TFRCIIA 电力变压器绕组频率响应测试仪DOCWord文档下载推荐.docx
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结构紧凑,操作简单,具有较完备的测试分析功能,对照使用说明书或经过短期培训即可自行操作使用。
一、主要技术参数
1.频点范围:
0.5~10kHz
10~100kHz
100~500kHz
500~1000kHz/2000kHz
2.幅度显示范围:
120dB
3.幅度测量精度:
频点偏差fni≤0.02%
幅度分辨率0.01dB
4.内置锂电池和充电管理电路:
可无市电支撑连续工作6-7小时/一次充电
5.每相线圈测量时间:
<
30秒
5.重量:
8kG(含包装箱及基本配置)
6.体积:
530×
300×
280mm(包括外铝合金箱)
7.使用温度:
-10℃-40℃,低于-10℃必须使用220V市电支持
二、仪器的使用方法
“TFRC-IIA+电力变压器绕组绕组变形测试分析仪”主要是由“TFRC-IIA电力变压器绕组频率响应测试仪”和笔记本电脑构成,另外还配有USB通讯线和两根专用测量电缆以及信号注入头和测量头、效验用标准电阻等相关配件。
在笔记本电脑电池和测量仪内部电池支持下,可以在没有220V交流电的条件下进行多台大型变压器的各绕组频响测量。
测量仪的开机开关在前面板上,如果开关上的灯闪烁一下后又熄灭,表明电池电压偏低,需要充电。
仪器在测量使用时出现开关指示灯熄灭也表明电池电压已经偏低。
本仪器容许充电的同时进行测量。
测量仪的后面板有电源指示和充电指示,当220V电源接入时,电源和充电指示灯亮;
如果绿色充电指示熄灭,表示电池已充满。
一般充电时间为12小时。
(充电时,环境温度应在0℃以上。
)
仪器接线:
1.计算机和主测量仪的连接
计算机和测量仪相互之间用一条双公头USB通讯电缆相接。
见图2.1。
图2.1测量系统接线图
2.测量仪和被试品的联接
测量仪与试品之间采用专配的50Ω同轴电缆连接。
“输出”信号经电缆联接信号注入头(红色)向被试品注入信号;
由信号测量头(蓝色)从被试品获取信号,经电缆传输到仪器“测量”端口。
信号测量头内部50Ω匹配。
被试变压器外壳与测试电缆的屏蔽层必须可靠连接。
图2.2
基本试验接线见图2.2。
本测量系统配有专用测量接头,对于被试变压器采用通用螺杆式导杆引出的出线端子或“靠背式”端子均可采用所配的M8和M10螺杆和环形适配头连接;
信号注入端和信号引出端的测量接头的屏蔽外壳应可靠接于被试变压器外壳。
变压器外壳可以作为测试系统的“地”。
测试应严格按下几个接线图接线
3.被试品接线图
(1)YO接线(图2.3)
由中性点O注入,出线端A、B、C分别测量。
分别代表A、B、C三相的数据
(2)Δ11接线(图2.4)
A注入,C测量,代表A相
B注入,A测量,代表B相
C注入,B测量,代表C相
图2.4
对Δ接线,如能解开应考虑解开分别测量。
(3)Y接线(图2.5)
A注入,B、C测量,比较B、C两相
B注入,A、C测量,比较A、C两相
图2.5
C注入,B、A测量,比较B、A两相
测量注意事项:
A所有的端头必须全部解开;
B非被试绕组(高压侧或低压侧端子)可参照后具体图接地,注意不能短接。
C在测量过程中,改接线时应关闭测量仪的电源,避免绕组电感中电流突然切断,产生的端口过电压打坏仪表。
D测试时仪器侧应保持悬浮,不接地,以保证信号电流的正确流向。
E.应保证整个测量过程中,被试变压器的油温变化不要超过1℃.
F.分接开关应放在无分接或事故档位上。
具体结线及测试接线参考见下数图,其他可以参考相应的结线方式。
三、软件操作
TRFC-IIA+仪除接线外的所有操作均在计算机上完成。
检查试验接线正确无误后,启动计算机电源开关,待计算机进入正常运行后,再启动测量仪电源,其电源的指示应正常显示。
如果只对已测量的数据进行分析和打印工作,可不连接和启动测量仪。
软件安装
本仪器微机软件只支持windowsXP、2000、ME和win7系统。
过高的系统需卸载后重装才能使用。
在更换计算机或重装计算机系统后,必须重新安装本仪器软件,并经校正后才能运行测量和分析功能。
运行仪器所配安装包中的安装文件,将安装包内的所有文件拷贝到到用户指定的目录。
建立TFRC-4B.exe程序文件的快捷方式,将快捷图标拉到桌面上;
安装USB转串口驱动:
将文件夹中win_drivers文件夹中的PL2303_Prolific_GPS_AllInOne_1013.exe运行一次,安装完成。
软件安装完毕后,应参考测量部分的介绍进行一次校正才能使用。
TRFC-IIA+仪除接线外的所有操作均操作键盘和鼠标完成。
检查试验接线正确无误后,启动计算机,待计算机进入正常运行程序后,便可进行相应的分析和测量工作流程。
另软件升级不再申明。
测量与校正
“测量和校正”功能点击进入后,程序将重新打开一个测试窗口,其右侧的信息窗口内容必须认真如实填写。
这些信息都将会存入测量数据文件和生成文件名。
见图3.1.
变压器名称一般填入变电站设备号“常平站#2变”,或出厂号“20120904”等。
变压器型号填“SFSZ-9-50000/110”;
绕组类别即组别,可选H、M、L;
注入点变压器信号注入点、为测量仪信号输出端所接的变压器相序端头,
测量点为测量仪输入端所接的相序端头。
图3.1
测量数据文件保存目录可以点击指定和新建并更名。
上图例中,串口选择“com4”。
由于计算机重构时,串口号会发生变化,操作人员可以重选。
(串口选择:
将仪器的USB连接线退下,程序进入测量功能,检查串口号后推出测量模式;
连接USB线,再次进入测量模式,检查串口,新增的串口号即为与测量仪相联的串口号。
在户外测量时,建议将图形背景色改为黑色。
扫频范围如无特殊要求,建议用户选择为500hz-1M。
如果需要测量0.5k-2Mhz的范围,可以改变扫频范围的选择。
存盘文件将出现2个同文件名、不同后缀名的文件,其中后缀名为“.dat”的为0.5k-1M的数据;
后缀名为“da2”的为0.5k-2M的数据。
存盘文件的格式说明见后附件四。
点击启动测量,自动完成测量工作。
测量完成后,仪器会给出提示,操作人员应答后,可进行改接线或结束测量操作。
重复测量生成的文件名的最后2个数字会自动递增。
图3.2
启动校正功能使用前要连接所配的校正器,按图3.2接线,仪器将自动完成,并在安装目录中生成2个校正文件frqampl.ovl和frqamph.ovl。
用户必须注意生成的文件属性,校正前将两个校正系数文件的属性改为“存档”。
校正结束后应将这两个校正系数文件的属性改为“只读”。
避免其他人误操作造成仪器误差,影响以后的测量。
如果不清屏,本次进入后,测量的数据都将保持在屏幕上。
全部测量完成后,点击上部的“返回上级操作”,退出“测量与校正”功能,回到上一级程序操作。
。
其他主要操作功能介绍:
图3.3
显示列表功能主要是对屏幕右侧所选择的盘及文件目录所展示的文件是否进入显示和分析表格进行操作,双击右侧的数据文件名,可以将其选放在下方的显示分析表中。
可以在鼠标点入文件目录框和下方的文件选择框内使用鼠标右键操作来完成具体操作。
曲线显示功能主要是对显示的图形进行操作。
A相曲线为蓝色、B相为绿色、C相为红色。
X坐标可以选择线形或对数形式。
图形的背景颜色也可调整和选择。
曲线显示功能不支持1Mhz以上的数据显示。
图3.4
光标信息:
当鼠标标示进入曲线显示区域后,光标所在的位置所对应的x点频率值和y点对应的衰减值都被放在右上角的坐标信息栏中;
见图3.4。
图形放大与还原:
当鼠标左键按下,向右侧拖动时,将会出现一
个虚框;
释放时,该虚框所
图3.5
框的曲线和内容将会放大至整个显示区域。
如果鼠标向左拖动,释放时,将恢复到原始的显示图形状态。
图3.6
其它功能提示:
在图形显示框中,按下鼠标右键,可以选择将当前显示的图形区域放到剪切板中或存在图形文件中的功能。
由于有此功能,就可以将所显示的图形插入在OFFICE文档中,便于用户自己编辑试验报告。
(注意:
如果要插在其他文档中时,应将图形背景色调为白色或其它浅色)。
数据分析功能主要是对测量数据进行图形辨识,所依据的理论是目前最新和最完整的、以线圈机械尺寸变化对应电感变化为主的辨识方法。
主要分析内容是单相匝间短路、分接开关烧蚀、线圈轴向拉伸、线圈轴向压缩、线圈幅向扩张、线圈幅向收缩等。
由于分析对数据完整性要求比较高,所以只支持与本产品的兼容数据;
即TFRC-II或BRTC-II所测量得到的数据。
TFRC-IIA+必须在USB口上插入所配的软件密码盘才能进行数据分析。
图3.7
软件拷贝到别的计算机后,分析功能中只有“相关系数”计算继续有效,其他功能将被屏蔽。
所以分析只能在本机上进行。
用户可以将分析产生的日志存盘文件和图形存盘文件拷贝后,用在其他计算机上进行文档编辑工作。
要进行变形分析,必须具备下条件
要求数据必须是完整的,数据不能缺相。
不能一相多文件选择,每个组别相数据只能选择一个。
自动分析时,要求为同一天和同一台变压器的测量数据。
文件选择后被自动分组别放到相应的组别中,在复选框中必须被选中。
组别被选中的可以进行变形情况的分析。
做单项变形分析时,只能选择3个数据文件,比如3个高压绕组数据,其它组别的数据复选框应去掉。
做自动分析时,应将该变压器的各组别的3个数据的复选均选中,数据文件应该有6个或9个。
另低压绕组不支持分接开关烧蚀分析。
选择“相关系数计算”则会将各两曲线所对应的数学相关系数放在下方的数据分析日志中。
分析结论在左下方的数据分析日志窗口中,见右图。
变形分析日志窗口可以被保存为TXT文档。
该文档被打开后,内容可以被剪切和粘贴到试验报告中,也可以被附加在用户的试验报告后。
图3.8
图3.9
如果高压绕组的数据曲线毛刺较大,可以将鼠标放在右下方的显示文档名窗口中,按鼠标右键,选择数据平滑处理;
本功能可使用多次以获得最佳效果。
被平滑处理的数据不会被存盘,只会用于分析计算和曲线显示。
如果选择取消数据平滑操作,将会重新恢复原始数据。
报告与导出:
报告的自动生成将主要是给出一个测试曲线和试验基本数据的报告,报告将会存在数据文件所在的目录中,用户可以做修改和编辑。
需要指出的是:
谨慎使用生成报告中的图形进行变形分析,因为仅凭报告所带的图形太粗糙,分析应主要使用数据分析日志的内容做参考。
数据导出将生成excel文档,用户可自行编辑调用软件使用该文档。
导出时,对数据选择是有要求的,要求3相数据必须完整。
操作人员可根据程序提示操作。
四、试验图谱数据人工辨识分析及其判断的一般原则
从变压器线圈的等值电路上可知,频率响应的频率范围各有所代表。
在频率较低时,对地电容及饼间电容所形成的容抗较大,而感抗ωL较小,电路对外呈感性。
所以如果线圈几何尺寸发生改变,造成电感量变化,则低频部分的谐振峰有明显变化。
对于局部变形,一般总电感量变化较小,所以低频部分反映不明显。
而中频部分会对小的局部电容变化敏感,因为小面积的变形,改变了局部的谐振点,这些谐振发生在较高频率处。
高频条件下,因为等值电路中的电感造成的电抗增大而减小对谐振点的贡献,等值电路呈现容性,而且因为饼间电容较大,所以对地电容的改变对高频部分的频谱图影响较大,所以引线及分接开关对地的位置距离等结构则在这个频段体现较强。
另外,如果线圈的结构完整,从等值电路上看,在高频部分应是总趋势呈衰减减少。
从目前线圈的结构看,如果低频段的频谱发生改变,则预示着电感变化或整体变形。
所以,频谱图在低频段出现差异时,一般表明线圈整体结构出现问题,有些变化可能会危及运行。
应根据变化的种类和其它方面的测量手段来重点分析判断。
中频(30kHz~200kHz)部分的频谱改变表明线圈局部变化情况。
如果在中频和高频段频谱图发生差异,应具体的分析这种差异是否代表线圈引线的结线差异或分接开关引线长短的差异。
这种差异有些是变压器设计制造中固有的,有些是由于引线对地距离改变造成的。
对于小容量三柱变压器,低频段A、C相图谱可能比较B相出现略有向高频方向后移动情况,但谱线的变差和变化幅度应一致。
这是设计差异的结果。
变形分析的总原则:
低频段代表线圈整体变形,非常重要。
高频段代表电容特性,在变压器中,变压器的电容不可能一致,经常会出现“说不清楚”的变化。
从宏观的角度去看变压器绕组,变压器三相线圈之间的结构是基本一致的,所以三相线圈之间的频谱图有可比性。
但这种“一致”是相对的。
从微观的角度去看变压器的绕组,三相之间的差异是绝对的,关键是分析这种差异所出现的位置以及这种差异在频谱图上所处的频段及差异量。
所以,频谱图在低频段出现差异时,一般表明线圈整体结构出现问题,可能会危及运行。
应根据其它方面的测量手段来重点分析判断。
当分析出有些变形时,应根据这种变形发生的线圈及对绝缘的危害判断是否需要立即退出运行。
例如,局部的小程度的轴向压缩或拉开变形发生在低压绕组时,可以认为不会立即危害运行;
而如果发生在高压绕组,则可能会引起饼间绝缘距离不够危及运行安全。
又例如,某些变压器线圈之间发生小程度偏芯时,线圈之间的绝缘强度不够会造成局部放电、油色谱改变,引起瓦斯动作等。
而有些变压器因为线圈间的绝缘强度裕度比较大,较小程度的偏芯不会危及变压器运行。
出现匝间短路、轴向变形应该立即退出运行;
如果出现其它变形时应视其变化程度大小是否退出运行
所以变线圈变形分析应根据频谱图上的谐振峰的改变以及其它变压器常规试验结果、变压器具体结构来进行。
具体情况,具体分析。
避免造成误判,导致不必要的损失
其他分析可参考所附的《TFRC-IIA使用说明书》中有关“测量与分析”中的内容和本设备中所带的“电力变压器绕组频201105.pdf”文件。
五、仪器设备清单
1.TFRC-IIA测量仪1台
2.笔记本电脑(软件U盘1个,密码盘1个)1套
3.同轴电缆50Ω(10M)2根
4.编织裸铜线及夹子(10M)2套
5.输入、输出专用测量头(输入、输出不能互换)2个
6.USB通讯电缆(双公头、1M)1根
7.仪器包装箱1个
整机重量15kG(带包装箱)
电力变压器变形测量与分析
梁江东
频谱图的测量不是我们的目的,我们的目的是通过图谱对变压器绕组状态有一个准确的认识。
从对频谱图的识别理论看,通过频谱图分析:
●可以对变压器绕组的防雷水平进行估计;
●对变压器厂的工艺水平的完整性进行评判;
●对运输过程中是否发生碰撞受损进行识别;
●对运行中的变压器受近区短路的破坏程度进行辨识。
作为变形测试法,曾经提出过低压脉冲法、短路阻抗及频率响应法。
低压脉冲法是将低压脉冲(100V)从一个线圈的端部注入,从另一个端口输出,根据波形变化来判断。
阻抗法即是某一频率下的短路电抗变化来判断。
频率响应法是将扫频信号送入线圈的一个端口,从另一端口输出响应,并将频率响应根据频率描绘成曲线来分析。
低压脉冲法和频率响应法实际上是从时域和频域两个方面对同一事物的两个不同侧面的描述。
从数学上讲,这两个方法是有联系的、是等价的。
但这两种方法从实际实施方法来说,在技术上是有很大差异,从发生波形的稳定性、可记录性及分辨率和目前技术水平来说,低压脉冲法可实施性要远小于频率响应法,所以,目前变形检测法技术主要采用频率响应法。
频响法的实际应用是随着计算机技术的发展而逐渐成熟的。
作为一种检测方法,只是其它较为成熟并被认为有效的检测方法的一种补充,它不能完全取代其它方法。
因为频率响应检测变压器内部变形是一种间接测量,测量过程可能会出现各种意想不到的干扰和不稳定因素,测量结果对变形情况的反映也是一种间接的。
目前此项技术的发展虽然较为粗糙,在我们的辨识理论的支持下,已经能够分析出一般变形种类和变形程度,并延伸到对厂商的工艺水平和绕组的防雷水平的估计。
我们应根据变形情况、具体判断是否危及运行安全来决定变压器是否能够运行。
一、电力变压器线圈的等值电路和解析
电力变压器线圈一般都设计为饼式结构,其目的是为了考虑绝缘和耐压,同时各饼之间都有间隙,数匝之间有些也有小间隙,用于散热。
各线圈饼对地及对其它相,其它电压等级线圈都有一个临近分布电容,各饼线圈自然也有电感。
另外套管还有对地电容,引线及分接头以及分接引线都存在杂散对地电容,所有这些按其所在结构的位置,都有其所代表的结构参数,所以按其结构,可以构成一个变压器的线圈在进行测试时的一个等值电路:
其中:
Cs为串联的饼间电容
Cg对地电容
Cb套管对地电容
Ls线圈电感
Ri信号发生器有源匹配电阻
Ro输出取样电阻(匹配电阻)
(IEEETransactionsonPowerAppratureandsystem,Vo1.pas-97,no.6.Nov/Dec1978)
Vi为扫频电压,Vo为匹配电阻上的电压,它实际上代表了流经Ro的电流,则测量中,Vo/Vi的比值就代表了一种电抗的变化。
Vo/Vi=Ro*Io/Vi=Ro/Zf
一个链式分布的网络,在不同的频率电压激励下,沿链式分布的方向应该有不同的电压分布。
在不同的频率下,用高频电位探针探测线圈各饼的对地电位时,在达到各个谐振峰时,有谐振频率f1,f2,f3……,在达到各谐振点时电位探针测得的各饼的电位如下图:
测准这种谐振频率对分析变形面积是很有帮助的,因为变压器线圈设计基本上是均匀的,电感量发生一点改变后,均匀性破坏了,则谐振频率也将发生改变。
如果从低频段开始的第1个峰的谐振频率点发生改变,就意味着线圈整体高度H、线圈等效直径Dcp等主要结构尺寸发生了改变,也有可能出现断股的可能。
通过测量揩振点的频率及其改变以及改变所发生的第几个谐振峰点,就可以分析变形面积和变形量及变形种类。
变压器是一个电感性的设备,其重点部分应在低频部分;
低频部分参数不同,会危及安全,必须认真处理;
而代表电容的高频方面出现差别一般不会影响运行。
由于变压器油的介电常数与油温有一定的关系,所以用三相绕组之间在同一油温下图谱的比较,更容易判断,以免由于温度改变而产生判断上的失误。
其主要技术参数如下:
1.测试频率范围:
0.5kHz-500kHz
2.分辨率:
频率分辨率:
最小为0.05kHz
幅度显示分辨80dB
3.输出电压幅度:
≮10Vp-p
4.测试电缆阻抗:
50Ω
5.测试头匹配阻抗:
6.数据可记录
参数选择的理由:
①仪器最低工作频率的选择
变压器在设计时不会使其谐振点低于50Hz,因为参数太低变压器无法工作。
所以测试仪器的最低工作频率可不低于500Hz。
根据试验实测,但最低频率不可高于3kHz,因为一般第一个谐振峰都出现在5-10kHz附近。
②仪器最高工作频率的选择
因为我们的测试工作大部分是现场或室外进行,所以仪器工作频率要避开现场的种类干扰。
我国无线电中波广播频率范围535kHz-1.6MHz,测量时,短波广播2-20MHz,测量时,其它浮空的绕组的引出端头将会像天线一样接收空间电磁波信号,在谐振条件下,会干扰测量试过程。
试验证明,当扫频频率在500kHz以上时,被测线圈的对地电容的不同将相当敏感。
而变压器上的的各接地体对三个套管的距离不同,在高频下的影响也不同。
试验接线人员在变压器上距套管的位置不同也会在高频条件下影响测试结果的重复性。
③频率粗细度的要求
从分析角度来说,频率精细度越细越好,但测量过程不允许,如果太粗,又会丢失信息,我们知道变压器绕组的第一谐振峰在5-10kHz以内,要发现2%以下的变化,最低频率分辨率应小于100Hz。
④幅度分辨要求有80dB范围
测量数据中,高压绕组线圈的最大阻抗可能超过50kΩ(高频阻抗)。
如果幅度分辨率不足60db,则线圈阻抗大于50kΩ部分的频响曲线都将是一条平线。
因为我们所测量的线圈阻抗的频响,所以末端必须匹配,如不匹配,信号在电缆中的折射将会使测量出现很大的误差。
三、测试接线方式
变压器变形测试是一个很细致的工作,所以要求试验过程必须认真。
除了外壳的接地线,要求变压器所有外部结线要解开,以免因引线的长短对测试结果有影响。
在交接试验时,带有分接开关的分接位置应放于无分接位置,事故后检测时,分接开关应置于事故分接位置。
对于Yo接线的绕组
输出信号应从该变压器绕组中性点0注入,测量点分别在出线端A、B、C上。
这种测量接线方法,可以将非测量相上接收到的干扰由信号发生器上的低阻抗来吸收。
对于Y接线
由于中性点未引出,测量就按以下方法接线
信号输出接于B,测量分别接在A、C
信号输出接于C,测量分别接在A、B
对于△11接线
如果有可能将线圈解开测量;
采用“头进尾出”的接线原则,如无法解开则应以下方法接线。
信号输出接于A,测量接于C,代表A相
信号输出接于B,测量接于A,代表B相
信号输出接于C,测量接于B,代表C相
自耦线圈较低电压等级的绕组采用中性点0注入,中间电位输出引线Am、Bm、Cm分别测量。
测量高电压等级绕组时,应由引线端Am、Bm、Cm分别注入信号,由高压出线端A、B、C对应分别测量。
测量过程中,其它非测量绕组应有确定的电位,必须采用最近一点接地的措施。
铁芯应接地,确保电容值稳定。
测量接地
测量过程中接地非常重要,它除了接地保护之外,主要是使高频电流的流向正确,否则测量结果将无法一致。
变
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