一種變壓器結構異變故障動態模擬裝置的制作方法

本實用新型涉及變壓器動態模擬技術領域，具體是一種變壓器結構異變故障動態模擬裝置。

背景技術：

電力變壓器是電力系統中最重要的設備之一，變壓器的健康狀態關系著電力系統的安全穩定運行。隨著我國電力系統規模和容量的增加，電力變壓器的事故率也不斷提高。對變壓器進行故障診斷，確定變壓器的健康狀況，有利于保證電力系統的供電可靠性。

結構性故障是導致電力變壓器發生損壞事故的主要原因之一。對運輸或短路沖擊后的變壓器進行結構性故障診斷可確保變壓器的安全穩定運行。目前變壓器結構性故障診斷方法普遍存在精度不高、與現場實際對應較差等缺點。

技術實現要素：

本實用新型提供一種變壓器結構異變故障動態模擬裝置，能夠實現對不同故障程度的精確模擬，且并非采用單一檢測方法，而是將多種診斷結果相綜合，為決策者提供全面的數據與理論支持，最終為變壓器結構異變故障診斷提供依據。

一種變壓器結構異變故障動態模擬裝置，包括變壓器器身、設于變壓器器身內的鐵芯及圍繞鐵芯芯柱繞制的繞組，變壓器器身的頂部設有三組高壓套管，三組高壓套管中高壓側有4個，中壓側有4個，低壓側有3個，三組高壓套管分別與變壓器器身內的繞組相連，所述鐵芯包括分為上下兩部分的硅鋼片，下部分為“E”字結構，用于放置三相繞組；上部分為“一”字結構，鐵芯上鐵軛通過硅鋼片疊片而成，兩端設置上夾件，鐵芯上鐵軛和上夾件通過穿心布置的上夾件軸向拉桿進行緊固成為整體結構，即形成鐵芯上鐵軛及上夾件組件；各個繞組為三段式結構，三段式的繞組結構每兩段之間通過冷壓接頭進行連接。

進一步的，三組高壓套管中高壓側4個分別是高壓套管A、B、C、O，中壓側4個分別是中壓套管Am、Bm、Cm、Om，低壓側3個分別是低壓套管a、b、c，變壓器器身內部的3個高壓繞組末端相連，構成“Y”型結構，高壓套管A、B、C分別與3個高壓繞組首端相連，高壓套管O與3個高壓繞組的連接點相連，變壓器器身內部的3個中壓繞組末端相連，構成“Y”型結構，中壓套管Am、Bm、Cm分別與3個中壓繞組首端相連，中壓套管Om與3個中壓繞組的連接點相連，變壓器器身內部的3個低壓繞組分別首尾相連，構成“Δ”型結構，低壓套管a、b、c分別與3個低壓繞組首端相連。

進一步的，鐵芯上鐵軛及上夾件組件上設有上夾件吊裝環。

進一步的，還包括設于變壓器器身底部的支撐件。

進一步的，變壓器器身的頂部設有油箱注油接口，側壁設有油箱出油接口，油箱注油接口的外圈設有用于與出油管道相連的螺紋。

進一步的，變壓器器身的頂部設有器身吊裝環，均勻分布在變壓器器身的四個稱重位置。

本實用新型對輔助結構件進行了簡化設計，簡化了上鐵軛拆裝過程中的插片流程，能夠實現對各結構件的簡易拆卸與精確復位，由于不需要對上鐵軛進行插片處理，保證了安裝精確度；通過替換三段式結構繞組中的任意一段或者多段，該裝置能夠用于模擬不同故障類型及其故障程度，如軸向位移故障、繞組軸向倒塌故障、繞組變形故障等；本裝置高壓繞組有4個接線端子，中壓繞組有4個接線端子，低壓繞組有3個接線端子，基于該裝置可以改變不同的接線方式，可以實現對接地狀況、測試繞組狀態、非測試繞組狀態等的模擬，從而較為系統地研究變壓器結構異變與頻率響應接線方式及其結果的對應關系。

附圖說明

圖1是本實用新型變壓器結構異變故障動態模擬裝置的主視圖；

圖2是本實用新型變壓器結構異變故障動態模擬裝置的俯視圖；

圖3是本實用新型中鐵芯的結構示意圖；

圖4是本實用新型中高壓繞組的結構示意圖；

圖5為本實用新型變壓器結構異變故障動態模擬方法的原理框圖；

圖6(a)為本實用新型變壓器結構異變故障動態模擬時正常段示意圖，圖6(b)為倒塌段示意圖；

圖7(a)為本實用新型變壓器結構異變故障動態模擬時繞組變形示意圖，圖7(b)為圖7(a)中VI部分的放大圖；

圖8為本實用新型變壓器結構異變故障動態模擬時繞組軸向位移示意圖；

圖9為本實用新型為變壓器結構異變故障動態模擬時頻率響應試驗接線原理圖；

圖10為本實用新型為變壓器結構異變故障動態模擬時介質損耗試驗接線原理圖。

圖中：1—支撐件，2—變壓器器身，3—油箱注油接口，4—器身吊裝環，5—油箱出油接口，6—高壓套管，7—鐵芯，8—鐵芯縱向拉桿，9—上夾件軸向拉桿，10—鐵芯上鐵軛及上夾件組件，11—下端圈，12—繞組銅扁線，13—上端圈，14—冷壓接頭，15—油道，16—繞組線餅，17—絕緣墊塊，18—絕緣棒，19—低壓繞組，20—中壓繞組，21—高壓繞組，22—上夾件吊裝環。

具體實施方式

下面將結合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。

請參考圖1和圖2，本實用新型變壓器結構異變故障動態模擬裝置包括變壓器器身2、設于變壓器器身2底部的支撐件1、設于變壓器器身2內的鐵芯7及圍繞鐵芯7芯柱繞制的繞組。所述支撐件1位于左右兩側的為工字結構，位于中間的為C字結構。變壓器器身2的頂部設有油箱注油接口3，側壁設有油箱出油接口5，油箱注油接口3的外圈設有螺紋，可與出油管道相連。變壓器器身2的頂部還設有器身吊裝環4，如圖1所示，四個器身吊裝環4均勻分布在變壓器器身2的四個稱重位置。請一并參考圖9，變壓器器身2的頂部設有3組高壓套管6，其中高壓側4個(高壓套管A、B、C、O)、中壓側4個(中壓套管Am、Bm、Cm、Om)、低壓側(低壓套管a、b、c)3個。變壓器器身2內部的3個高壓繞組末端相連，構成“Y”型結構，高壓套管A、B、C分別與3個高壓繞組首端相連，高壓套管O與3個高壓繞組的連接點相連。變壓器器身2內部的3個中壓繞組末端相連，構成“Y”型結構，中壓套管Am、Bm、Cm分別與3個中壓繞組首端相連，中壓套管Om與3個中壓繞組的連接點相連。變壓器器身2內部的3個低壓繞組分別首尾相連，構成“Δ”型結構，低壓套管a、b、c分別與3個低壓繞組首端相連。

圖3為鐵芯7的結構示意圖，所述鐵芯7包括分為上下兩部分的硅鋼片：下部分為“E”字結構，用于放置三相繞組；上部分為“一”字結構，構成鐵芯上鐵軛及上夾件組件10，以便于拆卸與安裝。鐵芯上下兩部分使用鐵芯縱向拉桿8進行緊固，上夾件吊裝環22用于拆裝鐵芯上鐵軛及上夾件組件10時的吊裝。

傳統的變壓器鐵芯上鐵軛采用插片結構，需要將硅鋼片逐片插入下部“E”字結構芯柱的槽隙中，操作難度較大。為克服這一缺點，本實用新型將鐵芯上鐵軛與上夾件構成整體結構，通過穿心布置的上夾件軸向拉桿9進行緊固，上夾件軸向拉桿9可以保證上鐵軛的硅鋼片緊密貼合，同時可起到定位上夾件與上鐵軛的作用。此結構設置保證了變壓器“芯柱-鐵軛”這一磁路完整性的同時，避免了上鐵軛拆裝過程中的插片操作，簡化了操作步驟。

圖4為變壓器高壓繞組三段式結構示意圖，高壓繞組包括下端圈11、繞組銅扁線12、上端圈13、冷壓接頭14、油道15。繞組各線餅的銅扁線之間均勻排布絕緣墊塊17(如圖7(a)和圖7(b)所示)，絕緣墊塊17起到保證線餅扁銅線12間絕緣的作用，同時保證油道15暢通。三段式的繞組結構每兩段之間通過冷壓接頭14進行連接。實際操作過程中，可以斷開冷壓接頭14，從而對三段式結構中任意一段或多段進行替換，也能夠實現對任意一段進行故障程度調整，用于模擬不同故障類型及其故障程度。對于任意一段繞組，兩端導體均與冷壓接頭14進行冷壓焊接，不同繞組段間通過冷壓接頭14實現分段繞組間的可靠連接。變壓器其他繞組也采用相同的三段式結構。

本實用新型變壓器結構異變故障動態模擬裝置具有以下特點：

一、該裝置嚴格按照220kV電力變壓器縮比，保持與真型變壓器一致的結構布局與絕緣設置。

二、為模擬不同類型的結構性故障，同時也為方便進行不同故障程度的調節，該裝置對輔助結構件進行了簡化設計，特別是設計了上鐵軛和上夾件的整體結構10，簡化了上鐵軛拆裝過程中的插片流程，能夠實現對各結構件的簡易拆卸與精確復位。

三、鐵芯上鐵軛及上夾件為整體結構。鐵芯上鐵軛通過硅鋼片疊片而成，兩端由上夾件緊固。上鐵軛與芯柱之間交界面為矩形，兩接觸面平整。在該模擬試驗平臺拆裝過程中，鐵芯上鐵軛及上夾件始終作為整體結構，不需要對上鐵軛進行插片處理，保證了安裝精確度。

四、各個繞組均分為三段式結構，兩段之間通過冷壓接頭連接，能夠實現對任意一段結構的替換與調整，從而實現模擬不同故障類型及其故障程度，如軸向位移故障、繞組軸向倒塌故障、繞組變形故障等。

下文以利用本實用新型的變壓器結構異變動態模擬裝置來模擬故障，并進行相關研究試驗為例，對本實用新型進行說明。

圖5是本實用新型變壓器結構異變故障動態模擬方法的原理框圖，該方法的核心是依據變壓器實際結構及其材料特性，構建變壓器結構異變動態模擬裝置。該裝置能夠實現對典型的現場故障(軸向位移、繞組變形、軸向倒塌等)的模擬。同時，依托于該裝置，可以進行頻率響應試驗、介質損耗試驗、短路阻抗試驗。通過對變壓器結構異變故障動態模擬裝置的試驗，得到不同故障類型及程度下變壓器的典型試驗數據。

(1)故障模擬

本實用新型的變壓器結構異變動態模擬裝置能夠實現對軸向倒塌故障、繞組變形故障、軸向位移故障的模擬，下文對3種故障模擬的具體實現進行了描述。

(a)軸向倒塌故障

圖6(a)和圖6(b)為繞組軸向倒塌時正常段與倒塌段示意圖。軸向倒塌故障為本模擬試驗平臺能夠模擬的典型故障類型之一，圖中α為繞組導體側面與水平面之間的夾角，表征繞組軸向倒塌的程度。在線圈繞制過程中，通過在線圈模具上增加圖6(b)所示的三角形楔子使繞組導線產生傾倒，軸向倒塌程度可以通過改變楔子的夾角α進行調節。

(b)繞組變形故障

圖7為繞組變形示意圖。繞組變形為本故障模擬裝置能夠模擬的典型故障類型之一，8個絕緣墊塊17均勻分布在繞組導體所在圓周，絕緣墊塊17為扁狀長方體結構，其高度等于油道15高度，其長度近似等于繞組線餅徑向厚度，其寬度一般為20mm。在線圈繞制過程中，通過在指定變形部位增加絕緣棒18使繞組產生幅向鼓包變形，變形程度可以通過改變絕緣棒18的直徑進行調節。

(c)軸向位移故障

圖8為軸向位移故障示意圖。圖中低壓繞組19、中壓繞組20、高壓繞組21均圍繞鐵芯7同心排布。各繞組上的繞組線餅16間設有絕緣墊塊17(圖8中設有三個絕緣墊塊，分別a、b、c)。可通過改變絕緣墊塊厚度，實現繞組線餅16在軸向位置上的改變，從而模擬軸向位移故障。圖8中正常絕緣墊塊厚度為h(如a所示)。為使圖8中線餅向下發生軸向位移，需增加上部絕緣墊塊厚度到h+Δh(如b所示)，對應地減小下部絕緣墊塊厚度到h-Δh(如c所示)。

(2)相關試驗

(a)變壓器結構異變故障研究試驗

基于本實用新型的裝置，模擬變壓器軸向倒塌故障、繞組變形故障、軸向位移故障，進行在不同故障情況下，變壓器內部結構變化、應力薄弱點、故障發展過程的研究。

(b)變壓器故障診斷技術研究

對變壓器模擬的故障進行全方位的監測，收集能夠表征故障的信息量，改變故障的發生部位，嚴重程度等因素，研究現場常用故障診斷技術。

一般認為，頻率響應法能夠在較寬的頻帶上測量分析繞組的頻率響應特性，判斷變壓器的狀態。當變壓器發生結構異變后，其內部的電感、電容、電阻分布參數必然發生相對變化，對應的頻率響應曲線也會發生改變。盡管變壓器廠家可能保留了大型電力變壓器的頻率響應歷史數據，能夠用于變壓器現場試驗中與頻率響應測試結果對比。但是，普遍認為試驗接線方式對試驗結果有很大影響。本裝置高壓繞組有4個接線端子，中壓繞組有4個接線端子，低壓繞組有3個接線端子，基于該裝置可以改變不同的接線方式，可以實現對接地狀況、測試繞組狀態、非測試繞組狀態等的模擬，從而較為系統地研究變壓器結構異變與頻率響應接線方式及其結果的對應關系。圖9是頻率響應試驗接線原理圖，其中圖示接線方式為高壓繞組A點注入信號，中性點O點測量。

圖10為介質損耗試驗接線原理圖。通過電橋法對變壓器介質損耗進行試驗，可以測量對應的電容量及介質損耗。由于本裝置的油箱接地狀態可人為改變，在進行介質損耗試驗時，可以分別對變壓器器身接地與不接地情況進行試驗，同時也可以選擇電橋“正接法”或“反接法”。

(c)故障應對策略研究試驗

研究變壓器發生故障之后，采取何種措施才能夠保證電網安全和設備安全，降低經濟損失。通過對不同故障的不同應對策略的模擬試驗，對各個策略的結果進行分析評估，研究出針對各個故障的最優應對策略。

本實用新型具體實施方式的變壓器器身、套管、無勵磁分接開關、散熱片等部分按照GB1094.1、GB1094.2、GB1094.3、GB1094.5等標準設計并制造。

應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，所列舉的試驗方法、故障類型及其程度僅為示例，并不用于限定本實用新型。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。