專利名稱：用于估計(jì)變壓器或者電抗器的繞組封裝上的夾持力的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于估計(jì)變壓器或者電抗器的繞組封裝上的夾持力的方法和設(shè) 備，該繞組封裝包括具有連接的至少一個(gè)繞組和鐵心。本發(fā)明對(duì)于在現(xiàn)場(chǎng)確定使用中的 電力變壓器的繞組夾持力而言具有實(shí)用性和有用性。
背景技術(shù)：
電力變壓器需要耐受短路的動(dòng)態(tài)影響而無(wú)損壞。然而，在短路期間，在電力變 壓器的繞組封裝上的電磁力很大。因此，夾持繞組以在短路期間抵抗電磁力。由于材料 老化和收縮、反復(fù)熱循環(huán)、短路等，夾持力在變壓器的壽命期間減少。減少的夾持力因 而將降低電力變壓器的短路耐受能力。因此，重要的是評(píng)估如何硬性地夾持繞組封裝以 保證變壓器的短路耐受能力。
為了確定電力變壓器的繞組封裝的夾持力，常規(guī)地例如通過(guò)測(cè)量壓制板的螺栓 的轉(zhuǎn)矩來(lái)檢查變壓器內(nèi)部，然而這要求變壓器停止工作相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)必須將變壓 器排空油并且經(jīng)常必須從油箱中提起帶電部分。此外，無(wú)論何時(shí)打開(kāi)變壓器油箱，總有 污染的風(fēng)險(xiǎn)。
已知在變壓器絕緣中使用的壓制板的強(qiáng)非線性應(yīng)變-應(yīng)力特性引起與在繞組上 的夾持力有關(guān)的機(jī)械諧振頻率。如果減少夾持力，則機(jī)械諧振頻率移向更低頻率。因此 通過(guò)確定機(jī)械諧振頻率可以確定夾持力。
專利SU1390643已經(jīng)公開(kāi)一種用于檢查諸如電機(jī)、變壓器線圈、扼流圈等電氣 設(shè)備的浸漬繞組質(zhì)量的方法。該檢查是基于通過(guò)繞組傳遞脈沖電流而生成的振動(dòng)的物理 現(xiàn)象，此后根據(jù)振動(dòng)信號(hào)評(píng)估繞組的質(zhì)量。
在標(biāo)題為"Dynamic response of power transformers under axial short circuit forces, Part 2-Winding and clamps as a combined system” (IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,第PAS-92卷，第五期，1973年9_10月，第1567-1576頁(yè))的論文中，可以發(fā)現(xiàn)一種用于確定繞組的機(jī)械諧振頻率的數(shù)值方法。這一方法提供了一種數(shù)值解決方案 或者一種計(jì)算繞組的機(jī)械諧振頻率的數(shù)學(xué)模型，然后比較計(jì)算的諧振頻率與測(cè)試的諧振 頻率。該論文已經(jīng)表明在變壓器絕緣中使用的壓制板的非線性應(yīng)變-應(yīng)力引起與夾持力 有關(guān)的繞組機(jī)械諧振頻率。然而，該方法基于一種用于計(jì)算繞組機(jī)械諧振頻率的數(shù)學(xué)模 型，而不是在現(xiàn)場(chǎng)的直接測(cè)量。這意味著必須進(jìn)行模型驗(yàn)證。然而，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的變壓 器而言并不實(shí)際，因?yàn)樗腔趯?shí)驗(yàn)室中的線圈作為所用技術(shù)。
雖然建議可以通過(guò)分析變壓器振動(dòng)來(lái)確定夾持力，并且已知繞組的機(jī)械諧振頻 率與在變壓器的繞組上的夾持力相關(guān)，但是如今并不存在用于確定變壓器的繞組封裝的 機(jī)械諧振頻率的有用且實(shí)際的方法。
一般也關(guān)注獲知變壓器或者電抗器發(fā)聲有多少。查明該發(fā)聲的一種方式是確定 變壓器或者電抗器的諧振頻率。需要例如現(xiàn)場(chǎng)以實(shí)用方式確定諧振頻率而無(wú)復(fù)雜操作。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種適合于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行的用于為變壓器或者電抗器 的繞組封裝確定振動(dòng)模式的機(jī)械諧振頻率的改進(jìn)方法。
這一目的由如權(quán)利要求1限定的方法實(shí)現(xiàn)。
這樣的方法包括向繞組的連接供應(yīng)電流脈沖，以便激勵(lì)繞組；測(cè)量由電流脈 沖而生成的繞組封裝的振動(dòng)；基于測(cè)量的振動(dòng)來(lái)計(jì)算機(jī)械諧振頻率；以及基于計(jì)算的機(jī) 械諧振頻率和在預(yù)期機(jī)械諧振頻率與夾持力之間的預(yù)定關(guān)系，來(lái)估計(jì)在繞組封裝上的夾 持力。
當(dāng)繞組面臨撞擊時(shí)，它將在多種振動(dòng)模式中振動(dòng)。然而，需要根據(jù)應(yīng)用的目的 來(lái)識(shí)別或者測(cè)量特定振動(dòng)模式。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)供應(yīng)電流脈沖，在期望的振動(dòng)模式中 激勵(lì)繞組。
雖然電流激勵(lì)可以激勵(lì)繞組，但是并非它們中的所有都以充分強(qiáng)度激勵(lì)期望的 振動(dòng)模式。例如，在正常操作期間的穩(wěn)態(tài)50Hz電流僅激勵(lì)50Hz及其諧波。因此，這 一方法具有限制。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)繞組注入電流脈沖。由此，在這一繞組中生成電流，并且激 勵(lì)期望的振動(dòng)模式。
本發(fā)明使得可以激勵(lì)期望的振動(dòng)模式。因此，舉例而言，這與排出變壓器內(nèi)的 油以允許檢查內(nèi)部相比，是一種用于為變壓器確定期望的振動(dòng)模式的機(jī)械諧振頻率的簡(jiǎn) 單和實(shí)用的方法?？梢酝ㄟ^(guò)在變壓器的油箱壁外側(cè)上附接測(cè)量裝置來(lái)簡(jiǎn)單地測(cè)量振動(dòng)。 可以基于測(cè)量的振動(dòng)，來(lái)簡(jiǎn)單地計(jì)算繞組的機(jī)械諧振頻率。
在振動(dòng)專家之中，將期望的振動(dòng)模式分類為具有針對(duì)變壓器的繞組封裝的固定 端的軸向?qū)ΨQ振動(dòng)模式。
通過(guò)確定軸向?qū)ΨQ振動(dòng)模式的機(jī)械諧振頻率，可以估計(jì)夾持力。為了確定軸向 對(duì)稱振動(dòng)模式的機(jī)械諧振頻率，應(yīng)當(dāng)在軸向?qū)ΨQ振動(dòng)模式中激勵(lì)繞組?？梢詼y(cè)量繞組的 振動(dòng)，并且可以基于測(cè)量的振動(dòng)，來(lái)計(jì)算影響夾持的繞組機(jī)械諧振頻率?？梢曰谟?jì)算 的機(jī)械諧振頻率和在機(jī)械諧振頻率與夾持力之間的預(yù)定關(guān)系，來(lái)估計(jì)繞組的夾持力。如 果計(jì)算的機(jī)械諧振頻率低于預(yù)期機(jī)械諧振頻率，則表明變壓器的夾持力減少，因?yàn)楫?dāng)減 少夾持力時(shí)，機(jī)械諧振頻率移向更低頻率。
建立在機(jī)械諧振頻率與夾持力之間的關(guān)系使本發(fā)明更為實(shí)際和有用。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，基于變壓器的額定功率和額定電壓，在數(shù)學(xué)上估 計(jì)在預(yù)期機(jī)械諧振頻率與夾持之間的預(yù)定關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，變壓器的繞組封裝包括具有連接的初級(jí)和次級(jí)繞 組，該方法包括電布置次級(jí)繞組的連接，以使得當(dāng)向初級(jí)繞組的連接供應(yīng)電流脈沖時(shí)， 在期望的振動(dòng)模式中有效地激勵(lì)繞組。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，布置次級(jí)繞組的連接以使得短路次級(jí)繞組。 在次級(jí)繞組短路時(shí)，在與短路期間相同的期望的軸向?qū)ΨQ振動(dòng)模式中同時(shí)激勵(lì)所有繞 組。次級(jí)繞組短路的又一優(yōu)點(diǎn)在于，由于初級(jí)繞組的阻抗更低，所以電流脈沖需要比額 定電壓低得多的電壓來(lái)激勵(lì)繞組。因此需要的電壓不是將損壞繞組絕緣的過(guò)電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，電流脈沖具有與預(yù)期機(jī)械諧振頻率的上升時(shí)間接 近或者比其更短的上升時(shí)間。這相對(duì)于其它諧振而言增強(qiáng)對(duì)軸向?qū)ΨQ諧振的激勵(lì)。否 則，激勵(lì)大量諧振或者不激勵(lì)諧振。大量諧振造成難以挑選期望的諧振?？梢愿鶕?jù)變壓 器的類型，來(lái)預(yù)先粗略地計(jì)算變壓器的繞組的預(yù)期機(jī)械諧振頻率。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法可用于確定在變壓器的繞組封裝上的夾持力。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種用于為變壓器或者電抗器的繞組封裝確定振 動(dòng)模式的機(jī)械諧振頻率的設(shè)備。
這一目的由如權(quán)利要求7所述的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。
這樣的設(shè)備包括電流脈沖生成器，配置成生成足以激勵(lì)繞組的電流脈沖；用 于向繞組供應(yīng)電流脈沖的裝置；傳感器，用于測(cè)量由電流脈沖而生成的變壓器或者電抗 器的振動(dòng)；以及計(jì)算單元，配置成基于測(cè)量的振動(dòng)來(lái)計(jì)算機(jī)械諧振頻率，以及基于計(jì)算 的機(jī)械諧振頻率和在預(yù)期機(jī)械諧振頻率與夾持力之間的預(yù)定關(guān)系，來(lái)估計(jì)在繞組封裝上 的夾持力。
這樣的設(shè)備可以用作無(wú)破壞性診斷工具，以在現(xiàn)場(chǎng)確定變壓器或者電抗器的繞 組夾持力。這樣的設(shè)備進(jìn)行的測(cè)量將無(wú)損于繞組，因?yàn)樗秒妷翰⒎沁^(guò)電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，傳感器是加速度計(jì)。為了測(cè)量振動(dòng)，將加速度計(jì) 恰好放置于電抗器或者變壓器的油箱壁外側(cè)上。該位置可以在繞組上方或者下方。使用 加速度計(jì)以獲得信號(hào)的恰當(dāng)振幅是經(jīng)濟(jì)的，并且易于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，脈沖生成器包括將連接到初級(jí)繞組的電路，該電 路包括電容器、布置成對(duì)電容器進(jìn)行充電的直流電壓源和在激活時(shí)配置成通過(guò)對(duì)電容器 進(jìn)行放電來(lái)生成電流脈沖的開(kāi)關(guān)。
為了注入電流脈沖，電容器由直流電壓源充電、然后通過(guò)接通開(kāi)關(guān)在初級(jí)繞組 上放電。
在次級(jí)繞組短路時(shí)，初級(jí)繞組的表觀阻抗更低；因此，需要額定電壓的僅 10-20%來(lái)獲得與額定電流接近的電流，這保證所需的電壓不是將損壞繞組絕緣的過(guò)電 壓。另外，在無(wú)需額定電壓的情況下執(zhí)行測(cè)量是實(shí)用的。額定電壓將需要更大電容的電 容器，這可能增加構(gòu)建這樣的設(shè)備的復(fù)雜度。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，二極管與電容器并聯(lián)布置。二極管的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在 于，電流脈沖為單極性的，并不振蕩。因此，激勵(lì)脈沖可以在更寬頻率范圍中激勵(lì)諧 振，這使本發(fā)明可以用來(lái)確定在某一范圍中的繞組的機(jī)械諧振頻率的方式更為靈活。例 如，額定功率為200MVA的變壓器的機(jī)械諧振頻率可以范圍為75-140HZ。此外，保證在 電容器之上的電壓總是為正。當(dāng)電壓變?yōu)樨?fù)時(shí)，電容器通過(guò)二極管放電。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，電容器以及繞組電感形成電諧振電路。選擇電容 器以使得電諧振電路的諧振頻率接近或者高于繞組的預(yù)期機(jī)械諧振頻率。
為了激勵(lì)軸向?qū)ΨQ諧振，電容器的電容應(yīng)當(dāng)足夠。足夠的電容確定電流脈沖的 更恰當(dāng)上升時(shí)間，以便激勵(lì)軸向?qū)ΨQ諧振。
當(dāng)采集軸向?qū)ΨQ振動(dòng)的信號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算單元通過(guò)使用一些公知分析方法(如 快速傅里葉變換分析)來(lái)計(jì)算軸向?qū)ΨQ諧振。
易于構(gòu)造這樣的設(shè)備以用于估計(jì)在變壓器的繞組封裝的繞組上的夾持力。


現(xiàn)在，將通過(guò)對(duì)本發(fā)明不同實(shí)施方式的描述，并且參照以下附圖，更仔細(xì)地描 述本發(fā)明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定變壓器的繞組封裝中的繞組的振動(dòng)模式的機(jī) 械諧振頻率的設(shè)備。
圖2a-圖2c通過(guò)比較良好夾持情況(圖&和圖2c)與幾乎未夾持情況(圖2b) 示出了機(jī)械諧振頻率如何取決于夾持力的例子。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的電流脈沖生成器的電路方案的例子。
圖4示出了根據(jù)用于不同類型的變壓器的額定功率對(duì)預(yù)期機(jī)械諧振頻率的估 計(jì)。
圖5a示出了在上升時(shí)間有限的電流脈沖期間經(jīng)過(guò)繞組的電流。
圖恥示出了在圖5a中的電流脈沖期間測(cè)量的繞組上的振動(dòng)。
圖k示出了圖恥中的振動(dòng)信號(hào)的頻譜。
具體實(shí)施方式
實(shí)質(zhì)上，機(jī)械碰撞(例如用錘打擊)可以產(chǎn)生軸向力，或者經(jīng)過(guò)繞組的電流脈沖 可以以電方式產(chǎn)生軸向力。已知隨著機(jī)械碰撞，激勵(lì)大量諧振，這使得難以或者幾乎不 可能識(shí)別繞組的諧振頻率。此外，不可能現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行這樣的機(jī)械碰撞。取而代之，可以使 用電流激勵(lì)來(lái)激勵(lì)繞組。電流激勵(lì)主要激勵(lì)繞組，這使得有可能在繞組因軸向力振蕩時(shí) 發(fā)現(xiàn)機(jī)械諧振頻率。
最簡(jiǎn)單的激勵(lì)在正常操作期間是穩(wěn)態(tài)50Hz電流。但是，這一電流僅激勵(lì)50Hz 及其諧波。繞組的機(jī)械諧振頻率僅在涌入時(shí)被激勵(lì)，然后在穩(wěn)態(tài)中消失。因此，難以使 用這一方法來(lái)發(fā)現(xiàn)機(jī)械諧振頻率。取而代之，涌入電流可以用來(lái)激勵(lì)繞組?？梢酝ㄟ^(guò) 閉合變壓器的一側(cè)上的斷路器同時(shí)使得另一側(cè)上的斷路器關(guān)斷，來(lái)執(zhí)行這樣的方法。涌 入電流可以在比50Hz穩(wěn)態(tài)更寬的頻譜內(nèi)激勵(lì)，然而它也同時(shí)激勵(lì)變壓器的鐵心和其它部 分。因此，很難從其它諧振中挑選繞組的機(jī)械諧振頻率。
在下文中，將結(jié)合變壓器說(shuō)明本發(fā)明的方法，然而本發(fā)明也適用于電抗器。
圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的用于確定變壓器的繞組封裝中的繞組的 振動(dòng)模式的機(jī)械諧振頻率的設(shè)備。如圖1中所示，繞組封裝包括具有連接la、lb、&和 2b的初級(jí)繞組1和次級(jí)繞組2。電流生成器4連接到初級(jí)繞組1的連接la、lb。電流生 成器4的功能在于，生成電流脈沖以產(chǎn)生如下軸向力，該軸向力在期望的振動(dòng)模式中激 勵(lì)繞組。傳感器6如加速度計(jì)，放置于油箱壁3的底部用于測(cè)量振動(dòng)的信號(hào)。傳感器測(cè) 量的振動(dòng)由計(jì)算單元8采集。另外，基于測(cè)量的振動(dòng)來(lái)計(jì)算機(jī)械振動(dòng)頻率，并且在顯示 單元10上顯示結(jié)果。
應(yīng)當(dāng)電布置次級(jí)繞組2的連接&、2b以使得電流脈沖激勵(lì)兩個(gè)繞組。在圖1中 所示實(shí)施方式中，次級(jí)繞組的連接短路。這一布置模擬了短路。在另一情況下，變壓器 的繞組封裝可以包括兩個(gè)或者更多次級(jí)繞組。然后，所有次級(jí)繞組均短路。在電抗器的 情況下，次級(jí)繞組2并不存在，因此省略這一步驟。
取而代之，在次級(jí)繞組2關(guān)斷時(shí)，初級(jí)繞組1的阻抗高，因此需要與額定電壓接 近的電壓以能夠在期望的振動(dòng)模式中激勵(lì)繞組。這可能有過(guò)電壓風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它用電流脈沖僅激勵(lì)機(jī)械諧振頻率，這使得易于測(cè)量 振動(dòng)。另一優(yōu)點(diǎn)在于，電流脈沖激勵(lì)在相對(duì)寬的頻譜內(nèi)激勵(lì)。因此，本發(fā)明可以應(yīng)用于 廣泛的變壓器，以估計(jì)變壓器的夾持力。
當(dāng)通過(guò)初級(jí)繞組注入電流脈沖時(shí)，在恰當(dāng)電布置次級(jí)繞組時(shí)，其在這一例子中 為短路，電流脈沖產(chǎn)生軸向力，其進(jìn)一步使繞組振動(dòng)。振動(dòng)穿過(guò)油并且到達(dá)油箱壁。信 號(hào)的振幅可能與傳感器位置頗為相關(guān)，但是頻率不應(yīng)當(dāng)隨著傳感器的位置不同而改變。 從繞組到傳感器的機(jī)械連接可以視為濾波器，從而增加和減少了不同頻率。不同傳感器 位置因此可以增強(qiáng)不同頻率。最佳位置可能在自然諧振頻率比機(jī)械諧振頻率高得多的硬 構(gòu)造部位。在這一例子中，傳感器放置于油箱壁的底部。
計(jì)算單元10進(jìn)行對(duì)振動(dòng)的信號(hào)數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)使用一些公知分析方法如FFT 來(lái)計(jì)算軸向?qū)ΨQ諧振，并且在顯示單元10上顯示計(jì)算的結(jié)果。
圖2a-圖2c表明機(jī)械諧振頻率與夾持力的相關(guān)性。如圖所示，增加的夾持力造 成增加的機(jī)械諧振頻率。例如，圖&示出了當(dāng)夾持繞組時(shí)的顯著機(jī)械諧振頻率，而圖沈 示出了當(dāng)在繞組上無(wú)夾持時(shí)機(jī)械諧振頻率減小。圖北示出了當(dāng)重新夾持繞組時(shí)機(jī)械諧振 頻率再次增加。
機(jī)械諧振頻率被表示為兩端固定的第一軸向?qū)ΨQ模式，在下文中表示為“^固 定-固定”。
已知變壓器的壓制板的非線性應(yīng)力-應(yīng)變特性引起與夾持力相關(guān)的f2固定-固 定。因而，當(dāng)在f2固定-固定模式中激勵(lì)繞組時(shí)，可以基于測(cè)量的振動(dòng)和變壓器的詳細(xì) 機(jī)械模型，來(lái)計(jì)算變壓器的機(jī)械諧振頻率f2固定-固定。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的電流脈沖生成器4的電路方案例子。電流 脈沖生成器4的電路包括DC電壓源12、電容器14、二極管16以及兩個(gè)開(kāi)關(guān)18和20。 取而代之，無(wú)開(kāi)關(guān)18的電方案也適用。
在這一配置中，電流脈沖生成器4連接到初級(jí)繞組1的連接la、lb。次級(jí)繞組 2的連接&、2b被短路。
直流電壓源12的端子之一經(jīng)由開(kāi)關(guān)18和20連接到初級(jí)繞組1的連接之一 la。 另一端子連接到初級(jí)繞組的另一連接lb。優(yōu)選地，直流電壓源的量值范圍為變壓器額定 電壓的10-20%。直流電壓源的功能在于對(duì)電容器14進(jìn)行充電。電容器與直流電壓源 并聯(lián)布置。電容器的電容如下文討論的那樣與電流脈沖的期望的上升時(shí)間相關(guān)。電容器 的功能在于，存儲(chǔ)能量以生成電流脈沖。開(kāi)關(guān)18布置于直流電壓源與電容器之間。開(kāi) 關(guān)18的功能在于，在它閉合時(shí)對(duì)電容器進(jìn)行充電。開(kāi)關(guān)20布置于電容器14與二極管16 之間。開(kāi)關(guān)20的功能在于在它閉合時(shí)對(duì)電容器進(jìn)行放電，以向初級(jí)繞組注入電流脈沖。 電容器14以及繞組電感形成電諧振電路。二極管16與電容器并聯(lián)布置。二極管的功能 在于在生成電流脈沖時(shí)消除電諧振電路的振蕩。
為了向初級(jí)繞組1中注入電流脈沖，電容器14在開(kāi)關(guān)18閉合并且開(kāi)關(guān)20關(guān)斷 時(shí)由直流電壓源12充電，然后通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)20對(duì)電容器進(jìn)行放電。
為了僅激勵(lì)機(jī)械諧振頻率，應(yīng)當(dāng)注入上升時(shí)間與預(yù)期機(jī)械諧振頻率的上升時(shí)間t接近或者比其更短的電流脈沖。這意味著電流的電諧振頻率^應(yīng)當(dāng)接近或者高于機(jī) 械諧振頻率f2固定-固定。電諧振電路具有如下電諧振頻率
f _ 1 1JQ = ........... ..M.H.丨丨…- ·2π Vlc(])
流脈沖，
其中^是電諧振頻率，L是變壓器的短路電感，并且C是電容器14的電容。 U2L^uk ΝΡΝωΝ( 2 )其中Un是額定電壓，I5n是額定功率，ωΝ是電網(wǎng)頻率，并且uk是短路阻抗。 C是電容器的電容，其可以根據(jù)公式⑴和(2)計(jì)算。 c_ 1 二 Pn^N(2^0)2L ~ (2^0)2ukU2N( 3 )例如對(duì)于額定頻率為50Piz的電流，為了獲得峰值電流與額定電流相同的電 應(yīng)當(dāng)用11_對(duì)電容器14進(jìn)行充電U一一 =SH"U々q ⑷其中Z是短路阻抗UiZ = 2/rf0L· = f0uk-“( 5 )如果在四分之一正弦周期中注入電流脈沖，則具有如下上升時(shí)間_丄丄"Ι 了q (6)
需要的電容計(jì)算如下1At2Cl rfvt9L____」——
(2冗/。廣 L TiiL(7)在無(wú)變壓器的詳細(xì)模型時(shí)，預(yù)期機(jī)械諧振f2可以根據(jù)變壓器的額定功率和額定電壓粗略地估計(jì)為1
Z24mva( 8 )
其中MVA是變壓器的額定功率。因此，可以預(yù)先確定在預(yù)期機(jī)械諧振頻率與夾 持力之間的關(guān)系。
圖4示出了根據(jù)用于不同類型的變壓器的額定功率來(lái)估計(jì)繞組的預(yù)期機(jī)械諧振 頻率。該示了不同類型的變壓器具有不同繞組諧振。由于電流脈沖的電諧振頻率& 應(yīng)當(dāng)接近或者高于機(jī)械諧振頻率f2固定-固定，所以公式⑶中的f2可以在公式(6)中用 來(lái)確定上升時(shí)間Up因此，可以用公式(7)確定電容C。圖4也示出了對(duì)于額定功率 為200MVA的變壓器而言機(jī)械諧振頻率可以范圍為75-140HZ。為了估計(jì)夾持力，可以比 較計(jì)算的機(jī)械諧振頻率與預(yù)期諧振頻率，如果計(jì)算的機(jī)械諧振頻率低于預(yù)期機(jī)械諧振頻 率，則表明夾持力減少。
圖5a示出了在電流脈沖期間經(jīng)過(guò)繞組的電流。電流在上升時(shí)間達(dá)到它的峰 值。圖5a也示出了在二極管與電容器并聯(lián)布置時(shí)，電流由電感維持，并且由于在電流達(dá) 到它的峰值之后在繞組中的損耗而緩慢衰落。
圖恥示出了在圖5a中所示電流脈沖期間測(cè)量的繞組上的振動(dòng)。注意振動(dòng)的上 升時(shí)間粗略地與相同。
圖&示出了圖恥中的振動(dòng)信號(hào)的頻譜。峰值是對(duì)機(jī)械諧振頻率的估計(jì)，其例 如可以用于估計(jì)在變壓器的繞組上的夾持力。
為了能夠基于繞組的測(cè)量振動(dòng)來(lái)計(jì)算諧振頻率，可以使用若干方法。例如，數(shù) 字傅里葉變換是一種用于頻譜分析的有效算法。此外，可以在頻譜分析并不適合的情況 下應(yīng)用擬合方法。對(duì)于一個(gè)例子，由于電流脈沖激勵(lì)給出信號(hào)的短暫持續(xù)時(shí)間，所以應(yīng) 當(dāng)在相當(dāng)短的時(shí)限內(nèi)進(jìn)行頻譜分析，以避免來(lái)自擾動(dòng)的影響。然而，由于傅里葉變換的 性質(zhì)，頻率分辨率Af因Af= 1/T而有限，其中T是分析的信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。對(duì)于另 一例子，傅里葉分析有時(shí)給出具有若干峰值的寬凸塊。于是很難確定適當(dāng)頻率。
現(xiàn)在將給出一種擬合信號(hào)的適當(dāng)部分Φ⑴的可能擬合方法的例子
權(quán)利要求
1.一種用于估計(jì)在變壓器或者電抗器的繞組封裝上的繞組夾持力的方法，所述繞組 封裝包括具有連接的至少一個(gè)繞組和鐵心，其特征在于，所述方法包括“向所述繞組的所述連接供應(yīng)電流脈沖，以便激勵(lì)所述繞組，-測(cè)量由所述電流脈沖而生成的所述繞組封裝的振動(dòng)，“基于所述測(cè)量的振動(dòng)來(lái)計(jì)算所述機(jī)械諧振頻率，以及-基于所述計(jì)算的機(jī)械諧振頻率和在預(yù)期機(jī)械諧振頻率與所述夾持力之間的預(yù)定關(guān) 系，來(lái)估計(jì)在所述繞組封裝上的所述夾持力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述振動(dòng)模式是具有針對(duì)變壓器的繞組封裝的固 定端的軸向?qū)ΨQ振動(dòng)模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中所述變壓器的所述繞組封裝包括具有連接 的初級(jí)和次級(jí)繞組，所述方法包括電布置所述次級(jí)繞組的所述連接以使得在所述振動(dòng)模 式中激勵(lì)所述繞組，并且向所述初級(jí)繞組的所述連接供應(yīng)所述電流脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的方法，其中布置所述次級(jí)繞組的所述連接以使得短路 所述次級(jí)繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的方法，其中所述電流脈沖具有與所述預(yù)期機(jī)械諧振頻率的 上升時(shí)間接近或者比其更短的上升時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的方法，其中基于所述變壓器的額定功率和額定電壓，在數(shù) 學(xué)上估計(jì)在所述預(yù)期機(jī)械諧振頻率與所述夾持力之間的所述預(yù)定關(guān)系。
7.一種用于為變壓器或者電抗器的繞組封裝估計(jì)振動(dòng)模式的機(jī)械諧振頻率的設(shè)備， 所述繞組封裝包括具有連接(la，lb)的至少一個(gè)繞組(1)和鐵心，其特征在于，所述設(shè) 備包括-電流脈沖生成器(4)，配置成生成足以激勵(lì)所述繞組的電流脈沖，-用于向所述繞組供應(yīng)所述電流脈沖的裝置，_傳感器(6)，用于測(cè)量由所述電流脈沖而生成的所述變壓器或者所述電抗器的振 動(dòng)，以及-計(jì)算單元(8)，配置成基于所述測(cè)量的振動(dòng)來(lái)計(jì)算所述機(jī)械諧振頻率，并且基于所 述計(jì)算的機(jī)械諧振頻率和在預(yù)期機(jī)械諧振頻率與夾持力之間的預(yù)定關(guān)系，來(lái)估計(jì)繞組封 裝上的所述夾持力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，所述變壓器的所述繞組封裝包括具有連接(la，lb, 2a, 2b)的初級(jí)繞組(1)和次級(jí)繞組(2)，其中所述次級(jí)繞組(2)的所述連接(2a，2b)被 電布置成使得在期望的振動(dòng)模式中激勵(lì)所述繞組，并且向所述初級(jí)繞組(1)的所述連接 供應(yīng)所述電流脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述次級(jí)繞組(2)的所述連接(2a，2b)被布置 成使得短路所述次級(jí)繞組(2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9所述的設(shè)備，其中所述傳感器(6)是加速度計(jì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中的任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述脈沖生成器包括待連 接到所述初級(jí)繞組(1)的電路，所述電路包括電容器(14)、布置成對(duì)所述電容器(14)進(jìn) 行充電的直流電壓源(12)和配置成在激活時(shí)通過(guò)對(duì)所述電容器(14)進(jìn)行放電來(lái)生成電流 脈沖的開(kāi)關(guān)(20)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中二極管(16)與所述電容器(14)并聯(lián)布置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或者12所述的設(shè)備，其中所述電容器(14)以及所述繞組電感形 成電諧振電路，并且選擇所述電容器以使得所述電諧振電路的諧振頻率接近或者高于所 述繞組的所述預(yù)期機(jī)械諧振頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于估計(jì)在變壓器或者電抗器的繞組封裝上的繞組夾持力的方法和設(shè)備，該繞組封裝包括具有連接(1a，1b)的至少一個(gè)繞組(1)和鐵心。該設(shè)備包括電流脈沖生成器(4)，配置成生成足以激勵(lì)繞組的電流脈沖；用于向繞組供應(yīng)電流脈沖的裝置；傳感器(6)，用于測(cè)量由電流脈沖所生成的變壓器或者電抗器的振動(dòng)；以及計(jì)算單元(8)，配置成基于測(cè)量的振動(dòng)來(lái)計(jì)算所述機(jī)械諧振頻率，并且基于計(jì)算的機(jī)械諧振頻率和在預(yù)期機(jī)械諧振頻率與夾持力之間的預(yù)定關(guān)系，來(lái)估計(jì)在繞組封裝上的夾持力。
文檔編號(hào)G01R31/06GK102027660SQ200980117137
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者T·本特森, T·瓦斯 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司