一种宽频带脉冲源电路及变压器绕组变形检测装置的制作方法

1.本发明涉及变压器故障检测技术领域，具体而言，涉及一种宽频带脉冲源电路及变压器绕组变形检测装置。


背景技术：

2.变压器发生短路故障时，在变压器绕组内流过很大的短路电流，短路电流在与漏磁场的相互作用下，产生很大的电动力，虽然这种暂态持续时间很短，但是变压器还是会遭到损坏，其绕组很可能发生变形。变压器绕组发生变形后，有的会立即发生损坏事故，但更多的是仍能继续运行，但会留下一定隐患。变压器承受短路电流冲击后，检查绕组变形和垫块松动的惯用办法是吊罩检查，但受变压器绕组布置方式的限制，一般只能看到高压绕组情况，而位于高压绕组内部的中、低压绕组的变形情况无法目测确定。从变压器运行的实际情况看，变压器承受短路冲击后，运行单位一般都用常规电气试验项目和绝缘油分析来检查变压器的绝缘状况。检查结果表明，有的变压器电气试验和绝缘油分析均在预防性试验规程所规定的范围内，但吊罩检查却发现绕组已明显变形或绝缘垫块严重松动。由此说明常规电气、油化试验项目不能有效地发现变压器绕组变形性缺陷。变压器绕组变形性缺陷，具有相当大的隐蔽性，且又具有很大的破坏性，严重威胁变压器安全运行。
3.为了及时可靠地评价电力变压器状态，对故障情况做出及时预警并分析故障情况，在不停电状态对电力设备进行检修已愈发成为行业的共识，而脉冲频率响应法则具备在变压器带电运行时进行绕组故障检测的能力。目前应用于电力设备检测的脉冲频率响应法中均使用基于全固态的marx电路的脉冲源，该脉冲源通过多模块级联叠加输出高幅值脉冲，因其模块化、级联化的优势在便携式装置中作为主电路拓扑应用广泛。但是受限于其开关器件的特性，以及模块化级联后不可避免引入的杂散参数影响，marx电路难以将脉冲宽度缩短至100ns以下，导致检测频带范围较窄，难以覆盖变压器绕组变形所产生响应信号的频带范围，导致无法检测变压器绕组变形的多种情况，难以在实际应用中大范围应用，仍具有相当的安全隐患，出现漏检错检情况，导致故障无法及时发现，严重影响电力系统安全稳定运行。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在脉冲频率响应法采用基于全固态的marx电路的脉冲源发出脉冲宽度难以降低至100ns以下，检测频带范围窄，难以覆盖变压器绕组变形所产生响应信号的频带范围，容易出现错检漏检，影响电力系统安全稳定运行的技术问题。
5.为此，本发明第一方面提供了一种宽频带脉冲源电路。
6.本发明第二方面提供了一种变压器绕组变形检测装置。
7.本发明提供了一种宽频带脉冲源电路，包括：电源模块、稳压滤波单元、第一脉冲发生单元、第二脉冲发生单元和宽频带脉冲源输出单元，电源模块与稳压滤波单元连接，所
述第一脉冲发生单元与稳压滤波单元连接，所述第二脉冲发生单元与第一脉冲发生单元连接，所述宽频带脉冲源输出单元分别与第一脉冲发生单元和第二脉冲发生单元连接，所述第一脉冲发生单元和第二脉冲发生单元发出的脉冲方向相反，输入至宽频带脉冲源输出单元后相互抵消发出宽频带脉冲，所述宽频带脉冲传输至变压器绕组用于检测变压器绕组变形情况。
8.根据本发明上述技术方案的一种宽频带脉冲源电路，还可以具有以下附加技术特征：
9.进一步地，所述第一脉冲发生单元和第二脉冲发生单元之间的导通延时小于第一脉冲发生单元和/或第二脉冲发生单元发出的脉冲宽度。
10.进一步地，所述电源模块包括直流电源；
11.所述稳压滤波单元包括第一电容，所述第一电容并联于直流电源两端；
12.所述第一脉冲发生单元包括第一半导体开关和第一同轴线，所述第一半导体开关的漏极与第一电容的正极连接，所述第一半导体开关的源极与第一电容的负极连接，所述第一同轴线中筒的一端与第一电容的正极连接，所述第一同轴线内筒与第一半导体开关的源极连接，所述第一同轴线内筒与地连接；
13.所述第二脉冲发生单元包括第二半导体开关和第二同轴线，所述第一同轴线中筒的另一端与第二同轴线中筒的一端连接，所述第二同轴线中筒的另一端与第二半导体开关的漏极连接，所述第二半导体开关的源极与第二同轴线的内筒连接，所述第二同轴线内筒与地连接；
14.所述宽频带脉冲源输出单元包括第三同轴线和负载电阻，所述第一同轴线和第二同轴线的外筒分别与第三同轴线中筒的同一端连接，所述第三同轴线中筒的另一端与负载电阻的一端连接，所述负载电阻的另一端和第三同轴线的内筒与地连接。
15.进一步地，所述第一同轴线的长度与第二同轴线的长度相等，则第一脉冲发生单元和第二脉冲发生单元分别在负载电阻处产生的脉冲宽度为：
[0016][0017]
其中l为第一同轴线或第二同轴线的长度，l3为第三同轴线的长度，v为波速。
[0018]
进一步地，所述宽频带脉冲的脉冲宽度与第一脉冲发生单元和第二脉冲发生单元之间的导通延时数值相等。
[0019]
进一步地，所述稳压滤波单元和第一脉冲发生单元之间设有隔离充电单元。
[0020]
进一步地，所述隔离充电单元包括隔离充电电阻，隔离充电电阻的一端与第一电容的正极相连，隔离充电电阻的另一端与第一半导体开关的漏极相连。
[0021]
本发明提供了一种变压器绕组变形检测装置，包括宽频带脉冲发生模块、测量模块、信号处理模块和计算输出模块，其中：
[0022]
宽频带脉冲发生模块包括上述技术方案中所述的一种宽频带脉冲源电路用于发出宽频带脉冲源；
[0023]
传输模块用于将宽频带脉冲源传递至变压器绕组，获取变压器绕组处的响应信号，并将信号传递至信号处理模块；
[0024]
信号处理模块用于将变压器绕组处的响应信号转化为可供计算输出模块计算的
电信号；
[0025]
计算输出模块用于分析计算变压器绕组处的响应信号对应的绕组变形情况，输出最终计算结果。
[0026]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0027]
本发明所提供的一种宽频带脉冲源电路，不受开关器件特性影响，可有效缩短脉冲宽度，将脉冲宽度降低至100ns以下，扩宽频带范围，有效滤除电源的杂波和交流成分，能够限制充电电流，提高电路安全性，电路结构简洁，容易实现，适用于变压器绕组变形检测；
[0028]
本发明所提供的一种变压器绕组变形检测装置，发出脉冲宽度在100ns以下的宽频带脉冲源，能够覆盖变压器绕组变形所产生响应信号的频带范围，防止出现错检漏检，有效保障电力系统安全稳定运行。
[0029]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0030]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0031]
图1是本发明一个实施例的一种宽频带脉冲源电路的电路拓扑图；
[0032]
图2是本发明一个实施例的一种宽频带脉冲源电路的电路图；
[0033]
图3是本发明一个实施例的一种宽频带脉冲源电路中第一半导体开关闭合、第二半导体开关断开时的波过程示意图。
[0034]
其中，图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
[0035]
1、电源模块；2、稳压滤波单元；3、隔离充电单元；4、第一脉冲发生单元；5、第二脉冲发生单元；6、宽频带脉冲源输出单元。
具体实施方式
[0036]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0037]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0038]
下面参照图1至图3来描述根据本发明一些实施例提供的一种宽频带脉冲源电路及变压器绕组变形检测装置。
[0039]
本技术的一些实施例提供了一种宽频带脉冲源电路。
[0040]
实施例1
[0041]
如图1至图3所示，本发明第一个实施例提出了一种宽频带脉冲源电路，包括：电源模块1、稳压滤波单元2、隔离充电单元3、第一脉冲发生单元4、第二脉冲发生单元5和宽频带脉冲源输出单元6，电源模块1与稳压滤波单元2连接，稳压滤波单元2与隔离充电单元3连接，隔离充电单元3与第一脉冲发生单元4与连接，所述第二脉冲发生单元5与第一脉冲发生
单元4连接，所述宽频带脉冲源输出单元6分别与第一脉冲发生单元4和第二脉冲发生单元5连接，所述第一脉冲发生单元4和第二脉冲发生单元5发出的脉冲方向相反，输入至宽频带脉冲源输出单元6后相互抵消发出宽频带脉冲，所述宽频带脉冲传输至变压器绕组用于检测变压器绕组变形情况。
[0042]
所述第一脉冲发生单元4和第二脉冲发生单元5之间的导通延时小于第一脉冲发生单元4和/或第二脉冲发生单元5发出的脉冲宽度。
[0043]
如图2所示，图中箭头方向为第一脉冲发生单元4和第二脉冲发生单元5产生的波方向，所述电源模块1包括直流电源dc；
[0044]
所述稳压滤波单元2包括第一电容cm，所述第一电容cm并联于直流电源dc两端，第一电容cm用于滤除电源的杂波和交流成分，平滑脉动直流电压，储存电能；
[0045]
所述隔离充电单元3包括隔离充电电阻r，隔离充电电阻r的一端与第一电容cm的正极相连，隔离充电电阻r的另一端与第一半导体开关s2的漏极相连，隔离充电电阻r用于限制充电电流，避免电流过大。
[0046]
所述第一脉冲发生单元4包括第一半导体开关s2和第一同轴线t1，所述第一半导体开关s2的漏极与第一电容cm的正极连接，所述第一半导体开关s2的源极与第一电容cm的负极连接，所述第一同轴线t1中筒的一端与第一电容cm的正极连接，所述第一同轴线t1内筒与第一半导体开关s2的源极连接，所述第一同轴线t1内筒与地连接；
[0047]
所述第二脉冲发生单元5包括第二半导体开关s1和第二同轴线t2，所述第一同轴线t1中筒的另一端与第二同轴线t2中筒的一端连接，所述第二同轴线t2中筒的另一端与第二半导体开关s1的漏极连接，所述第二半导体开关s1的源极与第二同轴线t2的内筒连接，所述第二同轴线t2内筒与地连接；
[0048]
所述第一半导体开关s2和第二半导体开关s1为mos管；
[0049]
所述宽频带脉冲源输出单元6包括第三同轴线t3和负载电阻rl，所述第一同轴线t1和第二同轴线t2的外筒分别与第三同轴线t3中筒的同一端连接，所述第三同轴线t3中筒的另一端与负载电阻rl的一端连接，所述负载电阻rl的另一端和第三同轴线t3的内筒与地连接。
[0050]
所述第一同轴线t1的长度与第二同轴线t2的长度相等，则第一脉冲发生单元4和第二脉冲发生单元5在负载电阻rl处产生的脉冲宽度为：
[0051][0052]
其中l为第一同轴线t1或第二同轴线t2的长度，l3为第三同轴线t3的长度，v为波速。
[0053]
所述宽频带脉冲的脉冲宽度与第一脉冲发生单元4和第二脉冲发生单元5之间的导通延时数值相等。
[0054]
宽频带脉冲源电路工作原理如下：
[0055]
以第一半导体开关s2闭合，第二半导体开关s1断开为例，电路的工作过程分为两个阶段，第一阶段，当两个半导体开关均断开时，第一电容cm滤除直流电源dc的杂波和交流成分，通过隔离充电电阻r对第一同轴线t1和第二同轴线t2中的等效电容进行充电储能，当同轴线中的等效电容电压达到直流电源dc充电电压时开始第二阶段，第一半导体开关s2闭
合，第一同轴线t1中的电容开始释放能量，形成一个电压入射波在第一同轴线t1、第二同轴线t2和负载处发生折反射，从而在负载上形成脉冲，其波过程示意图如图3所示：
[0056]
设直流电源dc充电电压为u0，第一同轴线t1或第二同轴线t2与负载电阻rl之间同轴线的长度为l，波速为v，图2中第一同轴线t1的左端为a端，第二同轴线t2的右端为b端。当第一半导体开关s2闭合时产生的具体波过程如下：
[0057]
1)第一半导体开关s2闭合后，强迫a端接地。在0＜t＜l/v时，电压入射波u
λ1
＝-u0从a端向b端传播，由于还未传达到负载电阻rl上，此时负载电阻rl上的电压为0。
[0058]
2)当t＝l/v时，电压入射波u
λ1
达到负载电阻rl处，在负载电阻rl上产生电压ur其电压幅值为u0，并且一部分发生反射，产生反射波u
f1
，另一部分继续入射，成为u
λ2
，此时u
f1
＝u
λ2
＝-1/2u0。
[0059]
3)当t＝2l/v时反射波uf1达到短路点a端形成符号相反的反射波u
f3
＝1/2u0，入射波u
λ2
达到开路点b端形成符号相同的反射波u
f2
＝-1/2u0。
[0060]
4)当t＝3l/v时，反射波u
f3
和反射波u
f2
达到负载电阻rl处，传输线电压和负载电压变为0，完成放电过程，在负载电阻rl上形成一个幅值为u0以及脉宽为2l/v的脉冲。
[0061]
同理，而当开关第一半导体开关s2断开、第二半导体开关s1闭合时会产生反方向的波过程：
[0062]
1)第二半导体开关s1闭合后，强迫b端接地。在0＜t＜l/v时，电压入射波u
λ1
＝u0从b端向a端传播，由于还未传达到负载电阻rl上，此时负载电阻rl上的电压为0。
[0063]
2)当t＝l/v时，电压入射波u
λ1
达到负载电阻rl处，在负载电阻rl上产生电压ur其电压幅值为u0，并且一部分发生反射，产生反射波u
f1
，另一部分继续入射，成为u
λ2
，此时u
f1
＝u
λ2
＝1/2u0。
[0064]
3)当t＝2l/v时反射波u
f1
达到短路点b端形成符号相反的反射波u
f3
＝-1/2u0，入射波u
λ2
达到开路点a端形成符号相同的反射波u
f2
＝1/2u0。
[0065]
4)当t＝3l/v时，反射波u
f3
和反射波u
f2
达到负载电阻rl处，传输线电压和负载电压变为0，完成放电过程，在负载电阻rl上形成一个幅值为u0以及脉宽为2l/v的脉冲。
[0066]
由于方向反向，在负载电阻rl上会形成与上一个脉冲极性相反，幅值与脉宽相同的脉冲。
[0067]
第一脉冲发生单元4和第二脉冲发生单元5之间的导通延时相同，并且小于其发出的脉冲宽度，即小于2l/v，则正反方向的波不会完全互相抵消，通过导通延时使方向相反的两个脉冲错位，相互抵消后形成一个均匀输出，脉宽小，频带宽的超短纳秒脉冲，脉冲宽度为第一半导体开关s2和第二半导体开关s1之间的导通延时时间，脉冲的极性取决于开关的导通顺序，克服了全固态的marx电路受开关器件特性的影响，使脉冲源的脉宽降低至100ns以下。
[0068]
实施例2
[0069]
本实施例在第一个实施例的基础上，提供了一种变压器绕组变形检测装置，包括宽频带脉冲发生模块、测量模块、信号处理模块和计算输出模块，其中：
[0070]
宽频带脉冲发生模块包括实施例1中所述一种宽频带脉冲源电路用于发出宽频带脉冲源；
[0071]
传输模块用于将宽频带脉冲源传递至变压器绕组，获取变压器绕组处的响应信
号，并将信号传递至信号处理模块；
[0072]
信号处理模块用于将变压器绕组处的响应信号转化为可供计算输出模块计算的电信号；
[0073]
计算输出模块用于分析计算变压器绕组处的响应信号对应的绕组变形情况，输出最终计算结果。
[0074]
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。