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新方法教你快速測量變壓器繞組直流
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定和故障診斷等都必須進(jìn)行繞組直流電阻的測量，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量,，常常需要較長的時(shí)間才能達(dá)到平衡,，從而無法實(shí)現(xiàn)快速測量[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)快速測量?，F(xiàn)研究出一種新的快速測量方法，該方法簡易可靠,，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?？紤]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,只需依次測取式（5）中的i(t1),、i(t2)、i(t3),，在電源電勢E已知的條件下即可得到R的值,。因此可使測量時(shí)間任意的短,以實(shí)現(xiàn)快速測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)測量的影響,，可大限度地實(shí)現(xiàn)快速測量。這是其它測量方法無法達(dá)到的,，它克服了傳統(tǒng)測量方法所需電源容量大及串入電阻,、電容等附加測量元件對(duì)測量準(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)速測儀測得的結(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,，測量所需時(shí)間不足1s,，達(dá)到了快速測量的目的。
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取的直流電阻存在較大的誤差,，從而影響測量準(zhǔn)確度,。所以在實(shí)際測量中應(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，完滿足上述要求,，選用單片機(jī)制作的智能儀器還具有簡單,、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。
5結(jié)語
經(jīng)過理論推導(dǎo)和模擬試驗(yàn)得出了一種快速測量電力變壓器繞組直流電阻的新方法,，并初步簡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)場試驗(yàn)測量中，可以實(shí)現(xiàn)快速測量;
(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)一步提高了測量準(zhǔn)確度;
(5)智能儀器系統(tǒng)簡單,、可靠，測量過程能自動(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,。