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快速测量变压器绕组直流电阻的新方法 |
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newmaker |
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摘要：针对变压器绕组的特性，提出了一种在过渡过程中测取其直流电阻的新方法，该方法具有简单、快速、准确的特点。同时进行了模拟试验，并给出了以单片机为核心的智能仪器实现方案。
关键词：变压器 直流电阻 快速测量 单片机
1 前言
电力变压器在制造、大修后，交接和预防性试验中以及绕组平均温升的测定和故障诊断等都必须进行绕组直流电阻的测量，以对电力变压器的特性进行分析与判断[1]。特别在预防性试验中，试验人员希望快速测出绕组的直流电阻并接近于实际运行状态下的直流电阻值。但在实际测量中，由于变压器的绕组具有很大的电感和微小的电阻，其固有时间常数t=L/R很大，采用常规的电桥法或直流压降法测量，常常需要较长的时间才能达到平衡，从而无法实现快速测量[2]。尽管以后采取增大回路电阻的电路突变法、短路去磁法等方法来加快电路电流达到稳定值的时间，虽然有所改善，但效果不大，不能从根本上实现快速测量。现研究出一种新的快速测量方法，该方法简易可靠，易于扩展。现介绍如下供参考。
2 新方法的基本原理
电力变压器绕组可等效为一个电感和电阻R的串联回路。绕组直流电阻的基本测量电路图见图1所示。合上开关K，回路电压方程式为: E=L（di/dt）+iR。考虑到开关的非理想性，设合上开关后电压E的时刻为t=0，此时电路中的瞬
由式（5）可见，测量变压器绕组直流电阻时不管电路状态如何, 只需依次测取式（5）中的i(t1) 、i(t2) 、i(t3)，在电源电势E已知的条件下即可得到R的值。因此可使测量时间任意的短, 以实现快速测量电力变压器绕组的直流电阻R。
本方法的突出优点是，从根本上排除了电路的稳定状态对测量的影响，可最大限度地实现快速测量。这是其它测量方法无法达到的，它克服了传统测量方法所需电源容量大及串入电阻、电容等附加测量元件对测量准确度的影响。
3 新方法的模拟试验
根据上述原理，使用Y/D（Z）型工频试验变压器和HT-1712F型直流稳压电源进行了模拟试验。试验中利用串联在测试电路中的取样电阻来取得电流信号，电源电压取为2.02V，取样电阻R5=3.11Ω。用TDS-220型示波器录取试验波形（见图2所示）。
式中: US1、US2、US3分别为式（5）式中的i(t1)、i(t2) 、i(t3)相对应的取样电阻上的电压。利用示波器所取得的数据进行计算处理,可以得到A值与时间的对应关系，见图3。
显然，i=Us/Rs，据此比较式（6）与式（5）可得: R=Rs·E·A……(7)
即A值与R值仅相差一系数。比较图3与图2可见，当时间经过约0.4s，即电源电压达到稳定后，A值几乎不变，求得这一段中A的平均值为 0.525(V-1)，从而由式（7）求得R=3.298Ω，去除取样电阻后为0.188Ω（这当中还包含有接触电阻）。这一结果与使用CA10型号速测仪测得的结果（0.180Ω）十分接近，说明了式（5）的正确性与可行性。由图3可见，测量所需时间不足1s，达到了快速测量的目的。
虽然模拟试验所采用的是工频试验变压器与实际的电力变压器的特性不尽相同，但能反映基本实质过程。实际中的电力变压器绕组直流电阻为mΩ级，可能会出现由于取样电阻值的微小变化而引起测取的直流电阻存在较大的误差，从而影响测量准确度。所以在实际测量中应采用准确度高、频带宽的电流传感器，而尽量避免采用取样电阻。如果电流信号过小还应当在取样/保持电路之前加放大器以放大信号满足测量的需要。
4 新方法的具体实现
综上rn所述，新方法是依次测取式（5）中的各电流值，并进行一定的计算，另外还需进行一定的分析比较以提高测量准确度。
单片机内含定时/计数器，并能进行一定量的计算，完全能满足上述要求，选用单片机制作的智能仪器还具有简单、可靠、易于扩展的优点。图4示出实现新方法以单片机为核心的智能仪器，以实现直流电阻的快速测量。
图中，单片机数据处理部分主要完成从A/D转换器读入并存储数据（即式（5）中的各电流值），利用式（5）进行计算并存储所得结果，分析、比较计算所得数据，对有效数据进行平均得出最终结果以及将最终结果转化为BCD码以供显示等。单片机的控制部分主要是定时以控制采样/保持电路和A/D转换器的工作，控制单片机读入A/D转换的结果和显示所得结果等。单片机采用图5所示的程序流程。
图5 单片机程序流程
5 结语
经过理论推导和模拟试验得出了一种快速测量电力变压器绕组直流电阻的新方法，并初步简要介绍了智能仪器系统中单片机的功能和程序流程及实现方法，对电力部门测量变压器绕组直流电阻有积极推动作用。
这种新方法具有以下的特点:
(1)在现场试验测量中，可以实现快速测量;
(2)不需要大容量电源，可减轻试验设备重量和体积，从而降低了试验成本;
(3)无需减小时间常数τ，提高了测量准确度;
(4)采用了以单片机为核心的智能仪器系统，可进行数据处理、分析、显示，进一步提高了测量准确度;
(5)智能仪器系统简单、可靠，测量过程能自动完成，不需要人工干预;
(6)易于扩展, 可方便实现其他功能，如人机对话、计算机网络联网通讯; 通过修改程序，还能实现其他的功能等。
参考文献
[1]钟洪壁, 电力变压器检修与试验手册[M].北京: 中国电力出版社.2000年
[2]李满坤.周理兵, 大型电力变压器直流电阻测试的方法及特点[J]. 变压器. 2000年. 37（7）
[3]邱关根, 电路[M]. 北京: 高等教育出版社. 1999年 (end)
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(3/2/2005) |
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