一种培训用模拟电力变压器及其建模方法与流程

1.本发明涉及一种培训用模拟电力变压器及其建模方法，属于电力设备领域。


背景技术：

2.电力变压器是电网系统主要的一次设备，对电网稳定可靠运行非常关键。
3.为确保电力变压器等设备的可靠无故障运行，电力公司检修部门会对变压器停电并进行例行试验，试验项目繁多，停电时间短，需要试验人员能熟练的、专业的、准确的对变压器按照电力行业标准和试验规范进行试验。
4.现在对停电要求非常严格，也很难浮现出故障问题供电力部门的检修人员进行分析和技能提升，特别对于入职的新员工。电力部门迫切需要一台变压器能高保真的模拟电力变压器各种性能参数，同时又能要做要求模拟出故障类型，供人员培训和故障分析等，对于试验人员的技能提升和提高保供电能力有非常积极的作用。
5.一台110kv电力变压器价值几十万，且体积非常庞大，要模拟出几十故障类型的试验项目，需要十来台变压器样品，同时占用了大面积的工作场地，给培训单位带来巨大的经济压力和场地压力。
6.有鉴于此，在申请号为201711321099.5的专利文献中公开了一种三相变压器电磁暂态中低频模型建模方法及系统，对比文件与本技术实现的方式不同。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的培训用模拟电力变压器及其建模方法。
8.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该培训用模拟电力变压器，包括安卓主机、模拟变压器本体和模拟变压器本体外壳，所述安卓主机与模拟变压器本体采用蓝牙或无线连接，所述模拟变压器本体安装在模拟变压器本体外壳内，所述模拟变压器本体包括控制器和断路器模组，其结构特点在于：所述模拟变压器本体还包括干式变压器和补偿模组，所述控制器与断路器模组连接，所述断路器模组与干式变压器连接，所述干式变压器与补偿模组连接，所述模拟变压器本体外壳上设置有变压器套管。
9.进一步地，所述变压器套管包括电压为110kv的a、b和c套管，电压为35kv的o、am、bm和cm套管，其中o套管为中性点套管，电压为10kv的a、b、c、o和铁心接地套管。
10.进一步地，所述干式变压器，为定制1台的10kv三相三绕组干式变压器，额定电压：10kv/0.6kv/0.4kv，参数分别为高压、中压、低压的额定电压，高压绕组接线组别为yn，中性点端带调压
±2×
2.5%或
±
5%的分接头，0.6kv（中压）绕组和0.4kv（低压）绕组12个端子连接到断路器模组上，便于作不同变比和y或δ联结组别的试验。
11.进一步地，所述补偿模组，组成图见图4，主要是由电阻器、电容器和放电球隙组成，在干式变压器的高压绕组中性点与地之间接15000pf～25000pf的高压电容器、150mω的高压电阻器以及一个30kv的放电球间隙，模拟大中型变压器绝缘介质的电容量，便于进
行110kv及以上大中型变压器的各类绝缘试验。
12.进一步地，所述补偿模组，用于补偿10kv干式变压器与110kv干式变压器之间的参数差距，以使模拟变压器本体的参数更接近真实。
13.进一步地，所述模拟变压器本体外壳，根据培训场地情况可灵活设计110kv干式变压器的外壳尺寸（长
×
宽
×
高参考尺寸为3.2m
×
2.4m
×
1.8m），装上相应的110kv（高压）、35kv（中压）、10kv（低压）和铁心接地的变压器套管。
14.进一步地，考虑到模拟电力变压器试验中要施加高压，内部高压电场对外部培训人员会有安全隐患，因此模拟变压器本体外壳须要金属质材料，或者在内部加装一层导电布或紧密些的金属网状材料作接地屏蔽，以保证教员和培训人员的人身安全。
15.进一步地，本发明的另一个技术目的在于提供一种培训用模拟电力变压器的建模方法。
16.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。
17.一种培训用模拟电力变压器的建模方法，其特点在于：所述建模方法如下：110kv模拟变压器正常状态内部建模的电气接线图见图2，模拟变压器本体外壳就位（高压侧朝外）后，将干式变压器移入模拟变压器本体外壳内，干式变压器的底部填绝缘件，便于将干式变压器的铁心接地点经铁心接地的变压器套管后接地，在模拟变压器本体外壳上安装全部变压器套管，将干式变压器的10kv绕组连接到110kv高压的变压器套管上，干式变压器的绕组中性点接到高压中性点的变压器套管上；干式变压器的0.6kv绕组连接到35kv中压的变压器套管上；干式变压器的0.4kv绕组连接到10kv低压的变压器套管上，绕组中性点接到低压中性点的变压器套管上，干式变压器的接地接到铁心接地的变压器套管上，最后，在干式变压器的高压绕组的中性点与地之间并接补偿模组。
18.进一步地，本发明的再一个技术目的在于提供一种基于建模方法的试验项目。
19.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。
20.一种基于建模方法的试验项目，其特点在于：所述试验项目如下：（一）、模拟变压器本体的绕组连同变压器套管的绝缘电阻、吸收比测量；（二）、模拟变压器本体的绕组连同变压器套管的直流泄漏电流测量；（三）、模拟变压器本体的绕组连同变压器套管的介损与电容量测量；（四）、铁心夹件的绝缘电阻测量；（五）、模拟变压器本体的绕组连同变压器套管的交流耐压试验；（六）、模拟变压器本体的绕组连同变压器套管的直流电阻测量；（七）、变压比试验；（八）、模拟变压器本体的绕组变形试验；（九）、非纯瓷的变压器套管介损与电容量测量；（十）、非纯瓷的变压器套管末屏绝缘电阻和介损测量；（十一）、电力系统高压核相。
21.等多项高压试验培训，并可作故障模拟和故障分析判断。
22.进一步地，试验（一）、（二）和（三）的测量与实现均是通过高压开关k16改变高压绕组中性点与地之间的电阻实现的,正常状态如图4所示，闭合高压开关k16将改变模拟变压器本体的绝缘电阻、吸收比、直流泄漏电流、介损，理论计算时应将补偿模组中的电阻计算
在内，按需求可用多个开关搭配多个电阻实现多级设置。
23.进一步地，试验（四）铁心夹件的绝缘电阻测量则是通过在改变铁心与地之间的电阻实现的,正常状态如图6所示，安卓主机发送铁心绝缘异常的指令后k18闭合，以此实现铁心与地之间电阻异常。
24.进一步地，试验（五）模拟变压器本体的绕组连同变压器套管的交流耐压试验通过将放电球间隙接入高压绕组中性点与地之间实现对电压上限的限制，正常状态如图5所示，安卓主机发出交流耐压异常指令后k20闭合，在补偿模组旁并联一个耐压等级更低的放电球间隙，以此实现耐压降低。
25.进一步地，试验（六）模拟变压器本体的绕组连同变压器套管的直流电阻测量通过断路和短路中压绕组的某一项以改变绕组电阻,正常状态如图5所示，以am、cm绕组短路为例，k7常开k4常闭为正常状态，安卓主机发出直流电阻短路故障指令后k7闭合，使用仪器测量直流电阻，发现am、cm电阻大幅减小，其余两项间电阻小幅减小；进一步地，试验（七）变压比试验，则是通过将低压绕组和中压绕组连接起来作为正常状态即k1动作，为防止中压绕组误接，在变压比试验中低压绕组与中压绕组对应相连接即k2动作，在正常状态下变比为10:1，通过短路某一项的低压绕组实现匝数比的变化，如图5所示，以a相为例,正常状态下0.6kv与0.4kv绕组串联此时变比为10，安卓主机发出变比异常指令后继电器k10动作此时变比为16.67，其他两项变比不变。
26.试验（八）模拟变压器本体的绕组变形实验中绕组故障主要分为短路和断路，正常状态、短路状态与变比实验相同，如图5以a相为例断路状态则是将低压绕组的连接断开，即k4动作。
27.进一步地，试验（九）、（十）中，在模拟变压器本体的高压绕组上并接15000pf～18000pf的高压电容器，模拟大中型变压器高压绕组对中、低压绕组及地的电容量，便于非纯瓷的变压器套管介损与电容量测量，以及非纯瓷的变压器套管末屏绝缘电阻和介损测量。
28.进一步地，试验（十一）高压核相，中压绕组为δ联结组别，低压绕组、高压绕组均为y联结组别，把对应的绕组接线引出，可以组成不同联接组别的核相测试。
29.相比现有技术，本发明具有以下优点：（1）本发明设计的一台模拟电力变压器，通过安卓主机、控制器、断路器模组、10kv干式变等部件（原理图见图1）模拟出110kv电力变压器多种特征参数及故障类型来完成十一项例行试验项目，具备电力行业标准规定的电力变压器试验项目的初级试验学员常规系统性培训和较高层次学员的常见故障分析判断，成本低、占地小，带来极大的便利。
30.（2）安卓主机部署了开发的可视化app，预制了每个试验项目的控制方式和建模流程，通过ble蓝牙（或其他无线，如wifi）连接控制器，集中控制断路器模组；可视化app能实时仿真出变压器的状态，方便学员清晰的看到目前变压器故障状态。
31.（3）本发明可以完成多项专用试验项目；模拟变压器高压侧安装110kv电容型套管后可作变压器非纯瓷套管介损测试，是一般培训机构不可能有的培训项目；铁心经接地套管接地，可模拟大中型变压器铁心及夹件的绝缘电阻测量，这也是一般培训机构不可能完成的培训项目。
附图说明
32.图1是本发明实施例的培训用模拟电力变压器的原理设计图。
33.图2是本发明实施例的培训用模拟电力变压器正常状态的电气接线示意图。
34.图3是本发明实施例的模拟变压器本体外壳的顶部布置图。
35.图4是本发明实施例的补偿模组的结构示意图。
36.图5是本发明实施例的培训用模拟电力变压器实际连接图。
37.图6是本发明实施例的铁心夹件的相关连接电路图。
38.图中：安卓主机1、模拟变压器本体2、控制器3、断路器模组4、干式变压器5、补偿模组6、变压器套管7、模拟变压器本体外壳8、高压电阻器9、高压电容器10、放电球间隙11。
具体实施方式
39.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
40.实施例。
41.参见图1至图6所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
42.本实施例中的培训用模拟电力变压器，包括安卓主机1、模拟变压器本体2和模拟变压器本体外壳8，安卓主机1与模拟变压器本体2采用蓝牙或无线连接，模拟变压器本体2安装在模拟变压器本体外壳8内。
43.本实施例中的模拟变压器本体2包括控制器3、断路器模组4、干式变压器5和补偿模组6，控制器3与断路器模组4连接，断路器模组4与干式变压器5连接，干式变压器5与补偿模组6连接，模拟变压器本体外壳8上设置有变压器套管7；变压器套管7包括电压为110kv的a、b和c套管，电压为35kv的o、am、bm和cm套管，其中o套管为中性点套管，电压为10kv的a、b、c、o和铁心接地套管。
44.本实施例中的干式变压器5，为定制1台的10kv三相三绕组干式变压器5，额定电压：10kv/0.6kv/0.4kv，参数分别为高压、中压、低压的额定电压，高压绕组接线组别为yn，中性点端带调压
±2×
2.5%或
±
5%的分接头，0.6kv（中压）绕组和0.4kv（低压）绕组12个端子连接到断路器模组4上，便于作不同变比和y或δ联结组别的试验。
45.本实施例中的补偿模组6，组成图见图4，主要是由电阻器9、电容器10和放电球隙11组成，在干式变压器5的高压绕组中性点与地之间接15000pf～25000pf的高压电容器10、150mω的高压电阻器9以及一个30kv的放电球间隙11，模拟大中型变压器绝缘介质的电容量，便于进行110kv及以上大中型变压器的各类绝缘试验；补偿模组6，用于补偿10kv干式变压器5与110kv干式变压器5之间的参数差距，以使模拟变压器本体2的参数更接近真实。
46.本实施例中的模拟变压器本体外壳8，根据培训场地情况可灵活设计110kv干式变
压器5的外壳尺寸（长
×
宽
×
高参考尺寸为3.2m
×
2.4m
×
1.8m），装上相应的110kv（高压）、35kv（中压）、10kv（低压）和铁心接地的变压器套管7。
47.本实施例中，考虑到模拟电力变压器试验中要施加高压，内部高压电场对外部培训人员会有安全隐患，因此模拟变压器本体外壳8须要金属质材料，或者在内部加装一层导电布或紧密些的金属网状材料作接地屏蔽，以保证教员和培训人员的人身安全。
48.本实施例中的一种培训用模拟电力变压器的建模方法，如下：110kv模拟变压器正常状态内部建模的电气接线图见图2，模拟变压器本体外壳8就位（高压侧朝外）后，将干式变压器5移入模拟变压器本体外壳8内，干式变压器5的底部填绝缘件，便于将干式变压器5的铁心接地点经铁心接地的变压器套管7后接地，在模拟变压器本体外壳8上安装全部变压器套管7，将干式变压器5的10kv绕组连接到110kv高压的变压器套管7上，干式变压器5的绕组中性点接到高压中性点的变压器套管7上；干式变压器5的0.6kv绕组连接到35kv中压的变压器套管7上；干式变压器5的0.4kv绕组连接到10kv低压的变压器套管7上，绕组中性点接到低压中性点的变压器套管7上，干式变压器5的接地接到铁心接地的变压器套管7上，最后，在干式变压器5的高压绕组的中性点与地之间并接补偿模组6。
49.本实施例中的基于建模方法的试验项目，如下：（一）、模拟变压器本体2的绕组连同变压器套管7的绝缘电阻、吸收比测量；（二）、模拟变压器本体2的绕组连同变压器套管7的直流泄漏电流测量；（三）、模拟变压器本体2的绕组连同变压器套管7的介损与电容量测量；（四）、铁心夹件的绝缘电阻测量；（五）、模拟变压器本体2的绕组连同变压器套管7的交流耐压试验；（六）、模拟变压器本体2的绕组连同变压器套管7的直流电阻测量；（七）、变压比试验；（八）、模拟变压器本体2的绕组变形试验；（九）、非纯瓷的变压器套管7介损与电容量测量；（十）、非纯瓷的变压器套管7末屏绝缘电阻和介损测量；（十一）、电力系统高压核相。
50.等多项高压试验培训，并可作故障模拟和故障分析判断。
51.其中，试验（一）、（二）和（三）的测量与实现均是通过高压开关k16改变高压绕组中性点与地之间的电阻实现的,正常状态如图4所示，闭合高压开关k16将改变模拟变压器本体2的绝缘电阻、吸收比、直流泄漏电流、介损，理论计算时应将补偿模组6中的电阻计算在内，按需求可用多个开关搭配多个电阻实现多级设置。
52.其中，试验（四）铁心夹件的绝缘电阻测量则是通过在改变铁心与地之间的电阻实现的,正常状态如图6所示，安卓主机1发送铁心绝缘异常的指令后k18闭合，以此实现铁心与地之间电阻异常。
53.其中，试验（五）模拟变压器本体2的绕组连同变压器套管7的交流耐压试验通过将放电球间隙11接入高压绕组中性点与地之间实现对电压上限的限制，正常状态如图5所示，安卓主机1发出交流耐压异常指令后k20闭合，在补偿模组6旁并联一个耐压等级更低的放电球间隙11，以此实现耐压降低。
54.其中，试验（六）模拟变压器本体2的绕组连同变压器套管7的直流电阻测量通过断
路和短路中压绕组的某一项以改变绕组电阻,正常状态如图5所示，以am、cm绕组短路为例，k7常开k4常闭为正常状态，安卓主机1发出直流电阻短路故障指令后k7闭合，使用仪器测量直流电阻，发现am、cm电阻大幅减小，其余两项间电阻小幅减小。
55.其中，试验（七）变压比试验，则是通过将低压绕组和中压绕组连接起来作为正常状态即k1动作，为防止中压绕组误接，在变压比试验中低压绕组与中压绕组对应相连接即k2动作，在正常状态下变比为10:1，通过短路某一项的低压绕组实现匝数比的变化，如图5所示，以a相为例,正常状态下0.6kv与0.4kv绕组串联此时变比为10，安卓主机1发出变比异常指令后继电器k10动作此时变比为16.67，其他两项变比不变。
56.其中，试验（八）模拟变压器本体2的绕组变形实验中绕组故障主要分为短路和断路，正常状态、短路状态与变比实验相同，如图5以a相为例断路状态则是将低压绕组的连接断开，即k4动作。
57.其中，试验（九）、（十）中，在模拟变压器本体2的高压绕组上并接15000pf～18000pf的高压电容器10，模拟大中型变压器高压绕组对中、低压绕组及地的电容量，便于非纯瓷的变压器套管7介损与电容量测量，以及非纯瓷的变压器套管7末屏绝缘电阻和介损测量。
58.其中，试验（十一）高压核相，中压绕组为δ联结组别，低压绕组、高压绕组均为y联结组别，把对应的绕组接线引出，可以组成不同联接组别的核相测试。
59.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。