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SFZY-5A直流電阻快速測(cè)試儀(交直流)【廠家直供】 說明書
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客戶案例

經(jīng)驗(yàn)庫

如何測(cè)量變壓器線圈的直流電阻？

       測(cè)量變壓器繞組直流電阻的目的是：檢查繞組接頭的焊接質(zhì)量和繞組有無匝間短路現(xiàn)象；電壓分接開關(guān)的各個(gè)位置接觸是否良好及分接的實(shí)際位置是否相符；引出線有無斷裂，多股導(dǎo)線并繞組是否有斷股等情況。變壓器在大修時(shí)或改變分接頭位置后，或者出口故障短路后，需要測(cè)量繞組連同套管一起的直流電阻。測(cè)量方法如下。

       （1）電流、電壓表法。又稱電壓降法，其原理是在被測(cè)電阻中通以直流電流，測(cè)量該電阻上的電壓降，根據(jù)歐姆定律即可算出被測(cè)電阻值。由于電流表和電壓表的內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響，所以它們被接入測(cè)量電路的方式應(yīng)慎重考慮。

       （2）平衡電橋法。它是一種采用電橋平衡的原理來測(cè)量直流電阻的方法，常用的平衡電橋有單臂和雙臂電橋兩種。測(cè)量變壓器的直流電阻時(shí)，應(yīng)在變壓器停電并拆去高壓引線后進(jìn)行。對(duì)大型大容量電力變壓器，因RL串聯(lián)電路的充電時(shí)間常數(shù)τ很大，使得每次測(cè)量需很長(zhǎng)時(shí)間來等候電流、電壓表指示穩(wěn)定，因而工作效率很低，常采用特殊儀器（如恒流電源）來代替試中的電源，這樣可大大縮短測(cè)試時(shí)間。測(cè)量變壓器線圈直流電阻的標(biāo)準(zhǔn)是：對(duì)于1600kVA以上變壓器，各相繞組電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2%，無中性點(diǎn)引出線的繞組，線間差別不應(yīng)大于三相平均值的1%，對(duì)于1600kVA及以下的變壓器，相間差別一般不大于三相平均值的4%，線間差別一般不大于三相平均值的2%，與以前相同部位測(cè)得值比較，其變化不應(yīng)大于2%。

快速測(cè)量變壓器繞組直流電阻的新方法

       摘要：針對(duì)變壓器繞組的特性，提出了一種在過渡過程中測(cè)取其直流電阻的新方法，該方法具有簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。同時(shí)進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，并給出了以單片機(jī)為核心的智能儀器實(shí)現(xiàn)方案。

       關(guān)鍵詞：變壓器直流電阻快速測(cè)量單片機(jī)

       1前言

       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(cè)定和故障診斷等都必須進(jìn)行繞組直流電阻的測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量，常常需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到平衡，從而無法實(shí)現(xiàn)快速測(cè)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(cè)量。現(xiàn)研究出一種新的快速測(cè)量方法，該方法簡(jiǎn)易可靠，易于擴(kuò)展。現(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(cè)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(cè)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(cè)取式（5）中的i(t1)、i(t2)、i(t3)，在電源電勢(shì)E已知的條件下即可得到R的值。因此可使測(cè)量時(shí)間任意的短,以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)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(cè)量的影響，可最大限度地實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。這是其它測(cè)量方法無法達(dá)到的，它克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法所需電源容量大及串入電阻、電容等附加測(cè)量元件對(duì)測(cè)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）工頻試驗(yàn)變壓器和直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)中利用串聯(lián)在測(cè)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(cè)儀測(cè)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(cè)量所需時(shí)間不足1s，達(dá)到了快速測(cè)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(cè)取的直流電阻存在較大的誤差，從而影響測(cè)量準(zhǔn)確度。所以在實(shí)際測(cè)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(cè)量的需要。

       4新方法的具體實(shí)現(xiàn)

       綜上所述，新方法是依次測(cè)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(cè)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，完全能滿足上述要求，選用單片機(jī)制作的智能儀器還具有簡(jiǎn)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(cè)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)行平均得出最終結(jié)果以及將最終結(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。

       圖5單片機(jī)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(cè)量電力變壓器繞組直流電阻的新方法，并初步簡(jiǎn)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(cè)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(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量中，可以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)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(cè)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(cè)量準(zhǔn)確度;

       (5)智能儀器系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)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。

如何檢定直流電阻測(cè)試儀以及誤差的分析

       過去一般檢定直流電阻測(cè)試儀，是采用大功率模直流電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻器，對(duì)其進(jìn)行檢定。檢定接線復(fù)雜，而且檢定過程中直流電阻測(cè)試儀輸出的直流電流通過調(diào)制轉(zhuǎn)換成小電流，再由固定阻值的直流標(biāo)準(zhǔn)電阻產(chǎn)生不同的電壓輸出，模擬不同阻值的大功率電阻，但始終無法消除波紋給檢測(cè)結(jié)果帶來的影響。經(jīng)過幾年的探索研究，研制了有源大功率直流電阻器，用其做為標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行檢定直流電阻，接線簡(jiǎn)便，同時(shí)能夠消除大電流引起的發(fā)熱和波紋影響，使檢測(cè)結(jié)果更精確，而且也大大縮短檢定時(shí)間，提高了工作效率。

       1 大功率電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻器

       大功率電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻器大體上可分為三大類：大功率微電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻器、大功率模擬直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器、有源大功率標(biāo)準(zhǔn)直流電阻器。

       1．1大功率微電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻器

       大功率微電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻器，由多個(gè)電阻串聯(lián)構(gòu)成。作為標(biāo)準(zhǔn)直流電阻檢定直流電阻時(shí)?輸出的大電流在電阻器各端形成不同的分壓，由此測(cè)得不同阻值的直流電阻。盡管此標(biāo)準(zhǔn)電阻為實(shí)物電阻，能夠反映直流電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量的真實(shí)情況。但由于其為充油電阻，體積大，發(fā)熱高，穩(wěn)定性很難保證。因此，逐步被大功率模擬直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器所取代。

       1．2大功率模擬直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器

       大功率模擬直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器，是將直流電阻測(cè)試儀輸出的直流電流通過調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換成小電流，由固定電阻值產(chǎn)生壓降，作為電壓輸出，以此模擬不同阻值的大功率直流電阻，見圖2。該標(biāo)準(zhǔn)電阻器工作范圍較寬，準(zhǔn)確度較高，穩(wěn)定性也很好；但接線端子過多，接線比較復(fù)雜，試驗(yàn)中始終存在波紋對(duì)檢測(cè)的影響。

       1．3有源大功率直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器

       有源大功率標(biāo)準(zhǔn)直流電阻器它的組成是采用1個(gè)固定阻值的大功率直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器和l臺(tái)精密電子變壓箱共同構(gòu)成。實(shí)際上精密電子變壓箱與大功率直流電阻構(gòu)成1個(gè)四端電阻。C1、C：為電流端，P。、P2為電壓端。從C卜C：端輸人大功率直流電流f，通過高穩(wěn)定的大功率直流定值標(biāo)準(zhǔn)電阻rl產(chǎn)生壓降毗。即先將大電流變換為小電壓，避免了大電流給測(cè)量帶來的發(fā)熱現(xiàn)象。而且，高精密電子變壓箱通過低通濾波又抵消了波紋的影響，確保了檢定的準(zhǔn)確。因此，有源大功率直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器，是目前用于校準(zhǔn)直流電阻測(cè)試儀比較理想的儀器。

       2 有源大功率電阻器檢定系統(tǒng)及誤差分析

       2．1 有源大功率直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

       有源大功率直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器中的高精度電子變壓箱的電路主要是由模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、DSP、數(shù)／模轉(zhuǎn)換器DAC、放大、濾波電路和外部接口等組成，。從式，．=11．0rs／u；=／o-．中看出，在檢定中需要等效電阻值精準(zhǔn)的關(guān)鍵是電子變壓箱的變壓系數(shù)后精準(zhǔn)。電子變壓箱通過其系統(tǒng)的一系列濾波采樣能夠讀取精準(zhǔn)Ⅱ；，相對(duì)于UO、n；的誤差可以忽略不計(jì)。采用高分辨率的DAC和溫度系數(shù)不低于I肛V／"C的電壓參考源共同保障‰的準(zhǔn)確度。所以，理論上后的準(zhǔn)確度可以達(dá)到0．05%。

       2．2誤差分析

       有源大功率直流電阻器的直流標(biāo)準(zhǔn)電阻等級(jí)一般在0．01%，而高精度電子變壓箱的誤差主要來源于其中的數(shù)／模轉(zhuǎn)換器DAC，轉(zhuǎn)換帶來約lO斗V的誤差。因此，理論誤差應(yīng)不低于0．05%砍可面兩‘可而再矛一o．05%檢定直流電阻測(cè)試儀使用的有源大功率電阻器，在不同測(cè)量范圍的實(shí)際準(zhǔn)確度

       3 結(jié)束語

       3.1實(shí)驗(yàn)表明：采用固定電阻值的大功率直流標(biāo)準(zhǔn)電阻與精密電子變壓箱構(gòu)成的有源大功率直流標(biāo)準(zhǔn)電阻器可有效避免校驗(yàn)時(shí)大電流、大功率帶行堆焊處理(管子與鰭片同時(shí)堆焊)，堆焊區(qū)域?yàn)樵缚p上下各約50 mill。堆焊后打磨，使管子與堆焊層之間平滑過渡，過渡區(qū)域長(zhǎng)度約20一25衄。

       目前部分電廠在該部位采用噴涂防磨涂層處理，但一般防磨涂層與基材結(jié)合達(dá)不到冶金結(jié)合的強(qiáng)度，加上涂層與管材膨脹系數(shù)的差異及熱阻的存在，防磨涂層容易形成分層鼓包脫落，在脫落處形成磨損。另外，防磨涂層給該區(qū)域磨損后焊接修補(bǔ)處理帶來極大不便。

       3.2根據(jù)爐膛四角第一根水冷壁管子容易磨損的特點(diǎn)，在夾角第一根水冷壁管兩側(cè)鰭片焊上Y型抓釘，再防磨澆注料將夾角兩側(cè)第一根水冷壁管包縛處理。當(dāng)然，此種方法會(huì)使?fàn)t內(nèi)容積稍微減小，受熱面對(duì)流、輻射傳熱量減小，鍋爐熱效率會(huì)受到一定的影響，但總之是利多弊少。

       3.3防磨澆注料應(yīng)選擇既耐磨又具有較強(qiáng)結(jié)合強(qiáng)度的材料，澆注應(yīng)請(qǐng)有資質(zhì)的專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行，嚴(yán)格按照要求保養(yǎng)，避免快速升溫升壓而降低其性能。檢查發(fā)現(xiàn)有局部澆注料脫落時(shí)，應(yīng)將原來澆注料盡量打掉，使之露出抓釘，對(duì)缺少抓釘?shù)牟课幌冗M(jìn)行補(bǔ)焊抓釘后再進(jìn)行澆注料修補(bǔ)。

       3.4運(yùn)行人員應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，合理配風(fēng)，保持適當(dāng)床壓，減少超負(fù)荷超煤量運(yùn)行，使各項(xiàng)參數(shù)處于合理的范圍內(nèi)。

       3.5檢修維護(hù)人員要增強(qiáng)責(zé)任心，加強(qiáng)停爐檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)按工藝要求進(jìn)行處理，盡可能將事故消除在萌芽階段。

       3.6由于3臺(tái)鍋爐配2臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，可以定期輪流停1臺(tái)鍋爐進(jìn)行檢查，這樣既可以平均利用3臺(tái)鍋爐，又可以及時(shí)檢查水冷壁磨損情況。

       3.7循環(huán)流化床鍋爐是高效環(huán)保型鍋爐，雖然存在受熱面磨損的缺點(diǎn)，但只要綜合考慮各方面的影響因素，并積極采取應(yīng)對(duì)措施，就一定能夠較大程度的減少磨損停爐事故，提高循環(huán)流化床鍋爐的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。