電力變壓器運(yùn)行參數(shù)在線測量與評估系統(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)對電力變壓器在線監(jiān)測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)測方法和監(jiān)測裝置也相對成熟。但對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)行在線測量涉及較少，其方法和測量裝置也比較缺乏。鑒于此種情況，結(jié)合國家節(jié)能發(fā)展戰(zhàn)略對電力工業(yè)的新

2、要求，對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)行在線測量并評估，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)險具有重要的指導(dǎo)意義，另一方面通過對運(yùn)行參數(shù)的在線實(shí)時測量及時取締高耗能、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)的在線測量，在線實(shí)時采集變壓器高、低壓端電流、電壓信號是關(guān)鍵，特別是變壓器高壓端的電壓采集

3、因絕緣等級高、連接不方便等原因，成為本課題研究的測量系統(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)計了基于自積分D-dot傳感器的電子式電壓互感器。通過電場耦合原理對導(dǎo)體電位進(jìn)行無接觸測量，實(shí)現(xiàn)了電力變壓器高壓端電壓信號的安全、方便、可靠的實(shí)時采集。
　　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量方法，設(shè)計了基于自積分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)在線測量與評估系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)室測試平臺的模擬實(shí)驗(yàn)和掛網(wǎng)運(yùn)行的電力變壓器現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該測量與評估系統(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)。論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　?、偬岢隽艘环N新的在線測量電力變壓器短路阻抗的方法，給出了具體的計算公式和推導(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)載損耗的在線計算和測量方法，為本文構(gòu)建的電力變壓器在線運(yùn)行參數(shù)在線測量與評估系統(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次擬合計算公式

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

7、壓測量方法奠定了基礎(chǔ)。
　?、菰O(shè)計了基于電場自積分式的D-dot電子式互感器（適用于10kV及以下電壓等級），并對電力變壓器高壓端電壓進(jìn)行了非接觸式采集，證明了測量值可以滿足0.5級精度，并可以直接數(shù)字化和無線傳送。
　　⑥開發(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）在線測量、數(shù)據(jù)分析與評估、數(shù)據(jù)存儲和打印于一體的軟件系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)在線測量和評估提供了良好的人機(jī)交互平臺。
　?、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)在線測量與評估系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)室模擬變壓器運(yùn)行情況和對掛網(wǎng)運(yùn)行的電力變壓器現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證了本文所提出測量方法、硬件系統(tǒng)采集和傳輸及軟件分析的正確性和可行性，并對誤差存在