基于DSP的變壓器直流電阻的“消磁動(dòng)態(tài)”法測(cè)試

1　引　言

　　變壓器繞組直流電阻測(cè)試是變壓器出廠及預(yù)防性試驗(yàn)的主要項(xiàng)目之一。按照iec標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)gb1094，變壓器在制造過程中、大修后、交接試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn)以及繞組平均溫升的測(cè)定和故障診斷中等都必須進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)〔1〕。

　　近幾年有關(guān)電力變壓器直流電阻的測(cè)試方法已在參考文獻(xiàn)〔2～4〕中詳細(xì)論述。這些方法可以分為兩大類：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量法。所謂靜態(tài)測(cè)量法，指待繞組充電電流穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)量，它包括，增大回路電阻的電路突變法、高壓充電低壓測(cè)量法、磁通泵法等，它們都存在測(cè)量過程須依賴人工干預(yù)的缺點(diǎn)。所謂動(dòng)態(tài)測(cè)量法，指不需要等到穩(wěn)定后再測(cè)量，而是利用電感線圈充電過程中的電壓、電流數(shù)據(jù)來測(cè)量其電阻。在動(dòng)態(tài)測(cè)量法中，二階振蕩法對(duì)于回路中所串聯(lián)的電容有較高的要求，還要求嚴(yán)格把握電流極值點(diǎn)，若di／dt≠0，而電感的數(shù)值又很大，所產(chǎn)生的電感壓降ul＝lx（di／dt）疊加于直流電阻極小的壓降ur上，則降低測(cè)量精度。一般而言，靜態(tài)測(cè)量法消耗時(shí)間較長，但是測(cè)量數(shù)據(jù)比較可靠；動(dòng)態(tài)測(cè)量法快速高效，但是測(cè)量數(shù)據(jù)有時(shí)不太可靠。

　　本文針對(duì)它們的各自特點(diǎn)，借助于ti（texasinstrument）公司信號(hào)處理器（dsp），提出了“消磁動(dòng)態(tài)法”，力求將兩類方法的優(yōu)點(diǎn)集于一體，解決智能化、快速、可靠測(cè)量大型電力設(shè)備直流電阻的問題，尤其是大容量的三相五柱變壓器的快速測(cè)量。

　　2　測(cè)試系統(tǒng)原理分析

　　2．1　消磁法基本思路

　　常規(guī)研究三相三柱變壓器的方法是把電力變壓器繞組等效于電感和電阻的串聯(lián)，繞組電流變化過程為
　　其中，τ＝lx／rx為回路時(shí)間常數(shù)；rx、lx為被測(cè)變壓器繞組直流電阻、電感；e、i為電源和回路電流。

　　下面簡(jiǎn)要分析三相五柱變壓器的互感耦合繞組的電路過渡過程，其等效電路如圖1所示。其中，r1為原邊電阻；r2為副邊電阻折合值；l為對(duì)應(yīng)于激磁電抗的電感。此電路的阻抗函數(shù)為：



　　此電路的強(qiáng)制響應(yīng)（即端電壓的穩(wěn)態(tài)分量）和自然響應(yīng)分別為：
　　電路的全響應(yīng)為強(qiáng)制響應(yīng)與自然響應(yīng)之和，即，

　　待定常數(shù)a可由初始條件求得。因此，端電壓的時(shí)間變化函數(shù)為
　　那么，若將恒流源通入副邊短路的變壓器中時(shí)，雖然原邊電流很快達(dá)到其穩(wěn)定值，但由于副邊感生電感電流的影響，原邊電壓要經(jīng)過一長時(shí)間才達(dá)到其穩(wěn)定值。由此可見，互感耦合繞組電路的過渡過程由次級(jí)參數(shù)決定，而與初級(jí)無關(guān)，即便是加大電源內(nèi)阻也并不能影響次級(jí)時(shí)間常數(shù)。

　　造成加電后感性繞組存在過渡過程的原因是磁通不能突變。當(dāng)由一穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到別一穩(wěn)態(tài)時(shí)就需要過渡時(shí)間。如果略去剩磁，則測(cè)量變壓器直流電阻時(shí)，其起始狀態(tài)磁通為零。如果我們?cè)O(shè)法在整個(gè)測(cè)量過程中保持這種零狀態(tài)，那就從根本上消除了過渡過程，達(dá)到快速測(cè)量的目的。

　　測(cè)量高（中）壓線圈的直流電阻的同時(shí)，在中（低）壓線圈中加反向電流，目的是抵消電流磁場(chǎng)。也就是說，當(dāng)測(cè)量高壓側(cè)直流電阻時(shí)，除在高壓待測(cè)相線圈中加電流外，還應(yīng)在相應(yīng)的中壓側(cè)線圈中加一反向電流，使此電流產(chǎn)生之磁勢(shì)與高壓側(cè)產(chǎn)生之磁勢(shì)大小相等方向相反，如能同時(shí)加入則性能達(dá)到相互抵消。即，保證在整個(gè)測(cè)量過程中保持“零磁通”狀態(tài)。其簡(jiǎn)圖如圖2（略去低壓繞組）所示。



　　設(shè)高壓側(cè)有n1匝，中壓側(cè)有n2匝，則高壓側(cè)磁勢(shì)為n1i1，中壓側(cè)為n2i2，如n1i1＋n2i2＝0，則i2＝－n1·i1／n2，因n1／n2＝u1／u2，故，由銘牌上給定的某一分頭電壓比，即可求出匝數(shù)比。

　　當(dāng)測(cè)