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专利名称：Z型变压器变比的单相电源测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于变压器测试技术，具体涉及变压器变比测试的方法与装置。
背景技术：
电力变压器的变比和组别测试是电力设备预防性试验的重要内容，除常规的Y/Y，Y/Δ，Δ/Y，Δ/Δ连接的电力变压器外，在电力系统或大型工矿企业中还存在大量的特种变压器，其中Z型变压器是很常见的一种接线方式。常规的电力变压器变比测试方法一般有三相电源法和单相电源法两种。其中三相电源法主要是用三相对称电源加在变压器的高压侧，测试两侧电压值，根据电压的大小和相位得到变压器的接线组别和变比。理论上三相电源法可满足各种接线方式的变压器变比和组别测试，但由于一般变比测试精度要求较高，三相电源的对称性对测试精度回产生很大的影响。三相电源对称即意味着三相电源除幅值相等外，还必须保证严格的相位关系，而在实际应用过程中，获取严格对称的三相电源是非常困难的，因此这种测试方法在现场测试中一般不被采用。单相电源法是对三相电力变压器的测试相施加单相测试电压，非测试相则根据具体接线方式或开路或与某相短接，测出低压侧电压，然后根据不同的接线方式进行一定比例的折算得到实际变比值。由于单相电压法对电压源只有稳定性的要求，比较容易实现，因此可达到很高的测试精度。但是只适用于常规变压器的变比测试，无法直接用于特种变压器的变比测试。

发明内容
本发明的目的在于提出一种利用单相电源法实现Z型接线的电力变压器变比测试方法，同时提供一种自动测试装置，以克服由于对称三相电源获取的困难和单相电源无法直接应用的问题，并满足较高的测试精度，同时实现一台装置完成多种测试。
本发明的理论依据是对一固定的电力变压器，一次和二次绕组的匝数比是固定的，在一次绕组的某两相间施加测试电压，则一次绕组电压按一定的比例分配，并在二次绕组中分别感应出成比例的电压，通过测试电压关系得到变压器匝数比，从而折算出实际变比。对常规变压器只需进行一次测试，而对Z型变压器则需进行两次测试以得到一次对二次两个绕组的匝数比，并根据实际运行中电压的相位关系计算出实际变比。
以此提出的本发明的方法为(1)选择确定变压器接线方式组别，在变压器的一次绕组上施加单项测试电压；(2)选择确定变压器的一次绕组测试相，并依据该测试相对应的变压器二次绕组某两相各进行一次测试；(3)利用上述测试的两个电压比值，计算出变压器一次绕组测试相与相对应二次绕组的上、下半绕组的两个匝数比；(4)依据上述测试计算结果精确地计算出变压器一次绕组测试相与对应的变压器二次绕组的变比值。
本测试方法简单方便，测试精度高。
由上述测试方法发明人提出一种测试装置，它由下列设备组成(1)一个包括能计算上述数学模型，变压器接线方式组别及控制的中央控制处理器；(2)与中央控制处理器连接的输入、输出装置；(3)由中央控制处理器控制的三相测试电源；(4)由中央处理器控制多路选择开关的变压器高压侧测试电压选择控制电路、低压侧测试电压选择控制电路；(5)接受变压器高压侧测试电压选择控制电路及低压侧测试电压选择控制电路信号输出的信号滤波、放大和D/A转换电路，信号滤波、放大和D/A转换电路的输出连接中央控制处理器。
该装置具有以下优点1、适用于各种连接方式的变压器接线组别和变比，包括单相变压器，三相变压器的Y/Y，Y/Δ，Δ/Y，Δ/Δ，Y/Z，Δ/Z接线方式，随着计算模型的补充，还可用于其他特种变压器的测试；2、内部配置三相测试电源，解决现场获取三相电源困难的问题和实现组别测试功能；3、采用单相电源法进行变比测试，保证了较高的测试精度。


图1Z型变压器接线示意2Z型变压器相量3测试装置原理框4测试电压源原理5测试电压控制电路原理具体实施方式
如图1所示，Z型变压器一般有Y/Z和Δ/Z两种接线方式，其中(a)是Δ/Z-0接线示意图，(b)是Y/Z-1的接线示意图。一般来说，Y/Z接线方式为奇数钟点接线，而Δ/Z接线方式为偶数钟点接线。
在变压器一次绕组施加测试电压后，在没有施加测试电压相的二次会存在一定的电压，因此无法直接进行测量，但是对一固定的变压器，各绕组的匝数比是固定的，假定一次绕组对二次上半绕组的匝数比为K1，对二次下半绕组的匝数比为K2，则对Δ/Z-0变压器在A、B相施加2U的测试电压时，各绕组的电压分配和流向如图1(a)所示，即有 分别将二次侧电压uca和ubc作为低压侧电压，AB相电压作为高压侧电压各进行一次测试，其测试电压比值分别为Km和Kn，则 即 实际运行中变压器施加的是三相电压，因此Δ/Z-0变压器的各电压相位关系如图2(a)所示，根据相位关系和匝数比的定义有
其中UL为线电压。
根据余弦定理有

根据变比定义及Km、Kn与K1、K2的关系可得到AB相变比为KAB=32KmKnKm2+Kn2+KmKn]]>同样可得到其他测试相和其它接线组别的Δ/Z变压器值表达式是相同的，只是Km、Kn的对应测试相不同，其对应关系如表一所示表一 Δ/Z型变压器测试相对应关系

对Y/Z-1型变压器，在AB相施加2U测试电压，其电压分配关系如图1(b)所示，选取ab相和bc相作为二次电压进行Km、Kn测试，变压器的各电压相位关系如图2(b)所示，同样可得到下列表达式

KAB=32KmKnKm2+Kn2-KmKn]]>同样可得到其他测试相和其它接线组别的Y/Z变压器值表达式是相同的，只是Km、Kn的对应测试相不同，其对应关系如表二示表二 Y/Z型变压器测试相对应关系

Z型变压器变比测试的具体步骤如下(1)选择确定变压器接线方式组别，在变压器的一次绕组上施加单项测试电压；(2)选择确定变压器的一次绕组测试相，并依据该测试相对应的变压器二次绕组的与表一或表二的对应相各进行一次测试；(3)利用上述二次测试电压比值，计算出变压器一次绕组测试相与相对应二次绕组的上、下半绕组的两个匝数比；(4)依据上述测试计算结果精确的计算出变压器一次绕组测试相与对应的变压器二次绕组的变比值。
根据上述测试构思提供一种测试装置，如图3所示，图中1为仪器内部由中央控制处理器控制的三相测试电源，2为高压侧测试电压选择控制电路，3为低压侧测试电压选择控制电路，4为接受变压器高压侧测试电压选择控制电路及低压侧测试电压选择控制电路信号输出的信号滤波、放大和D/A转换电路，信号滤波、放大和D/A转换电路的输出连接中央控制处理器。5为包括能计算上述数学模型，变压器接线方式组别及控制中央控制处理器，6为输入装置，具体为键盘，7为输出装置，具体为图形液晶显示器，8为被试变压器，高压侧测试电压选择控制电路的输入端连接变压器接线方式、组别和测试相选择控制继电器J4、J5、J6，低压侧测试电压选择控制电路的输入端连接变压器接线方式、组别和测试相选择控制继电器J1、J2、J3。
如图4所示，三相测试电源包括接受中央控制处理器控制信号的数字合成信号发生器DDS，相连接的测试电压幅值控制电路和电压功放电路。其原理为三相电源的设置主要是用于变压器的接线组别测试，由于接线组别为以30度为单位步进，因此对其对称性要求不高，只要基本对称就可满足要求，变比测试则采用单相电源法。该电压源的输出可控制。中央处理器控制数字合成信号发生器DDS输出交流信号的频率和相位，幅值控制电路用于选择电压功放的输入为数字合成信号发生器DDS的输出电压或零输入，以满足三相测试电源与单相测试电压的控制，电压功放主要完成电压信号的放大，得到需要的测试电压。
如图5所示，测试电压选择控制电路(高、低压侧的原理相同)包括三个相间的三路差分放大电路，差分放大电路的输出连接多路选择开关。由中央处理器控制多路选择开关，输出需要的电压作为测试电压。
该装置的工作原理为1、通过液晶显示器7的中文菜单提示，利用键盘6选择变压器接线方式，可为单相变压器，三相变压器的Y/Y，Y/Δ，Δ/Y，Δ/Δ，Y/Z，Δ/Z等7种接线方式；2、中央处理器控制测试电源1的输出三相测试电源，2、3分别引入AB相电压信号，经A/D4和处理器5得到高、低压侧的相位关系即接线组别；3、根据被试变压器的类型、接线方式、组别和测试相，处理器5控制J1-J6的状态，对Y/Δ变压器控制J1、J2、J3的状态，对Δ/Y变压器，控制J4，J5，J6状态，使得Δ接线的非测试相绕组不带任何电压；其余接线方式，J1-J6都处于开路状态；4、根据被试变压器的类型、接线方式和测试相，处理器5控制测试电源1的输出电压单相测试电源，并根据高、低压侧测试电压选择控制电路2、3引入相应测试信号。对Z型变压器则根据表一、二对应关系控制2、3进行两次测试得到Km、Kn；5、引入的测试信号经D/A5转换成数字信号，并由处理器根据接线方式进行计算、处理和折算，得到被试变压器的变比值。Y/Y、Δ/Δ变压器的折算系数为1，Y/Δ变压器的折算系数为 Δ/Y变压器的折算系数为 Y/Z、Δ/Z变压器则根据如上介绍的公式进行计算。
6、重复上述过程直到所有相测试完毕，并将结果送显示器7显示。
本实施例接线简单，只需将变压器高、低压侧6个端子与装置对应连接，其余工作由仪器自动控制实现。
权利要求
1.Z型变压器变比的单相电源测量方法，其特征方法为(1)选择确定变压器接线方式组别，在变压器的一次绕组上施加单项测试电压；(2)选择确定变压器的一次绕组测试相，并依据该测试相对应的变压器二次绕组某两相各进行一次测试；(3)利用上述变压器二次绕组电压值及施加的在变压器一次绕组上单项测试电压，计算出变压器一次绕组测试相与相对应二次绕组的上、下半绕组的两个匝数比；(4)依据上述测试计算结果精确的计算出变压器一次绕组测试相与对应的变压器二次绕组的变比值。
2.如权利要求1所述Z型变压器变比的单相电源测量方法，其特征是它是基于Δ/Z变压器变比值的的测试，其精确的变比值计算数学模型为K=32KmKnKm2+Kn2+KmKn]]>其中K为变压器一次绕组测试相与对应的变压器二次绕组的变比值；Km为变压器一次绕组测试相与对应的变压器二次绕组的第一相的测试电压比值；Kn为变压器一次绕组测试相与对应的变压器二次绕组的第二相的测试电压比值。
3.如权利要求1所述Z型变压器变比的单相电源测量方法，其特征是它是基于Y/Z型变压器变比值的测试，其精确的变比值计算数学模型为K=32KmKnKm2+Kn2-KmKn]]>其中K为变压器一次绕组测试相与对应的变压器二次绕组的变比值；Km为变压器一次绕组测试相与对应的变压器二次绕组的第一相的测试电压比值；Kn为变压器一次绕组测试相与对应的变压器二次绕组的第二相的测试电压比值。
4.一种变压器变比的单相电源测量装置，其特征在于它由下列设备组成(1)一个包括能计算上述数学模型，变压器接线方式组别及控制的中央控制处理器；(2)与中央控制处理器连接的输入、输出装置；(3)由中央控制处理器控制的三相测试电源；(4)由中央处理器控制多路选择开关的变压器高压侧测试电压选择控制电路、低压侧测试电压选择控制电路；(5)接受变压器高压侧测试电压选择控制电路及低压侧测试电压选择控制电路信号输出的信号滤波、放大和D/A转换电路，信号滤波、放大和D/A转换电路的输出连接中央控制处理器。
5.如权利要求4所述变压器变比的单相电源测量装置，其特征在于所述三相测试电源包括接受中央控制处理器控制信号的数字合成信号发生器(DDS)，相连接的测试电压幅值控制电路和电压功放电路构成。
6.如权利要求4所述变压器变比的单相电源测量装置，其特征在于所述测试电压选择控制电路包括三个相间的三路差分放大电路，差分放大电路的输出连接多路选择开关。
7.如权利要求4所述变压器变比的单相电源测量装置，其特征在于高压侧测试电压选择控制电路的输入端连接变压器接线方式、组别和测试相选择控制继电器(J4)、(J5)、(J6)，低压侧测试电压选择控制电路的输入端连接变压器接线方式、组别和测试相选择控制继电器(J1)、(J2)、(J3)。
全文摘要
本发明公开了一种Z型变压器变比的单相电源测量方法及装置。对一固定的电力变压器，一次和二次绕组的匝数比是固定的，在一次绕组的某两相间施加测试电压，则一次绕组电压按一定的比例分配，并在二次绕组中分别感应出成比例的电压，通过测试电压关系得到变压器匝数比，从而折算出实际变比。对常规变压器只需进行一次测试，而对Z型变压器则需进行两次测试以得到一次对二次两个绕组的匝数比，并根据实际运行中电压的相位关系计算出实际变比。本测试方法简单方便，测试精度高。
文档编号G01R29/20GK1419134SQ0214783
公开日2003年5月21日 申请日期2002年12月12日 优先权日2002年12月12日
发明者卜正良, 黄传国, 阎世栋, 徐红兵, 张卫军 申请人:武汉国测科技股份有限公司