的实际电阻比随温度变化关系，并与标准材质对应的电阻比随温度变化关系进行比较来检测绕组材质。本发明利用铜、铝在不同温度下的电阻比随温度变化趋势不同，判别变压器的绕组材质，提高非破坏性测试方法的准确性，同时通过不同阶段的加热，使变压器快速达到平衡温度，提高了测试效率。效率。效率。


技术研发人员：蒋强 文哲 魏红云 杨叶龙
受保护的技术使用者：四川省产品质量监督检验检测院 成都市产品质量监督检验院
技术研发日：2021.03.02
技术公布日：2021/6/29