快速測(cè)量變壓器繞組直流電阻的新方法

針對(duì)變壓器繞組的特性，提出了一種在過渡過程中測(cè)取其直流電阻的新方法，該方法具有簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。同時(shí)進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，并給出了以單片機(jī)為核心的智能儀器實(shí)現(xiàn)方案。

       關(guān)鍵詞：變壓器直流電阻快速測(cè)量單片機(jī)

       1前言

       電力">電力變壓器在制造、大修后，交接和預(yù)防性試驗(yàn)中以及繞組平均溫升的測(cè)定和故障診斷等都必須進(jìn)行繞組直流電阻的測(cè)量，以對(duì)電力變壓器的特性進(jìn)行分析與判斷[1]。特別在預(yù)防性試驗(yàn)中，試驗(yàn)人員希望快速測(cè)出繞組的直流電阻并接近于實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的直流電阻值。但在實(shí)際測(cè)量中，由于變壓器的繞組具有很大的電感和微小的電阻，其固有時(shí)間常數(shù)t=L/R很大，采用常規(guī)的電橋法或直流壓降法測(cè)量，常常需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到平衡，從而無法實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量[2]。盡管以后采取增大回路電阻的電路突變法、短路去磁法等方法來加快電路電流達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間，雖然有所改善，但效果不大，不能從根本上實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量?，F(xiàn)研究出一種新的快速測(cè)量方法，該方法簡(jiǎn)易可靠，易于擴(kuò)展?，F(xiàn)介紹如下供參考。

       2新方法的基本原理

       電力變壓器繞組可等效為一個(gè)電感和電阻R的串聯(lián)回路。繞組直流電阻的基本測(cè)量電路圖見圖1所示。合上開關(guān)K，回路電壓方程式為:E=L（di/dt） iR。考慮到開關(guān)的非理想性，設(shè)合上開關(guān)后電壓E的時(shí)刻為t=0，此時(shí)電路中的瞬

       由式（5）可見，測(cè)量變壓器繞組直流電阻時(shí)不管電路狀態(tài)如何,只需依次測(cè)取式（5）中的i(t1)、i(t2)、i(t3)，在電源電勢(shì)E已知的條件下即可得到R的值。因此可使測(cè)量時(shí)間任意的短,以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量電力變壓器繞組的直流電阻R。

       本方法的突出優(yōu)點(diǎn)是，從根本上排除了電路的穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)測(cè)量的影響，可大限度地實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。這是其它測(cè)量方法無法達(dá)到的，它克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法所需電源容量大及串入電阻、電容等附加測(cè)量元件對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。

       3新方法的模擬試驗(yàn)

       根據(jù)上述原理，使用Y/D（Z）型工頻試驗(yàn)變壓器和HT-1712F型直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)中利用串聯(lián)在測(cè)試電路中的取樣電阻來取得電流信號(hào)，電源電壓取為2.02V，取樣電阻R5=3.11Ω。用TDS-220型示波器錄取試驗(yàn)波形。

       式中:US1、US2、US3分別為式（5）式中的i(t1)、i(t2)、i(t3)相對(duì)應(yīng)的取樣電阻上的電壓。利用示波器所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理,可以得到A值與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

       顯然，i=Us/Rs，據(jù)此比較式（6）與式（5）可得:R=Rs·E·A……(7)

       即A值與R值僅相差一系數(shù)。比較圖3與圖2可見，當(dāng)時(shí)間經(jīng)過約0.4s，即電源電壓達(dá)到穩(wěn)定后，A值幾乎不變，求得這一段中A的平均值為0.525(V-1)，從而由式（7）求得R=3.298Ω，去除取樣電阻后為0.188Ω（這當(dāng)中還包含有接觸電阻）。這一結(jié)果與使用CA10型號(hào)速測(cè)儀測(cè)得的結(jié)果（0.180Ω）十分接近，說明了式（5）的正確性與可行性。由圖3可見，測(cè)量所需時(shí)間不足1s，達(dá)到了快速測(cè)量的目的。

       雖然模擬試驗(yàn)所采用的是工頻試驗(yàn)變壓器與實(shí)際的電力變壓器的特性不盡相同，但能反映基本實(shí)質(zhì)過程。實(shí)際中的電力變壓器繞組直流電阻為mΩ級(jí)，可能會(huì)出現(xiàn)由于取樣電阻值的微小變化而引起測(cè)取的直流電阻存在較大的誤差，從而影響測(cè)量準(zhǔn)確度。所以在實(shí)際測(cè)量中應(yīng)采用準(zhǔn)確度高、頻帶寬的電流傳感器，而盡量避免采用取樣電阻。如果電流信號(hào)過小還應(yīng)當(dāng)在取樣/保持電路之前加放大器以放大信號(hào)滿足測(cè)量的需要。

       4新方法的具體實(shí)現(xiàn)

       綜上rn所述，新方法是依次測(cè)取式（5）中的各電流值，并進(jìn)行一定的計(jì)算，另外還需進(jìn)行一定的分析比較以提高測(cè)量準(zhǔn)確度。

       單片機(jī)內(nèi)含定時(shí)/計(jì)數(shù)器，并能進(jìn)行一定量的計(jì)算，*能滿足上述要求，選用單片機(jī)制作的智能儀器還具有簡(jiǎn)單、可靠、易于擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)。圖4示出實(shí)現(xiàn)新方法以單片機(jī)為核心的智能儀器，以實(shí)現(xiàn)直流電阻的快速測(cè)量。

       圖中，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理部分主要完成從A/D轉(zhuǎn)換器讀入并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（即式（5）中的各電流值），利用式（5）進(jìn)行計(jì)算并存儲(chǔ)所得結(jié)果，分析、比較計(jì)算所得數(shù)據(jù)，對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行平均得出終結(jié)果以及將終結(jié)果轉(zhuǎn)化為BCD碼以供顯示等。單片機(jī)的控制部分主要是定時(shí)以控制采樣/保持電路和A/D轉(zhuǎn)換器的工作，控制單片機(jī)讀入A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果和顯示所得結(jié)果等。單片機(jī)采用圖5所示的程序流程。

       圖5單片機(jī)程序流程

       5結(jié)語

       經(jīng)過理論推導(dǎo)和模擬試驗(yàn)得出了一種快速測(cè)量電力變壓器繞組直流電阻的新方法，并初步簡(jiǎn)要介紹了智能儀器系統(tǒng)中單片機(jī)的功能和程序流程及實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)電力部門測(cè)量變壓器繞組直流電阻有積極推動(dòng)作用。

       這種新方法具有以下的特點(diǎn):

       (1)在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量中，可以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量;

       (2)不需要大容量電源，可減輕試驗(yàn)設(shè)備重量和體積，從而降低了試驗(yàn)成本;

       (3)無需減小時(shí)間常數(shù)τ，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度;

       (4)采用了以單片機(jī)為核心的智能儀器系統(tǒng)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、顯示，進(jìn)一步提高了測(cè)量準(zhǔn)確度;

       (5)智能儀器系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量過程能自動(dòng)完成，不需要人工干預(yù);

       (6)易于擴(kuò)展,可方便實(shí)現(xiàn)其他功能，如人機(jī)對(duì)話、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)通訊;通過修改程序，還能實(shí)現(xiàn)其他的功能等。