引言
根据国标GB1094-1996《电力变压器标准》、DL/T596-1996中华人民共和国电力行业标准《电力设备预防性试验规程》要求,在装备过程、安装前及进行大修后需要对电力变压器的主接、分接头的变压比进行测定。以确保变压器的电气和机械性能达到 国家规定标准和设计要求。测量变压比目的在于:(1)检查变压比是否与铭牌相符,以保证达到要求的电压变换;(2)检验电压分接情况;(3)检查变压器绕组匝数比的正确性;(4)变压器发生故障后,常用变压比来检查变压器是否存在匝间短路;(5)提供变压比的准确程度,以判断变压器能否并联运行。
目前国内对电力变压器的性能测试基本上仍处于手工测量的阶段、每项性能指标都由专用的仪器进行测量,很多测试项目仍采用一些指针式仪表,存在读数误差大、费工和耗时等问题, 并且测量的重复性、可信度也较差。
本文依据双电压表法的基本原理,选用 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机作为测试系统的控制核心,设计了一种对变压器变压比的测试系统。该系统采用间接方法测试被测变压器原边电压和副边电压,在单片机中实现测试过程的控制、测试数据的计算及显示等功能。测得变压器的变压比之后,即可计算变压比的误差。
1 双电压表法测量变压比原理采用电压表法, 当额定电压比不大时(KN<5),可从低压绕组励磁,直接用电压表同时测量低压和高压电压。当高压感应电压比较高(KN>5)不能用电压表直接测量时,采用从高压侧励磁,用互感器配合电压表测量高压,而低压直接用电压表测量感应电压(因从低压加压,高压有互感器,使励磁电流增加,容易影响测量精度)。图1所示的电压表法测量电压比原理接线图。三相变压器在绝缘装配后、引线装配之前,可以按单相变压器进行单柱试验,在引线装配之后,由于三相绕组的联接不同,可单相也可两相,也可经一侧两相串联,另一侧两相并联进行试验。
2 变压比测试仪硬件总体设计及各模块功能简介
测量变压器变压比, 在被测变压器原边输入220V的电压,并采集副边输出电压,将原边和副边电压量均转化为数字量后,即可计算得出待测变压器的变压比。变压器原边是三相正弦电压,设计的测试仪用于普通变压器的变压比的测试。测试系统总体框如图2所示。
由图可知测试仪由仪器内部三相电压源、高压侧测试电压选择控制电路、低压侧测试电压选择控制电路、信号滤波、放大和D/A转换等电路组成的信号调理电路、中央控制处理器、键盘、图形液晶显示器等组成。另外图中还有被试变压器。
(1)联结组别、相序切换模块。此模块主要完成联结组别和相序选择,控制相应的继电器动作,准确无误实现相应联接方式下的变压比的测量。功能实现原理如3图。
分析图示可知:当Y/Y、△/△联结时,如果测试AB/ab电压,则继电器D0、D1、D2、D3都不动作(即为常态);如果测试BC/bc电压,则继电器D3动作,其余不动作;如果测试CA/ca电压,则D2、D3动作,D0、D1不动作。
同理可分析得知:当Y/△,联结时,如果测试AB/ab电压,则继电器D0动作,其余D1、D2、D3都不动作,此时bc短路;如果测试BC/bc电压,则继电器D0、D3动作,其余D1、D2不动作,此时ac短路;如果测试CA/ca电压,则D0、D2、D3动作,D1不动作,此时ab短路。
当△/ Y联结时,如果测试AB/ab电压,则继电器D 1 动作,其余D 0、D 2 、D 3 都不动作,此时A C短路;如果测试BC/bc电压,则继电器D 1、D 3动作,其余D 0、D 2不动作,此时 A B 短 路 ; 如果测试 CA/ca 电 压 , 则 D 1 、D 2、D 3动作,D0不动作,此时B C短路。
以上分析结果,可用表1说明。
(2)CPLD控制模块。
此模块包括5×5键盘输入、ULN2003驱动芯片及与单片机CPU的信息交换。本模块原理图如图4所示。
根据不同情况进行相应的计算和控制。实现逻辑关系详见表2。
本文所述变压器变比测试仪系统的硬件系统结构简明,主要有如下特点。
(l)本系统可进行普通类型变压器的变压比测试工作;(2)选用了可编程逻辑控制芯片CPLD,简化了电路的设计以及软件编制,对变压器变比测试系统的精度有了较好的保证。(3)在测试仪的设计中,在数据采集及处理进行了综合考虑。采用了max194A/D转换器。将要测量的两路信号(原边、副边电压信号)同时送A/D,尽管两路信号在测试中都时刻在变,但是因为变压比是一个比值,所以不影响测试结果。(4)本测试系统设计中设计了MAX232芯片组成的RS232通信转换电路,具备与上位机的通信接口。(5)整个变压器变比测试仪采用模块化设计,易于调试和改进。
