基于DSP的變壓器直流電阻的“消磁動態(tài)”法測試

1　引　言

　　變壓器繞組直流電阻測試是變壓器出廠及預防性試驗的主要項目之一。按照iec標準和國標gb1094，變壓器在制造過程中、大修后、交接試驗和預防性試驗以及繞組平均溫升的測定和故障診斷中等都必須進行該項試驗〔1〕。

　　近幾年有關電力變壓器直流電阻的測試方法已在參考文獻〔2～4〕中詳細論述。這些方法可以分為兩大類：靜態(tài)和動態(tài)測量法。所謂靜態(tài)測量法，指待繞組充電電流穩(wěn)定后進行測量，它包括，增大回路電阻的電路突變法、高壓充電低壓測量法、磁通泵法等，它們都存在測量過程須依賴人工干預的缺點。所謂動態(tài)測量法，指不需要等到穩(wěn)定后再測量，而是利用電感線圈充電過程中的電壓、電流數(shù)據(jù)來測量其電阻。在動態(tài)測量法中，二階振蕩法對于回路中所串聯(lián)的電容有較高的要求，還要求嚴格把握電流極值點，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，則降低測量精度。一般而言，靜態(tài)測量法消耗時間較長，但是測量數(shù)據(jù)比較可靠；動態(tài)測量法快速高效，但是測量數(shù)據(jù)有時不太可靠。

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

　　2　測試系統(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為回路時間常數(shù)；rx、lx為被測變壓器繞組直流電阻、電感；e、i為電源和回路電流。

　　下面簡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為對應于激磁電抗的電感。此電路的阻抗函數(shù)為：



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

　　待定常數(shù)a可由初始條件求得。因此，端電壓的時間變化函數(shù)為
　　那么，若將恒流源通入副邊短路的變壓器中時，雖然原邊電流很快達到其穩(wěn)定值，但由于副邊感生電感電流的影響，原邊電壓要經(jīng)過一長時間才達到其穩(wěn)定值。由此可見，互感耦合繞組電路的過渡過程由次級參數(shù)決定，而與初級無關，即便是加大電源內(nèi)阻也并不能影響次級時間常數(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。當由一穩(wěn)態(tài)轉換到別一穩(wěn)態(tài)時就需要過渡時間。如果略去剩磁，則測量變壓器直流電阻時，其起始狀態(tài)磁通為零。如果我們設法在整個測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，達到快速測量的目的。

　　測量高（中）壓線圈的直流電阻的同時，在中（低）壓線圈中加反向電流，目的是抵消電流磁場。也就是說，當測量高壓側直流電阻時，除在高壓待測相線圈中加電流外，還應在相應的中壓側線圈中加一反向電流，使此電流產(chǎn)生之磁勢與高壓側產(chǎn)生之磁勢大小相等方向相反，如能同時加入則性能達到相互抵消。即，保證在整個測量過程中保持“零磁通”狀態(tài)。其簡圖如圖2（略去低壓繞組）所示。



　　設高壓側有n1匝，中壓側有n2匝，則高壓側磁勢為n1i1，中壓側為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。

　　當測