变压器单相短路阻抗测试仪主电路的开发
摘 要电力变压器作为重要的电气设备，其安全可靠运行对电力系统极为重要。变压器短路阻抗测试是常规试验项目中的基本项目，比较变压器受到短路电流的冲击前后测得的短路阻抗值，根据其变化大小，可以初步估计绕组变形程度。它对于判断变压器能否投入运行具有重要的意义，也是判断变压器是否要求进行解体检查的依据之一。本课题专门针对此问题，设计制作了变压器单相阻抗测试仪。本设备专门用于变压器阻抗特性测试的智能化仪器。低电压阻抗测试能准确反应变压器在绕组变形前后阻抗值的变化。变压器单相短路阻抗测试仪用于现场和试验室条件下对6KV级及以上主变压器进行低电压短路阻抗测量的仪器。仪器内部采用电压、电流高精度同步交流采样及FFT等数字信号处理技术，测量数据准确、稳定。该仪器采用三相或者单相测量方式，只需低压侧短接，高压侧非测试相无须短接，选择变压器联结后，一次测量即可自动计算出每相的短路阻抗。仪器有低电流测试自动折算到额定电流功能，适合现场使用。该仪器可同步测量电压，电流，功率，电源频率。仪器可自动记录测试数据，内置不掉电存储器，可长期存储测量数据，仪器自带高速热敏打印机，可以现场打印测试数据，仪器自带彩色大屏幕液晶显示，全部中文菜单及操作提示，操作简单直观。
目 录
1. 绪论1
1.1 变压器单相阻抗测试仪的技术背景1
1.2 课题研究的基础1
1.2.1 变压器绕组变形的原因1
1.2.2 变压器绕组变形的检测方法2
2. 阻抗测试仪的设计6
2.1 阻抗测试仪的总体设计要求及指标6
2.1.1 仿真电路7
2.1.2 设备总体设计要求17
2.1.3 技术指标18
2.1.4 技术特性18
2.1.5 电容补偿18
2.1.6 实现试验数据曲线化19
2.1.7 阻抗测试仪的工作原理20
3. 项目方案和技术实现22
3.1 硬件部分22
3.1.1 升流部分的整体设计22
3.1.2 电动调压器的设计23
3.1.3 升流变压器的设计27
3.1.4 显示电
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
路的设计29
3.1.5 处理器选型30
3.1.6 其他30
3.2 软件部分31
3.3 设备的调试与检测34
3.3.1 设备调试实验34
3.3.2 实际检测实验40
4. 技术总结42
结语43
参考文献44
附件:
附录1 PCB电路设计图45
附录2程序50
致谢70
绪论
在电力系统中变压器是不可或缺的主要电气设备，正常运行对电力系统的安全生产和可靠性意义重大。近年来，在引起变压器事故中，由变压器出口短路造成已经成为主要的因素。据统计大约25％的变压器故障师由绕组变形引起的。因此，诊断变压器遭受短路电流冲击，判断状况是否良好、有无绕组变形、位移和铁心松动等问题，以此来判断变压器是否需要检修处理。
变压器绕组变形主要由两方面的原因引起，其一是在变压器在运行过程中遭受各种故障的短路电流冲击。其二实在运输安装过程中受到冲撞后，有可能导致变压器绕组发生变形。变压器绕组变形损坏的程度与所受到的冲击和变压器本身抗短路能力有关。检测变压器绕组变形的缺陷，可以防止或减少变压器发生的事故具有重大意义。
1.1 变压器单相阻抗测试仪的技术背景
随着国民经济的飞速发展，电力在生活的方方面面都发挥着无可替代的作用，生活中无处不在的用电设备，突显出电力安全的重要性。由于变压器是电力系统中最重要的组成部分之一，每一次的事故都会对经济或人员造成不可挽回的损失和伤害。所以在变压器发生短路事故、变压器安装前，能在最短的时间诊断变压器绕组是否发生形变，变形的程度如何，是否符合投入运行的条件等具有重要的作用。可以节省大量的时间，杜绝变压器检修时间过长给经济造成不必要的二次伤害等。目前国内在针对绕组变形这方面，有三种主流的检测方式，其测试方法主要有短路阻抗法、低压脉冲法和频响分析法。本课题对短路阻抗法进行深入研究。
1.2 课题研究的基础
电力变压器对保证电力系统的可靠性至关重要。针对绕组变形能实时准确地监测到绕组变形状态，及早预知变压器健康隐患，对故障的早期预防、延长变压器使用寿命和电网安全运行能够带来重要保证。所以变压器绕组变形是变压器检测的基本条件之一。
1.2.1变压器绕组变形的原因
电力系统中变压器是核心设备之一，其稳定性、可靠性将对电力系统的工作安全起到非常重要的作用。据统计数据和真实案例表明，有些大型变压器由于设计要求、材质和制造工艺以及运行维护水平的限制，并不能达到国标要求的承受短路能力，变压器的故障还是时不时的发生，尤其是变压器绕组变形是变压器发生损坏事故的重要原因之一。
变压器绕组变形指在运行过程中遭受出口短路或近区短路电流冲击，绕组受到轴向力、辐向力和周向力或扭矩力的作用，变压器绕组会发生相应的形变；或在运输过程中遭受机械冲击力产生扭曲、断股、移位、脱落等现象，因而从表面上看，变了形的变压器绕组其尺寸可能没有发生变化，但变压器等效电路中单位长度的分布电感、电容的参数必然发生相应的变化，绕组的传递函数也会有相应的变化，实际运行中变压器绕组变形有时是几种变形同时发生。
如果一台已经发生变形的变压器继续运行，将有可能遭遇过电压或短路电流的冲击，从而发生故障，甚至于在运行的过程中发生烧毁的事故。
(1) 由于变压器绕组发生变形，将引起变压器绕组绝缘之间发生改变，固体绝缘受到损伤，导致局部放电发生，当遭遇到雷电的过电压作用时，有可能在变压器内部发生匝间、饼间击穿，导致突发性绝缘事故，导致在正常运行的电压下，因局部放电的长期作用下发生绝缘被击穿的事故。
(2)由于变压器绕组发生变形，将有可能引起变压器绕组的机械性能下降，如果不及时检查修复，并恢复相应损坏部件的位置，紧固变压器绕组的压钉及铁轭等，当再次遭受短路事故，将有可能承受不住巨大的电磁力的作用而发生再次损坏的事故。
(3)对于油式变压器绕组变形极易造成散热油路不畅通，温升增加，出力减小。既然变压器绕组变形不可避免，怎样检测变压器绕组是否发生了变形，变形的程度如何能否继续运行，如果有严重变形，变形的位置如何，怎样处理等。
因此，积极开展变压器绕组变形诊断工作，及时发现那些有绕组变形的变压器，并有计划地进行吊罩检查和检修，不但可节省大量的人力、物力、对防止变压器事故的发生也有及其重要的作用。
1.2.2变压器绕组变形的检测方法
变压器绕组变形测试仪是对变压器短路事故后进行绕组变形测试的仪器，从而确保电网安全的一种电力设备。变压器绕组变形测试的方法主要分为三种：1.短路阻抗法；2.低压脉冲法；3.频率响应法。其中短路阻抗法已被国际列入检测变压器短路试验是否通过的主要判断依据之一。
(1) 频响分析法
变压器绕组发生变形后，每个绕组的线性电阻、电感（互感）、电容等分布参数将发生变化，此时通过在此绕组中注入一变频信号检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的差异，判断变压器可能发生的绕组变形，此即变压器绕组变形的频响分析法。此方法目前在国内比较多，但是在具体应用中也碰到一些问题。首先，由于市面上的频响仪种类比较多，测试出来的曲线，在不同频响仪之间不具有兼容性；第二，使用频响仪时应按厂家说明书进行，不同厂家，其要求的接线方式可能不同，各测试夹位置每次尽可能相同，否则可能导致曲线偏移、变形，最终干扰对试验结果的判断。
目 录
1. 绪论1
1.1 变压器单相阻抗测试仪的技术背景1
1.2 课题研究的基础1
1.2.1 变压器绕组变形的原因1
1.2.2 变压器绕组变形的检测方法2
2. 阻抗测试仪的设计6
2.1 阻抗测试仪的总体设计要求及指标6
2.1.1 仿真电路7
2.1.2 设备总体设计要求17
2.1.3 技术指标18
2.1.4 技术特性18
2.1.5 电容补偿18
2.1.6 实现试验数据曲线化19
2.1.7 阻抗测试仪的工作原理20
3. 项目方案和技术实现22
3.1 硬件部分22
3.1.1 升流部分的整体设计22
3.1.2 电动调压器的设计23
3.1.3 升流变压器的设计27
3.1.4 显示电
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
路的设计29
3.1.5 处理器选型30
3.1.6 其他30
3.2 软件部分31
3.3 设备的调试与检测34
3.3.1 设备调试实验34
3.3.2 实际检测实验40
4. 技术总结42
结语43
参考文献44
附件:
附录1 PCB电路设计图45
附录2程序50
致谢70
绪论
在电力系统中变压器是不可或缺的主要电气设备，正常运行对电力系统的安全生产和可靠性意义重大。近年来，在引起变压器事故中，由变压器出口短路造成已经成为主要的因素。据统计大约25％的变压器故障师由绕组变形引起的。因此，诊断变压器遭受短路电流冲击，判断状况是否良好、有无绕组变形、位移和铁心松动等问题，以此来判断变压器是否需要检修处理。
变压器绕组变形主要由两方面的原因引起，其一是在变压器在运行过程中遭受各种故障的短路电流冲击。其二实在运输安装过程中受到冲撞后，有可能导致变压器绕组发生变形。变压器绕组变形损坏的程度与所受到的冲击和变压器本身抗短路能力有关。检测变压器绕组变形的缺陷，可以防止或减少变压器发生的事故具有重大意义。
1.1 变压器单相阻抗测试仪的技术背景
随着国民经济的飞速发展，电力在生活的方方面面都发挥着无可替代的作用，生活中无处不在的用电设备，突显出电力安全的重要性。由于变压器是电力系统中最重要的组成部分之一，每一次的事故都会对经济或人员造成不可挽回的损失和伤害。所以在变压器发生短路事故、变压器安装前，能在最短的时间诊断变压器绕组是否发生形变，变形的程度如何，是否符合投入运行的条件等具有重要的作用。可以节省大量的时间，杜绝变压器检修时间过长给经济造成不必要的二次伤害等。目前国内在针对绕组变形这方面，有三种主流的检测方式，其测试方法主要有短路阻抗法、低压脉冲法和频响分析法。本课题对短路阻抗法进行深入研究。
1.2 课题研究的基础
电力变压器对保证电力系统的可靠性至关重要。针对绕组变形能实时准确地监测到绕组变形状态，及早预知变压器健康隐患，对故障的早期预防、延长变压器使用寿命和电网安全运行能够带来重要保证。所以变压器绕组变形是变压器检测的基本条件之一。
1.2.1变压器绕组变形的原因
电力系统中变压器是核心设备之一，其稳定性、可靠性将对电力系统的工作安全起到非常重要的作用。据统计数据和真实案例表明，有些大型变压器由于设计要求、材质和制造工艺以及运行维护水平的限制，并不能达到国标要求的承受短路能力，变压器的故障还是时不时的发生，尤其是变压器绕组变形是变压器发生损坏事故的重要原因之一。
变压器绕组变形指在运行过程中遭受出口短路或近区短路电流冲击，绕组受到轴向力、辐向力和周向力或扭矩力的作用，变压器绕组会发生相应的形变；或在运输过程中遭受机械冲击力产生扭曲、断股、移位、脱落等现象，因而从表面上看，变了形的变压器绕组其尺寸可能没有发生变化，但变压器等效电路中单位长度的分布电感、电容的参数必然发生相应的变化，绕组的传递函数也会有相应的变化，实际运行中变压器绕组变形有时是几种变形同时发生。
如果一台已经发生变形的变压器继续运行，将有可能遭遇过电压或短路电流的冲击，从而发生故障，甚至于在运行的过程中发生烧毁的事故。
(1) 由于变压器绕组发生变形，将引起变压器绕组绝缘之间发生改变，固体绝缘受到损伤，导致局部放电发生，当遭遇到雷电的过电压作用时，有可能在变压器内部发生匝间、饼间击穿，导致突发性绝缘事故，导致在正常运行的电压下，因局部放电的长期作用下发生绝缘被击穿的事故。
(2)由于变压器绕组发生变形，将有可能引起变压器绕组的机械性能下降，如果不及时检查修复，并恢复相应损坏部件的位置，紧固变压器绕组的压钉及铁轭等，当再次遭受短路事故，将有可能承受不住巨大的电磁力的作用而发生再次损坏的事故。
(3)对于油式变压器绕组变形极易造成散热油路不畅通，温升增加，出力减小。既然变压器绕组变形不可避免，怎样检测变压器绕组是否发生了变形，变形的程度如何能否继续运行，如果有严重变形，变形的位置如何，怎样处理等。
因此，积极开展变压器绕组变形诊断工作，及时发现那些有绕组变形的变压器，并有计划地进行吊罩检查和检修，不但可节省大量的人力、物力、对防止变压器事故的发生也有及其重要的作用。
1.2.2变压器绕组变形的检测方法
变压器绕组变形测试仪是对变压器短路事故后进行绕组变形测试的仪器，从而确保电网安全的一种电力设备。变压器绕组变形测试的方法主要分为三种：1.短路阻抗法；2.低压脉冲法；3.频率响应法。其中短路阻抗法已被国际列入检测变压器短路试验是否通过的主要判断依据之一。
(1) 频响分析法
变压器绕组发生变形后，每个绕组的线性电阻、电感（互感）、电容等分布参数将发生变化，此时通过在此绕组中注入一变频信号检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的差异，判断变压器可能发生的绕组变形，此即变压器绕组变形的频响分析法。此方法目前在国内比较多，但是在具体应用中也碰到一些问题。首先，由于市面上的频响仪种类比较多，测试出来的曲线，在不同频响仪之间不具有兼容性；第二，使用频响仪时应按厂家说明书进行，不同厂家，其要求的接线方式可能不同，各测试夹位置每次尽可能相同，否则可能导致曲线偏移、变形，最终干扰对试验结果的判断。
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