本發(fā)明涉及變壓器動態(tài)模擬技術領域，具體是一種變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置。

背景技術：

電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設備之一，變壓器的健康狀態(tài)關系著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。隨著我國電力系統(tǒng)規(guī)模和容量的增加，電力變壓器的事故率也不斷提高。對變壓器進行故障診斷，確定變壓器的健康狀況，有利于保證電力系統(tǒng)的供電可靠性。

結(jié)構(gòu)性故障是導致電力變壓器發(fā)生損壞事故的主要原因之一。對運輸或短路沖擊后的變壓器進行結(jié)構(gòu)性故障診斷可確保變壓器的安全穩(wěn)定運行。目前變壓器結(jié)構(gòu)性故障診斷方法普遍存在精度不高、與現(xiàn)場實際對應較差等缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同故障程度的精確模擬，且并非采用單一檢測方法，而是將多種診斷結(jié)果相綜合，為決策者提供全面的數(shù)據(jù)與理論支持，最終為變壓器結(jié)構(gòu)異變故障診斷提供依據(jù)。

一種變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置，包括變壓器器身、設于變壓器器身內(nèi)的鐵芯及圍繞鐵芯芯柱繞制的繞組，變壓器器身的頂部設有三組高壓套管，三組高壓套管中高壓側(cè)有4個，中壓側(cè)有4個，低壓側(cè)有3個，三組高壓套管分別與變壓器器身內(nèi)的繞組相連，所述鐵芯包括分為上下兩部分的硅鋼片，下部分為“E”字結(jié)構(gòu)，用于放置三相繞組；上部分為“一”字結(jié)構(gòu)，鐵芯上鐵軛通過硅鋼片疊片而成，兩端設置上夾件，鐵芯上鐵軛和上夾件通過穿心布置的上夾件軸向拉桿進行緊固成為整體結(jié)構(gòu)，即形成鐵芯上鐵軛及上夾件組件；各個繞 組為三段式結(jié)構(gòu)，三段式的繞組結(jié)構(gòu)每兩段之間通過冷壓接頭進行連接。

進一步的，三組高壓套管中高壓側(cè)4個分別是高壓套管A、B、C、O，中壓側(cè)4個分別是中壓套管Am、Bm、Cm、Om，低壓側(cè)3個分別是低壓套管a、b、c，變壓器器身內(nèi)部的3個高壓繞組末端相連，構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，高壓套管A、B、C分別與3個高壓繞組首端相連，高壓套管O與3個高壓繞組的連接點相連，變壓器器身內(nèi)部的3個中壓繞組末端相連，構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，中壓套管Am、Bm、Cm分別與3個中壓繞組首端相連，中壓套管Om與3個中壓繞組的連接點相連，變壓器器身內(nèi)部的3個低壓繞組分別首尾相連，構(gòu)成“Δ”型結(jié)構(gòu)，低壓套管a、b、c分別與3個低壓繞組首端相連。

進一步的，鐵芯上鐵軛及上夾件組件上設有上夾件吊裝環(huán)。

進一步的，還包括設于變壓器器身底部的支撐件。

進一步的，變壓器器身的頂部設有油箱注油接口，側(cè)壁設有油箱出油接口，油箱注油接口的外圈設有用于與出油管道相連的螺紋。

進一步的，變壓器器身的頂部設有器身吊裝環(huán)，均勻分布在變壓器器身的四個稱重位置。

本發(fā)明對輔助結(jié)構(gòu)件進行了簡化設計，簡化了上鐵軛拆裝過程中的插片流程，能夠?qū)崿F(xiàn)對各結(jié)構(gòu)件的簡易拆卸與精確復位，由于不需要對上鐵軛進行插片處理，保證了安裝精確度；通過替換三段式結(jié)構(gòu)繞組中的任意一段或者多段，該裝置能夠用于模擬不同故障類型及其故障程度，如軸向位移故障、繞組軸向倒塌故障、繞組變形故障等；本裝置高壓繞組有4個接線端子，中壓繞組有4個接線端子，低壓繞組有3個接線端子，基于該裝置可以改變不同的接線方式，可以實現(xiàn)對接地狀況、測試繞組狀態(tài)、非測試繞組狀態(tài)等的模擬，從而較為系統(tǒng)地研究變壓器結(jié)構(gòu)異變與頻率響應接線方式及其結(jié)果的對應關系。

附圖說明

圖1是本發(fā)明變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置的主視圖；

圖2是本發(fā)明變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置的俯視圖；

圖3是本發(fā)明中鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中高壓繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬方法的原理框圖；

圖6(a)為本發(fā)明變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時正常段示意圖，圖6(b)為倒塌段示意圖；

圖7(a)為本發(fā)明變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時繞組變形示意圖，圖7(b)為圖7(a)中VI部分的放大圖；

圖8為本發(fā)明變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時繞組軸向位移示意圖；

圖9為本發(fā)明為變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時頻率響應試驗接線原理圖；

圖10為本發(fā)明為變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬時介質(zhì)損耗試驗接線原理圖。

圖中：1—支撐件，2—變壓器器身，3—油箱注油接口，4—器身吊裝環(huán)，5—油箱出油接口，6—高壓套管，7—鐵芯，8—鐵芯縱向拉桿，9—上夾件軸向拉桿，10—鐵芯上鐵軛及上夾件組件，11—下端圈，12—繞組銅扁線，13—上端圈，14—冷壓接頭，15—油道，16—繞組線餅，17—絕緣墊塊，18—絕緣棒，19—低壓繞組，20—中壓繞組，21—高壓繞組，22—上夾件吊裝環(huán)。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明中的技術方案進行清楚、完整地描述。

請參考圖1和圖2，本發(fā)明變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置包括變壓器器身2、設于變壓器器身2底部的支撐件1、設于變壓器器身2內(nèi)的鐵芯7及圍繞鐵芯7芯柱繞制的繞組。所述支撐件1位于左右兩側(cè)的為工字結(jié)構(gòu)，位于中間的為C字結(jié)構(gòu)。變壓器器身2的頂 部設有油箱注油接口3，側(cè)壁設有油箱出油接口5，油箱注油接口3的外圈設有螺紋，可與出油管道相連。變壓器器身2的頂部還設有器身吊裝環(huán)4，如圖1所示，四個器身吊裝環(huán)4均勻分布在變壓器器身2的四個稱重位置。請一并參考圖9，變壓器器身2的頂部設有3組高壓套管6，其中高壓側(cè)4個(高壓套管A、B、C、O)、中壓側(cè)4個(中壓套管Am、Bm、Cm、Om)、低壓側(cè)(低壓套管a、b、c)3個。變壓器器身2內(nèi)部的3個高壓繞組末端相連，構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，高壓套管A、B、C分別與3個高壓繞組首端相連，高壓套管O與3個高壓繞組的連接點相連。變壓器器身2內(nèi)部的3個中壓繞組末端相連，構(gòu)成“Y”型結(jié)構(gòu)，中壓套管Am、Bm、Cm分別與3個中壓繞組首端相連，中壓套管Om與3個中壓繞組的連接點相連。變壓器器身2內(nèi)部的3個低壓繞組分別首尾相連，構(gòu)成“Δ”型結(jié)構(gòu)，低壓套管a、b、c分別與3個低壓繞組首端相連。

圖3為鐵芯7的結(jié)構(gòu)示意圖，所述鐵芯7包括分為上下兩部分的硅鋼片：下部分為“E”字結(jié)構(gòu)，用于放置三相繞組；上部分為“一”字結(jié)構(gòu)，構(gòu)成鐵芯上鐵軛及上夾件組件10，以便于拆卸與安裝。鐵芯上下兩部分使用鐵芯縱向拉桿8進行緊固，上夾件吊裝環(huán)22用于拆裝鐵芯上鐵軛及上夾件組件10時的吊裝。

傳統(tǒng)的變壓器鐵芯上鐵軛采用插片結(jié)構(gòu)，需要將硅鋼片逐片插入下部“E”字結(jié)構(gòu)芯柱的槽隙中，操作難度較大。為克服這一缺點，本發(fā)明將鐵芯上鐵軛與上夾件構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，通過穿心布置的上夾件軸向拉桿9進行緊固，上夾件軸向拉桿9可以保證上鐵軛的硅鋼片緊密貼合，同時可起到定位上夾件與上鐵軛的作用。此結(jié)構(gòu)設置保證了變壓器“芯柱-鐵軛”這一磁路完整性的同時，避免了上鐵軛拆裝過程中的插片操作，簡化了操作步驟。

圖4為變壓器高壓繞組三段式結(jié)構(gòu)示意圖，高壓繞組包括下端圈11、繞組銅扁線12、上端圈13、冷壓接頭14、油道15。繞組各線餅的銅扁線之間均勻排布絕緣墊塊17(如圖7(a)和圖7(b)所示)，絕緣墊塊17起到保證線餅扁銅線12間絕緣的作用，同時保證油道 15暢通。三段式的繞組結(jié)構(gòu)每兩段之間通過冷壓接頭14進行連接。實際操作過程中，可以斷開冷壓接頭14，從而對三段式結(jié)構(gòu)中任意一段或多段進行替換，也能夠?qū)崿F(xiàn)對任意一段進行故障程度調(diào)整，用于模擬不同故障類型及其故障程度。對于任意一段繞組，兩端導體均與冷壓接頭14進行冷壓焊接，不同繞組段間通過冷壓接頭14實現(xiàn)分段繞組間的可靠連接。變壓器其他繞組也采用相同的三段式結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置具有以下特點：

一、該裝置嚴格按照220kV電力變壓器縮比，保持與真型變壓器一致的結(jié)構(gòu)布局與絕緣設置。

二、為模擬不同類型的結(jié)構(gòu)性故障，同時也為方便進行不同故障程度的調(diào)節(jié)，該裝置對輔助結(jié)構(gòu)件進行了簡化設計，特別是設計了上鐵軛和上夾件的整體結(jié)構(gòu)10，簡化了上鐵軛拆裝過程中的插片流程，能夠?qū)崿F(xiàn)對各結(jié)構(gòu)件的簡易拆卸與精確復位。

三、鐵芯上鐵軛及上夾件為整體結(jié)構(gòu)。鐵芯上鐵軛通過硅鋼片疊片而成，兩端由上夾件緊固。上鐵軛與芯柱之間交界面為矩形，兩接觸面平整。在該模擬試驗平臺拆裝過程中，鐵芯上鐵軛及上夾件始終作為整體結(jié)構(gòu)，不需要對上鐵軛進行插片處理，保證了安裝精確度。

四、各個繞組均分為三段式結(jié)構(gòu)，兩段之間通過冷壓接頭連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對任意一段結(jié)構(gòu)的替換與調(diào)整，從而實現(xiàn)模擬不同故障類型及其故障程度，如軸向位移故障、繞組軸向倒塌故障、繞組變形故障等。

下文以利用本發(fā)明的變壓器結(jié)構(gòu)異變動態(tài)模擬裝置來模擬故障，并進行相關研究試驗為例，對本發(fā)明進行說明。

圖5是本發(fā)明變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬方法的原理框圖，該方法的核心是依據(jù)變壓器實際結(jié)構(gòu)及其材料特性，構(gòu)建變壓器結(jié)構(gòu)異變動態(tài)模擬裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對典型的現(xiàn)場故障(軸向位移、繞組變形、軸向倒塌等)的模擬。同時，依托于該裝置，可以進行頻率響應試驗、介質(zhì)損耗試驗、短路阻抗試驗。通過對變壓器結(jié)構(gòu)異變故障動態(tài)模擬裝置的試驗，得到不同故障類型及程度下變壓器的典型試 驗數(shù)據(jù)。

(1)故障模擬

本發(fā)明的變壓器結(jié)構(gòu)異變動態(tài)模擬裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對軸向倒塌故障、繞組變形故障、軸向位移故障的模擬，下文對3種故障模擬的具體實現(xiàn)進行了描述。

(a)軸向倒塌故障

圖6(a)和圖6(b)為繞組軸向倒塌時正常段與倒塌段示意圖。軸向倒塌故障為本模擬試驗平臺能夠模擬的典型故障類型之一，圖中α為繞組導體側(cè)面與水平面之間的夾角，表征繞組軸向倒塌的程度。在線圈繞制過程中，通過在線圈模具上增加圖6(b)所示的三角形楔子使繞組導線產(chǎn)生傾倒，軸向倒塌程度可以通過改變楔子的夾角α進行調(diào)節(jié)。

(b)繞組變形故障

圖7為繞組變形示意圖。繞組變形為本故障模擬裝置能夠模擬的典型故障類型之一，8個絕緣墊塊17均勻分布在繞組導體所在圓周，絕緣墊塊17為扁狀長方體結(jié)構(gòu)，其高度等于油道15高度，其長度近似等于繞組線餅徑向厚度，其寬度一般為20mm。在線圈繞制過程中，通過在指定變形部位增加絕緣棒18使繞組產(chǎn)生幅向鼓包變形，變形程度可以通過改變絕緣棒18的直徑進行調(diào)節(jié)。

(c)軸向位移故障

圖8為軸向位移故障示意圖。圖中低壓繞組19、中壓繞組20、高壓繞組21均圍繞鐵芯7同心排布。各繞組上的繞組線餅16間設有絕緣墊塊17(圖8中設有三個絕緣墊塊，分別a、b、c)?？赏ㄟ^改變絕緣墊塊厚度，實現(xiàn)繞組線餅16在軸向位置上的改變，從而模擬軸向位移故障。圖8中正常絕緣墊塊厚度為h(如a所示)。為使圖8中線餅向下發(fā)生軸向位移，需增加上部絕緣墊塊厚度到h+Δh(如b所示)，對應地減小下部絕緣墊塊厚度到h-Δh(如c所示)。

(2)相關試驗

(a)變壓器結(jié)構(gòu)異變故障研究試驗

基于本發(fā)明的裝置，模擬變壓器軸向倒塌故障、繞組變形故障、軸向位移故障，進行在不同故障情況下，變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化、應力薄弱點、故障發(fā)展過程的研究。

(b)變壓器故障診斷技術研究

對變壓器模擬的故障進行全方位的監(jiān)測，收集能夠表征故障的信息量，改變故障的發(fā)生部位，嚴重程度等因素，研究現(xiàn)場常用故障診斷技術。

一般認為，頻率響應法能夠在較寬的頻帶上測量分析繞組的頻率響應特性，判斷變壓器的狀態(tài)。當變壓器發(fā)生結(jié)構(gòu)異變后，其內(nèi)部的電感、電容、電阻分布參數(shù)必然發(fā)生相對變化，對應的頻率響應曲線也會發(fā)生改變。盡管變壓器廠家可能保留了大型電力變壓器的頻率響應歷史數(shù)據(jù)，能夠用于變壓器現(xiàn)場試驗中與頻率響應測試結(jié)果對比。但是，普遍認為試驗接線方式對試驗結(jié)果有很大影響。本裝置高壓繞組有4個接線端子，中壓繞組有4個接線端子，低壓繞組有3個接線端子，基于該裝置可以改變不同的接線方式，可以實現(xiàn)對接地狀況、測試繞組狀態(tài)、非測試繞組狀態(tài)等的模擬，從而較為系統(tǒng)地研究變壓器結(jié)構(gòu)異變與頻率響應接線方式及其結(jié)果的對應關系。圖9是頻率響應試驗接線原理圖，其中圖示接線方式為高壓繞組A點注入信號，中性點O點測量。

圖10為介質(zhì)損耗試驗接線原理圖。通過電橋法對變壓器介質(zhì)損耗進行試驗，可以測量對應的電容量及介質(zhì)損耗。由于本裝置的油箱接地狀態(tài)可人為改變，在進行介質(zhì)損耗試驗時，可以分別對變壓器器身接地與不接地情況進行試驗，同時也可以選擇電橋“正接法”或“反接法”。

(c)故障應對策略研究試驗

研究變壓器發(fā)生故障之后，采取何種措施才能夠保證電網(wǎng)安全和設備安全，降低經(jīng)濟損失。通過對不同故障的不同應對策略的模擬試驗，對各個策略的結(jié)果進行分析評估，研究出針對各個故障的最優(yōu)應對策略。

本發(fā)明具體實施方式的變壓器器身、套管、無勵磁分接開關、散熱片等部分按照GB1094.1、GB1094.2、GB1094.3、GB1094.5等標準設計并制造。

應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，所列舉的試驗方法、故障類型及其程度僅為示例，并不用于限定本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。