变压器单个饼式线圈径向变形的测试装置及评估方法
阅读说明：本技术 变压器单个饼式线圈径向变形的测试装置及评估方法 (Testing device and evaluation method for radial deformation of single pancake coil of transformer ) 是由 何智杰 傅炜婷 杨志平 赖伟山 胡镜力 洪文斌 林燕桢 颜城 郑哲艺 孙莹 林瑞 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种变压器单个饼式线圈径向变形的测试装置及评估方法,包括M个磁场发生装置和线圈工作电源；单个磁场发生装置由方形开口铁心、励磁绕组、励磁绕组引出线、轴向铁心固定装置、轴向铁心支撑装置和励磁电源构成；磁场发生装置以变压器单个饼式线圈的圆心为圆心,在方形开口铁心的开口处与变压器单个饼式线圈对齐的情况下沿线圈依次等间距排列M个,相邻的不同励磁绕组的励磁绕组引出线依次串联后与励磁电源相连；每个励磁绕组的匝数为可调,用于使变压器单个饼式线圈不同位置的轴向磁场磁感应强度不同；变压器单个饼式线圈在工作时与线圈工作电源相连。其能更为科学和准确的评估变压器单个线圈径向变形程度。(The invention provides a testing device and an evaluation method for radial deformation of a single pancake coil of a transformer, wherein the testing device comprises M magnetic field generating devices and coil working power supplies; the single magnetic field generating device consists of a square open core, an excitation winding outgoing line, an axial core fixing device, an axial core supporting device and an excitation power supply; the magnetic field generating device takes the circle center of a single cake-shaped coil of the transformer as the circle center, M magnetic field generating devices are arranged at equal intervals along the coil in turn under the condition that the opening of the square opening iron core is aligned with the single cake-shaped coil of the transformer, and excitation winding leading-out wires of different adjacent excitation windings are connected in series in sequence and then connected with an excitation power supply; the number of turns of each excitation winding is adjustable, so that the magnetic induction intensities of the axial magnetic fields at different positions of a single pancake coil of the transformer are different; and the single pancake coil of the transformer is connected with a coil working power supply during working. The radial deformation degree of the single coil of the transformer can be more scientifically and accurately evaluated.)
技术领域
本发明涉及电气绝缘在线监测与故障诊断技术领域，尤其涉及一种变压器单个饼式线圈径向变形的测试装置及评估方法。
背景技术
目前的变压器线圈径向力评估主要通过模拟实验装置施加机械力实现，这种机械力与变压器线圈在实际运行过程中所受的电磁力有一定区别，而且所施加的机械力无法如变压器实际运行时一样交变；此外，变压器线圈所受机械力是通过外部作用施加，无法更为真实的反映因线圈自身变形而对线圈外的绝缘材料的破坏效应；当前，对线圈径向变形的程度也没有一个具体的评价因子，仅仅是通过目视来大体判断和比较绕组变形情况，缺乏更具客观性和科学性的评估方法。因此需要一种更加接近实际运行状况的变压器线圈径向力模拟实验装置以及一种变压器单个线圈径向变形程度的评估方法，以协助变压器设计人员和电力系统运维人员掌握变压器绕组整体的抗故障能力。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，提出一种变压器单个饼式线圈径向变形的测试装置及评估方法。通过更加接近实际运行状况的变压器线圈径向力模拟实验装置，以更为科学和准确的评估变压器单个线圈径向变形程度，协助变压器设计人员和电力系统运维人员掌握变压器绕组整体的抗故障能力。
本发明具体采用以下技术方案：
一种变压器单个饼式线圈径向变形的测试装置，其特征在于，包括：M个磁场发生装置和线圈工作电源；
单个磁场发生装置由方形开口铁心、励磁绕组、励磁绕组引出线、轴向铁心固定装置、轴向铁心支撑装置和励磁电源构成；
所述磁场发生装置以变压器单个饼式线圈的圆心为圆心，在方形开口铁心的开口处与变压器单个饼式线圈对齐的情况下沿线圈依次等间距排列M个，相邻的不同励磁绕组的励磁绕组引出线依次串联后与励磁电源相连；
每个所述励磁绕组的匝数为可调，用于使变压器单个饼式线圈不同位置的轴向磁场磁感应强度不同；
所述轴向铁心固定装置和轴向铁心支撑装置用于固定和支撑磁场发生装置；
所述变压器单个饼式线圈在工作时与线圈工作电源相连。
进一步地，M＝36。
以及一种变压器单个饼式线圈径向变形的评估方法，其特征在于：基于如上所述的变压器单个饼式线圈径向变形的测试装置；包括以下步骤：
步骤S1：变压器单个饼式线圈的内外半径测量：
在变压器单个饼式线圈上每隔360/M度圆心角标记位置并依次记为变压器单个饼式线圈第a个位置，a＝1、2、3、……、M，并在第a个位置测量出变压器单个饼式线圈的内半径r(a)与外半径R(a)；
步骤S2：对变压器单个饼式线圈施加大小为Fi的径向力：
打开并调节励磁电源，使励磁绕组中工频电流的有效值为ie；将变压器单个饼式线圈的引线两端连接至线圈工作电源，但不放置在磁场发生装置中，调节线圈工作电源使得变压器单个饼式线圈中工频电流的有效值为I，断开变压器单个饼式线圈两端电源的连接；若需要使第i个磁场发生装置作用下的变压器单个饼式线圈在1/M个圆弧段所受到的径向电磁力大小为Fi，i＝1、2、3、……、M，则ie和I的大小须满足下式：
式中，变压器单个饼式线圈的轴向高度记为h1，包裹在变压器单个饼式线圈绕组表面的绝缘材料的厚度为h2，方形开口铁心中心线的长度为L，μfe表示铁心的磁导率，μw表示变压器单个饼式线圈的导体材料的磁导率，μi表示变压器单个饼式线圈绝缘材料的磁导率，I表示变压器单个饼式线圈中流通的工频交流电流有效值，Ni表示第i个磁场发生装置的励磁绕组匝数；
保持线圈工作电源输出设置不变，将变压器单个饼式线圈放至磁场发生装置中，并使第i个磁场发生装置对应变压器单个饼式线圈第a个位置；再次将变压器单个饼式线圈两端与电源连接，此时绕组第a个位置受到大小为Fi的径向力，并在该径向力的作用下发生变形；
步骤S3：依次测量变压器单个饼式线圈第a个位置的内半径r1(a)与外半径R1(a)，a＝1、2、3、……、M；
步骤S4：计算变压器单个饼式线圈第a个位置的径向变形评估因子Ka：
式中，n代表变压器单个饼式线圈的位置编号；
根据变形评估因子Ka判断变压器单个饼式线圈径向变形程度。
进一步地，在步骤S4中，依次计算a＝1、2、3、……、M时的Ka；若0<Ka≤0.54，则在大小为Fi的径向力作用下变压器单个饼式线圈在第a个位置的局部径向变形符合要求，若0.54<Ka≤0.79，则变压器单个饼式线圈在第a个位置局部轻微径向变形，若在0.79<Ka≤2.88之间则变压器单个饼式线圈在第a个位置局部中度径向变形，若Ka>2.88则变压器单个饼式线圈在第a个位置局部严重径向变形。
进一步地，步骤S4替换为步骤S4b或加入步骤S5；
其中，步骤S4b或步骤S5具体为：
计算变压器单个饼式线圈径向变形整体评估因子K：
式中，i、j代表变压器单个饼式线圈的位置编号；
根据变形整体评估因子K判断变压器单个饼式线圈径向变形程度。
进一步地，在步骤S4b或步骤S5中，若0<K≤0.98，则在在大小为Fi的径向力作用下变压器单个饼式线圈径向变形符合要求，若0.98<K≤2.05，则变压器单个饼式线圈轻微径向变形，若2.05<K≤4，则变压器单个饼式线圈中度径向变形，若K>4变压器单个饼式线圈严重径向变形。
相比于现有技术，本发明及其优选方案具有以下有益效果：
1、提出了变压器单个饼式线圈径向力模拟实验装置
目前的变压器线圈径向力评估主要通过模拟实验装置施加机械力实现，这种机械力与变压器线圈在实际运行过程中所受的电磁力有一定区别，而且所施加的机械力无法如变压器实际运行时一样交变；此外，变压器线圈所受机械力是通过外部作用施加，无法更为真实的反映因线圈自身变形而对线圈外的绝缘材料的破坏效应。
变压器单个饼式线圈径向力模拟实验装置能够在线圈工作电源和励磁绕组的作用下，自发性的受力并发生变形；相比目前的变压器线圈径向力评估主要通过模拟实验装置施加机械力实现，该变形过程与实际运行中变压器的线圈变形过程更为接近。
2、提出了变压器单个饼式线圈径向变形整体评估方法
当前，对线圈径向变形的程度也没有一个具体的评价因子，仅仅是通过目视来大体判断和比较绕组变形情况，缺乏更具客观性和科学性的评估方法。因此需要一种更加接近实际运行状况的变压器线圈径向力模拟实验装置以及一种变压器单个线圈径向变形程度的评估方法，以协助变压器设计人员和电力系统运维人员掌握变压器绕组整体的抗故障能力。
本发明通过计算变压器单个饼式线圈第a个位置的径向变形评估因子Ka，以及计算变压器单个饼式线圈径向变形整体评估因子K，结合给出的不同绕组变形程度对应的评估因子范围，科学合理的评估变压器单个饼式线圈径向变形程度。
附图说明
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例磁场发生装置示意图；
图2是本发明实施例由36个磁场发生装置和变压器单个饼式线圈构成的变压器单个饼式线圈径向变形模拟实验平台示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
本实施例提供的变压器单个饼式线圈径向变形的评估方案，包括以下步骤：
第一步、建立变压器单个饼式线圈径向力模拟实验装置
如图1、图2所示，本实施例提供的变压器单个饼式线圈径向力模拟实验装置包括36个磁场发生装置、变压器单个饼式线圈1及线圈工作电源8，单个磁场发生装置由方形开口铁心2、励磁绕组3、励磁绕组引出线4、轴向铁心固定装置5、轴向铁心支撑装置6和励磁电源7构成。
其中，磁场发生装置以变压器单个饼式线圈1的圆心为圆心，在保证方形开口铁心2的开口处与变压器单个饼式线圈1对齐的情况下沿线圈依次等间距排列36个，相邻的不同励磁绕组3的励磁绕组引出线4依次串联后与励磁电源7相连；每个励磁绕组3的匝数可以调节，从而实现变压器单个饼式线圈1不同位置的轴向磁场磁感应强度不同；轴向铁心固定装置5与轴向铁心支撑装置6起到固定和支撑磁场发生装置的作用，变压器单个饼式线圈1在工作时与线圈工作电源8相连。
第二步、变压器单个饼式线圈的内外半径测量
在变压器单个饼式线圈1上每隔十度圆心角标记位置并依次记为变压器单个饼式线圈1第a个位置，a＝1、2、3、……、36，并在第a个位置测量出变压器单个饼式线圈1的内半径r(a)与外半径R(a)，单位均为m。
第三步、对变压器单个饼式线圈施加大小为Fi的径向力
打开并调节励磁电源7，使励磁绕组中工频电流的有效值为ie，单位为A；将变压器单个饼式线圈1的引线两端连接至线圈工作电源8，但不放置在磁场发生装置中，调节线圈工作电源8使得变压器单个饼式线圈1中工频电流的有效值为I，单位为A，断开变压器单个饼式线圈1两端电源的连接；若需要使第i个磁场发生装置作用下的变压器单个饼式线圈1在1/36个圆弧段所受到的径向电磁力大小为Fi，i＝1、2、3、……、36，单位为N，ie和I的大小须满足下式：
式中，变压器单个饼式线圈1的轴向高度记为h1，单位为m；包裹在变压器单个饼式线圈1绕组表面的绝缘材料的厚度为h2，单位为m；方形开口铁心2中心线的长度为L，μfe表示铁心的磁导率，μw表示变压器单个饼式线圈的导体材料的磁导率，μi表示变压器单个饼式线圈1绝缘材料的磁导率，单位为H/m；I表示变压器单个饼式线圈1中流通的工频交流电流有效值，单位为A；Ni表示第i个磁场发生装置的励磁绕组3的匝数；
保持线圈工作电源8输出设置不变，将变压器单个饼式线圈1放至磁场发生装置中，并使第i个磁场发生装置对应变压器单个饼式线圈1第a个位置；再次将变压器单个饼式线圈1两端与电源连接，此时绕组第a个位置受到大小为Fi的径向力，并在该径向力的作用下发生变形。
第四步、依次测量变压器单个饼式线圈第a个位置的内半径r1(a)与外半径R1(a)，a＝1、2、3、……、36。
第五步、计算变压器单个饼式线圈第a个位置的径向变形评估因子Ka
式中，角标n代表了变压器单个饼式线圈1的位置编号；
依次计算a＝1、2、3、……、36时的Ka；若0<Ka≤0.54，则在大小为Fi的径向力作用下变压器单个饼式线圈在第a个位置的局部径向变形符合要求，若0.54<Ka≤0.79，则变压器单个饼式线圈在第a个位置局部轻微径向变形，若在0.79<Ka≤2.88之间则变压器单个饼式线圈在第a个位置局部中度径向变形，若Ka>2.88则变压器单个饼式线圈在第a个位置局部严重径向变形。
第六步、计算变压器单个饼式线圈径向变形整体评估因子K
式中，角标i、j代表了变压器单个饼式线圈1的位置编号；
若0<K≤0.98，则在在大小为Fi的径向力作用下变压器单个饼式线圈径向变形符合要求，若0.98<K≤2.05，则变压器单个饼式线圈轻微径向变形，若2.05<K≤4，则变压器单个饼式线圈中度径向变形，若K>4变压器单个饼式线圈严重径向变形。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的变压器单个饼式线圈径向变形的测试装置及评估方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
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