電力變壓器運(yùn)行參數(shù)在線測(cè)量與評(píng)估系統(tǒng)研究.pdf

1、電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備也是故障多發(fā)設(shè)備和耗能設(shè)備，被國家列為實(shí)施能源效率管理目錄的產(chǎn)品，以滿足電力工業(yè)關(guān)于機(jī)電產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)改造的發(fā)展要求。目前國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)電力變壓器在線監(jiān)測(cè)的研究主要集中在變壓器油的色譜分析和局部放電方面，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)裝置也相對(duì)成熟。但對(duì)電力變壓器的空載損耗、負(fù)載損耗、諧波附加損耗以及容量等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線測(cè)量涉及較少，其方法和測(cè)量裝置也比較缺乏。鑒于此種情況，結(jié)合國家節(jié)能發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)電力工業(yè)的新

2、要求，對(duì)電力變壓器的空載損耗、負(fù)載損耗、諧波附加損耗以及容量等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線測(cè)量并評(píng)估，一方面為變壓器故障診斷和降低變壓器和電網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)具有重要的指導(dǎo)意義，另一方面通過對(duì)運(yùn)行參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量及時(shí)取締高耗能、低效率的電力變壓器是降低我國電網(wǎng)線損的最有效措施，對(duì)實(shí)施我國電力工業(yè)節(jié)能減排戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　為實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行參數(shù)的在線測(cè)量，在線實(shí)時(shí)采集變壓器高、低壓端電流、電壓信號(hào)是關(guān)鍵，特別是變壓器高壓端的電壓采集

3、因絕緣等級(jí)高、連接不方便等原因，成為本課題研究的測(cè)量系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。由于傳統(tǒng)電壓互感器具有繞組或鐵芯，會(huì)導(dǎo)致暫態(tài)響應(yīng)不能跟隨一次電壓變化或高頻振蕩，同時(shí)因?yàn)榛ジ衅鹘拥?，增加了絕緣結(jié)構(gòu)的體積和復(fù)雜程度。本文在分析傳統(tǒng)互感器與新型電子式互感器優(yōu)缺點(diǎn)之后，提出并設(shè)計(jì)了基于自積分D-dot傳感器的電子式電壓互感器。通過電場(chǎng)耦合原理對(duì)導(dǎo)體電位進(jìn)行無接觸測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了電力變壓器高壓端電壓信號(hào)的安全、方便、可靠的實(shí)時(shí)采集。
　　本課題在查閱大

4、量國內(nèi)外參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上對(duì)電力變壓器空載、負(fù)載損耗、諧波附加損耗以及容量的在線測(cè)量問題進(jìn)行了全面深入的研究，取得了下述幾點(diǎn)成果，在分析變壓器結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，分別推導(dǎo)出變壓器空載、負(fù)載損耗、諧波附加損耗以及容量的在線測(cè)量方法，設(shè)計(jì)了基于自積分D-dot傳感器的電子式電壓互感器，開發(fā)了電力變壓器在線運(yùn)行參數(shù)在線測(cè)量與評(píng)估系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試平臺(tái)的模擬實(shí)驗(yàn)和掛網(wǎng)運(yùn)行的電力變壓器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該測(cè)量與評(píng)估系統(tǒng)的可行性和有效性，為后續(xù)工

5、程實(shí)踐應(yīng)用奠定了扎實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　①提出了一種新的在線測(cè)量電力變壓器短路阻抗的方法，給出了具體的計(jì)算公式和推導(dǎo)步驟，并在此基礎(chǔ)上深入研究了電力變壓器空載損耗和負(fù)載損耗的在線計(jì)算和測(cè)量方法，為本文構(gòu)建的電力變壓器在線運(yùn)行參數(shù)在線測(cè)量與評(píng)估系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。
　?、谠诜治鲭娏ψ儔浩髦C波附加損耗的機(jī)理的基礎(chǔ)上，充分考慮集膚效應(yīng)的影響，提出了13次諧波及以下的諧波電阻的2次擬合計(jì)算公式

6、和諧波電抗的4次擬合計(jì)算公式。提出了一種新的變壓器諧波附加損耗在線測(cè)量方法，并對(duì)所提出的測(cè)量方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　③在分析損耗比較法、阻抗電壓法、三元素法等多種變壓器容量離線測(cè)量方法的基礎(chǔ)上提出了一種新的變壓器容量在線測(cè)量方法，并對(duì)所提出的新的檢測(cè)方法進(jìn)行仿真研究，從而驗(yàn)證了本文所提出容量在線測(cè)量方法的正確性。
　　④提出了基于自構(gòu)電場(chǎng)的單極式電壓測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)了通過測(cè)量電場(chǎng)獲得電壓值的計(jì)算方法和校驗(yàn)方法，為一種新型數(shù)字電

7、壓測(cè)量方法奠定了基礎(chǔ)。
　?、菰O(shè)計(jì)了基于電場(chǎng)自積分式的D-dot電子式互感器（適用于10kV及以下電壓等級(jí)），并對(duì)電力變壓器高壓端電壓進(jìn)行了非接觸式采集，證明了測(cè)量值可以滿足0.5級(jí)精度，并可以直接數(shù)字化和無線傳送。
　?、揲_發(fā)了基于ARM單片機(jī)STM32F103ZE為核心數(shù)據(jù)采集器和無線數(shù)傳技術(shù)的電力變壓器運(yùn)行參數(shù)在線測(cè)量硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變壓器運(yùn)行參數(shù)高、低壓側(cè)電流、電壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線采集和傳送。
　　⑦開發(fā)了基于

8、MFC開發(fā)軟件的集電力變壓器運(yùn)行參數(shù)（包括短路阻抗、短路電阻、銅耗、鐵耗、空載損耗、負(fù)載損耗、諧波附加損耗、容量）在線測(cè)量、數(shù)據(jù)分析與評(píng)估、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和打印于一體的軟件系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量和評(píng)估提供了良好的人機(jī)交互平臺(tái)。
　?、嗉砷_發(fā)的軟硬件系統(tǒng)構(gòu)建了電力變壓器運(yùn)行參數(shù)在線測(cè)量與評(píng)估系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)室模擬變壓器運(yùn)行情況和對(duì)掛網(wǎng)運(yùn)行的電力變壓器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了本文所提出測(cè)量方法、硬件系統(tǒng)采集和傳輸及軟件分析的正確性和可行性，并對(duì)誤差存在