用于測試變壓器的分接轉換器的方法和裝置與流程

文檔序號：11142020閱讀：964來源：國知局

用于例如能量產生、能量傳輸、能量分配或者用于工業應用并針對大于1MW的功率而設計的功率變壓器通常包括所謂的分接轉換器以能夠例如在某些負載條件下略微地匹配于各個變壓器的變壓比。也能夠在變壓器工作期間或者在負載下、即不中斷其工作的情況下進行轉換的分接轉換器通常也稱為有載分接轉換器(OLTC)。為此，變壓器的繞組設計為所謂的疊層繞組，其中該疊層繞組的分接頭或抽頭引導至分接轉換器，所述分接轉換器在變壓器工作期間從一個分接頭切換至另一個分接頭以便以此改變變壓器的變壓比。

由于變壓器的繞組分別構成大的電感，因此，出于不能輕易中斷通過繞組的電流的原因，所以難以實現在不同變壓比之間的切換。因此，如此設計分接轉換器，使得電流能夠在任意時刻流經繞組。出于此目的，分接轉換器經常借助電阻來切換流經繞組的電流，以便由此來改變變壓比。切換過程必須快速執行以避免電阻過熱。由于分接轉換器的復雜性和由此而易出錯的機械結構，所以建議對每個分接轉換器進行定期測試。

因此，本發明的目的在于，相較于現有技術對分接轉換器的測試進行改進。

根據本發明，該目的通過根據權利要求1的用于對變壓器的分接轉換器進行測試的方法和通過根據權利要求9的用于對變壓器的分接轉換器進行測試的裝置得以實現。從屬權利要求限定了本發明的優選且有利的實施例。

在本發明的上下文中提供了一種用于對變壓器的分接轉換器進行測試的方法。其中，分接轉換器設計用于(在有載的情況下)改變變壓器的變壓比。根據本發明的方法包括以下步驟：

·生成輸送到變壓器的繞組和分接轉換器的測試信號。該測試信號能夠是例如流經繞組和與該繞組串聯的分接轉換器并且通常在幾安培到約100安培的強電流之間的電流。該測試信號還能夠是如此施加在該繞組和/或分接轉換器上的電壓，其使得產生流經該繞組和分接轉換器的串聯電路的電流。

·操作分接轉換器，其中變壓器的變壓比在操作分接轉換器時改變。

·在操作分接轉換器期間確定變壓器的瞬時電阻值，其中所述電阻值取決于測試信號。尤其測量至少一個測量變量、例如流經繞阻和串聯連接的分接轉換器的電流和/或施加在繞組上的電壓從而通過電阻值或者更精確地通過電阻值的時間曲線來檢驗分接轉換器，其中通過操作分接轉換器使至少一個測量變量(以及由此的電阻值)根據所產生的測試信號而改變。所述至少一個測量變量要么本身為電阻值，要么包括據此能夠確定電阻值的一個或更多個測量變量(例如電流和電壓)。至少一個測量變量的以及由此的電阻值的時間曲線能夠例如通過如下方式來確定，即在預定的時間區間內連續地或者在該時間區間(例如100ms)內的某些確定的時間點來確定該至少一個測量變量。在此，時間區間尤其在開始操作分接轉換器之前或者略微之后開始，并且在分接轉換器改變了變壓比之后或者在測量變量的最大變化由于對分接轉換器的操作或切換過程而減輕了之后結束。

借助在操作分接轉換器期間所確定的瞬時(即靜態)電阻值或者借助電阻值的時間曲線能夠以比根據現有技術的情況改進的且更簡單的方式判斷出分接轉換器是否正確運行。在此，所確定的電阻值和電阻值的時間曲線能夠尤其通過歷史數據(例如，在證明變壓器正確運行的情況下，先前所確定的電阻值或先前所確定的電阻值的時間曲線)來評估，以便判斷分接轉換器當前是否正確運行。

根據本發明的優選實施例，變壓器能夠是多相變壓器(例如三相交流變壓器)。在多相變壓器的情況下，對于變壓器的每一相都存在設計用于(在有載的情況下)改變變壓器的變壓比的單獨的分接轉換器。為了測試分接轉換器，針對變壓器的每一相同時分別生成一個測試信號。該測試信號針對每一相而輸送到分配給各個相的變壓器的繞組和分配給該繞組的分接轉換器。如果測試信號分別為電流的話，那么例如就針對變壓器的每一相而同時生成流經分配給各個相的繞組和分配給該繞組的分接轉換器的電流，所述分接轉換器布置為與各個繞組串聯。如果測試信號分別為電壓的話，那么例如就針對變壓器的每一相在分配給該相的繞組上同時加載電壓，以由此生成流經該繞組和所分配的分接轉換器的電流。操作分接轉換器，其中變壓比在每次操作時改變。其中，應當同時操作所有分接轉換器。在操作分接轉換器期間針對分配給各個分接轉換器的每個繞組確定瞬時電阻值或者電阻值的時間曲線，所述電阻值在轉換過程期間根據測試信號而改變。在此，如前所述，各個電阻值的確定尤其再次由至少一個測量變量來進行。在此，該測量變量能夠為流經繞組的一個以及分配給該繞組并與該繞組串聯布置的分接轉換器的電流。另一測量變量能夠是加在繞組的一個之上的電壓。

通過針對各個相所確定的電阻值能夠判斷多相變壓器的各個分接轉換器是否正確運行。在此，針對各個相所確定的電阻值能夠與正確運行的分接轉換器的情況下的對應電阻值相比較。

能夠針對每個相如此生成測試信號，使得測試信號具有相同的值，從而使為不同的相所確定的電阻值能夠有利地彼此比較。

在包括優選具有Y繞組或者Z繞組的星形連接的三相變壓器的情況下，能夠同時測試所有的三相。為此，能夠將電流作為測試信號來加載，所述電流在兩相的情況下流入繞組(即電流加載在遠離星形連接點的繞阻的端部)并且在單相的情況下從繞組流出(即電流在遠離星形連接點的端部從繞組流出)。如果三相電流的值相同，那么額外還流出第四電流(即，所述電流從遠離星形連接點的端部從繞組流出)。

無論是在多相變壓器還是在單相變壓器的情況下，測試信號都能夠為直流信號，即直流電。

如之前至少部分描述的，電阻值能夠通過電學測量變量來確定。如果測量變量是流經各個繞組和分配給所述繞組的分接轉換器的電流，以及如果其他測量變量是加在各個繞組上的電壓，那么電阻值就能夠根據電壓和電流來計算(尤其是作為電壓和電流之商)。電阻值可以是歐姆電阻值或直流電阻值或阻抗值或交流電阻。

根據本發明，所述至少一個測量變量還可以是其他電學變量，比如由各個繞組所接受的或由其所傳輸的電功率或電能。在此情況下，也可以從所述至少一個測量變量出發確定電阻值。

根據本發明，一方面，可以自動評估所確定的電阻值以測試分接轉換器或判斷各個分接轉換器是否正確運行。然而另一方面，根據本發明還可以輸出各個電阻值，以便例如使專業人員能夠通過所述輸出判斷出各個分接轉換器是否正確運行。

特別地，如果確定和/或識別各個電阻值包括確定和/或識別各個電阻值的時間曲線，那么輸出各個電阻值就有利地包括圖示各個電阻值的時間曲線。

為了測試各個分接轉換器，可以以自動地時間重疊的方式圖示所確定的多條電阻值的時間曲線，所述時間曲線是在多次操作各個分接轉換器操作時確定和/或識別的。在此，曲線的圖示尤其經由顯示器或屏幕來進行。然而，也可以在打印機上打印出曲線的圖示或在其他媒體上對其進行圖示。曲線的時間重疊的圖示在此特別理解為，所圖示的曲線中的每個的時間的結束繪制于所圖示的曲線的所有時間起點之后。所圖示(時間重疊)的電阻值曲線還能夠由歷史數據(例如先前所確定的電阻值曲線)來評估。

在時間重疊地圖示所分別確定的電阻值的曲線的情況下，一方面存在這樣的可能性，即盡可能一致地繪制曲線，使得例如圖示出正好在彼此之上重疊的兩條相同的曲線。根據本發明的另一個可能性是(稍微)偏移地繪制曲線，使得例如能夠區分出兩條相同的曲線。其中，該曲線能夠沿時間軸方向和/或垂直于時間軸方向來圖示。

對于曲線的時間重疊的圖示而言，尤其以時間重疊的方式圖示曲線的彼此對應的時間段。在此，各個曲線的分別對應的時間段或者分別對應的時間區間能夠在分別地操作分接轉換器之前不久或之后不久開始，并且在切換到新的變壓比的執行結束之后結束。各個曲線的各個時間段能夠為例如各個切換過程的100ms。

在其間確定各個電阻值的曲線的時間區間的長度能夠如此來選擇，即使得變壓器在切換到新的變壓比后達到飽和，進而使得所確定的電阻值還包括繞組的電阻。

在本發明的內容中還提供一種用于測試變壓器的分接轉換器的裝置。其中，分接轉換器設計用于(在有載或工作的情況下)改變變壓器的變壓比。該裝置包括測試信號生成部件、測量部件和調控部件。所述裝置通過測試信號生成部件和調控部件生成輸送到變壓器的繞組和分接轉換器的測試信號。通過測量部件和調控部件，所述裝置能夠在操作分接轉換器期間根據測量信號來確定和/或識別變壓器的電阻值的時間曲線。

根據本發明的裝置的優點基本對應于前面已經詳述的根據本發明的方法的優點，因此此處不再贅述。

根據本發明的實施例，變壓器能夠為多相變壓器，其中對于變壓器的每一相都存在單獨的分接轉換器，所述分接轉換器設計用于(在有載的情況下)改變變壓器的變壓比。因此，根據本發明的實施例，所述裝置設計用于測試多相變壓器或者多項變壓器的分接轉換器。此外，該裝置設計用于通過測試信號生成部件針對變壓器的每一相同時生成各一個測試信號，并且將這些測試信號分別(即分別地將這些測試信號的一個)輸送到分配給各個相的變壓器的繞組或者分配給該繞組的分接轉換器。該裝置能夠借助測量部件和調控部件，根據測試信號確定在操作分接轉換器期間每個繞組的電阻值。

根據本發明的實施例的優點基本對應于前面詳述的根據本發明的方法的對應實施例的優點，因此此處不再贅述。

該裝置尤其包括顯示器，并且所述裝置如此設計，使得該裝置借助調控部件將電阻值或者電阻值的時間曲線顯示在該顯示器上。

通過電阻值的輸出，特別是通過對各個分接轉換器的電阻值的時間重疊的曲線的圖示，使得對所確定的電阻值的解釋相較于現有技術而言得以簡化。由此，最終也使得對分接轉換器的測試得以簡化。

本發明尤其能夠用于測試功率變壓器的分接轉換器。由于本發明還能夠例如用于測試那些并非作為功率變壓器的變壓器的分接轉換器，所以本發明自然并不限于所述優選的應用領域。

下文通過根據本發明的優選實施例并參照附圖對本發明做詳細說明。

圖1中示出操作變壓器的分接轉換器時電流的多條時間曲線。

圖2至圖4中僅示出圖1中所示的時間曲線的一些。

圖5中并非以時間重疊的方式、而是按照時間順序示出操作變壓器的分接轉換器時電流的時間曲線。

圖6中示出連同根據本發明的裝置一起的具有分接轉換器的變壓器。

圖7中示出連同根據本發明的裝置一起的多相變壓器。

圖8中示意性示出根據本發明的裝置。

雖然在下圖中示例性地分別將一個電流既作為測試信號又作為測量變量而示出，但是應當非常注意，根據本發明，還能夠將電壓用作或確定為測試信號，和/或將電壓、電阻、阻抗、功率、能量等用作或確定為測量變量，以根據測量變量確定變壓器的電阻值。

圖1中以時間重疊的方式示出電流的多條時間曲線41、42，其中曲線41、42的每一條是在對變壓器的分接轉換器進行操作的情況下確定的。在此，確定其曲線的電流流經繞組和與該繞組串聯布置的分接轉換器。針對曲線的每條分別示出開始于第一時間點t₀并結束于第二時間點t₁的時間段。其中，第一時間點t₀稍晚于開始操作分接轉換器，并且第二時間點t₁在時間上處于分接轉換器的切換過程結束之后。

如果除電流外，還確定了在一段時間上的加載在繞組上的電壓，那么通過電壓和電流之商就能夠確定電阻值的時間曲線。在此情況下，電阻值的時間曲線能夠如此來時間重疊地圖示，即如圖1(以及圖2至圖4)中所圖示的電流的時間曲線。

在當前情況下，繞組包括11個分接頭或抽頭，如圖6中所更精確地闡釋的，分接轉換器能夠在所述分接頭或抽頭之間切換。用附圖標記41標記的曲線分別示出當分接轉換器向上切換時所確定的十條電流曲線中的一條，由此繞組的有效線圈匝數減少。用附圖標記42標記的曲線以類似的方式分別示出當分接轉換器向下切換時所確定的十條電流曲線中的一條，由此繞組的有效線圈匝數增加。

如圖6所示，存在繞組10的左側的或奇數的分接頭13和右側的或偶數的分接頭12。圖2中通過借助過濾除去在奇數的轉換過程的情況下的電流曲線示出僅在偶數的轉換過程的情況下的電流曲線41、42。其中，偶數的轉換過程于是在切換至偶數的或右側的分接頭12時出現。在此，不僅在向下轉換的情況下，而且在向上轉換的情況下都能夠切換至偶數的或右側的分接頭12。換言之，圖2中用附圖標記41標記的電流曲線示出向下轉換的情況下的5個偶數的轉換過程，而圖2中用附圖標記42標記的電流曲線示出向上轉換的情況下的5個偶數的轉換過程。

相反，圖3中通過借助過濾除去在偶數的轉換過程的情況下的電流曲線示出僅在奇數的轉換過程的情況下的電流曲線41、42。奇數的轉換過程于是在切換至奇數的或左側的分接頭13時出現(參見圖6)。與偶數的轉換過程中類似，在奇數的轉換過程中，不僅在向下轉換的情況下，而且在向上轉換的情況下都能夠切換至奇數的或左側的分接頭13。換言之，圖3中用附圖標記41標記的電流曲線示出向下轉換的情況下的5個奇數的轉換過程，而圖3中用附圖標記42標記的電流曲線示出向上轉換的情況下的5個奇數的轉換過程。

圖4中僅示出在偶數的轉換過程的情況下的十條電流曲線41，使得由于已經過濾掉在奇數的轉換過程(參見圖1)的情況下的十條電流曲線42，所以未示出所述電流曲線42。

圖5中按照時間順序并排示出圖1中的20條電流曲線41、42。其中，電流曲線41、42結束于其的時間點(例如t₃或t₆)就是相鄰所示的時間曲線開始的時間點。換言之，圖5中所示的電流并非以時間重疊的方式示出。

圖6中示出具有分接轉換器20的變壓器6和根據本發明的用于測試分接轉換器20的裝置30。

變壓器6包括具有多個分接頭或抽頭12、13的繞組10。分接轉換器20包括兩個分接選擇器14、15。其中，一個分接選擇器14連接至右側的或偶數的分接頭12中的一個，并且另外的分接選擇器15連接至左側的或奇數的分接頭13。此外，分接轉換器20包括分配給分接頭選擇器15的第一端子21和第一電阻22，以及分配給分接頭選擇器14的第二端子24和第二電阻23。在圖6所示的情況下，電流I在端子11處流入繞組10并且在與分接選擇器15接觸的分接頭13處流出繞組10。

為了現在改變變壓器6的變壓比，分接轉換器20的切換開關25從端子21轉換至端子24。在此，切換開關25在第一步驟中不僅與第一端子21接觸，還與第一電阻22接觸，使得當切換開關25在第二步驟中與第一端子21失去接觸時，電流I流經第一電阻22。在第三步驟中，切換開關25不僅與第一電阻22接觸，還與第二電阻23接觸，使得電流不僅流經第一電阻22，還流經第二電阻23，并且因此不僅流經分接選擇器15和相應的分接頭13，還流經分接選擇器14和相應的分接頭12。如果進一步轉換切換開關25，那么切換開關25在第四步驟中與第一電阻22失去接觸，使得電流I在第四步驟中僅流經第二電阻23和分接選擇器14以及對應的分接頭12。如果進一步轉換切換開關25，那么切換開關25在第五步驟中與第二端子24接觸，使得第二電阻23幾乎短路。電流I流經第二端子24以及分接選擇器14和相關的分接頭12，使得變壓器6的變壓比相應改變。如果進一步轉換切換開關25，那么切換開關25在第六步驟、即最后的步驟中與第二電阻23失去連接，由此，使得用于改變變壓器6的變壓比的分接轉換器20的切換過程或者操作最終結束。

一旦分接選擇器15以無電流的方式(即用第四步驟)切換，則分接選擇器能夠連接至另外的左側的或奇數的分接頭13。為了再次改變變壓器6的變壓比，則以如前所述的相似方式將切換開關25從第二端子24轉換到第一端子21。

為了測試或者為了檢驗分接轉換器20，存在根據本發明的具有電流源31和安培表32的裝置30。流經繞組10和與繞組10串聯連接的分接轉換器20的電流I借助電流源31來產生。流經繞組10和分接轉換器20的電流I的時間曲線尤其是在切換分接轉換器20期間通過根據本發明的裝置30的相應的測量部件9(參見圖8)來確定的。

如果測量部件9(參見圖8)還設計用于確定加載在繞組10上的電壓的時間曲線，那么能夠借助裝置30的調控部件7(參見圖8)通過針對每個時間點將在該時間點處所確定的電壓除以在該時間點處所確定的電流來確定繞組10的電阻值的時間曲線。根據本發明的裝置30于是能夠以時間重疊的方式圖示在分接轉換器20的切換過程期間所確定和識別的電阻值的時間曲線。

圖7中示出包括三相的多相變壓器5，所述相分別具有Y型連接的一個繞組1-3。在此，每相或每個繞組1-3都具有分接轉換器20(圖7中未示出)，以便以前述參照圖6所描述的相同的方式改變變壓器5的變壓比。

為了測試分接轉換器，根據本發明的裝置30產生饋送到遠離星形連接點4的、第一繞組1的端部的第一直流電流I₁和一方面從遠離星形連接點4的、第三繞阻3的端部離開并且另一方面饋送到遠離星形連接點4的、第二繞阻2的端部的第二直流電流I₂。能夠看出，第一直流電流I₁還從星形連接點4向裝置30流出。換言之，饋送到每個繞組1-3的測試信號或直流電流I₁、I₂具有相同的值。

在反復轉換分接轉換器期間確定流經三個繞阻1-3的電阻值的時間曲線以改變多相變壓器5的變壓比。針對每個分接轉換器以時間重疊的方式示出所確定或者識別的多條電阻值曲線以測試分接轉換器的正確操作。

圖8中示意性地示出根據本發明的裝置30的另外的實施例。除作為測試信號生成部件的電流源31外，裝置30還包括調控部件7、顯示器8和測量部件9，通過該測量部件能夠確定或者識別電阻值的時間曲線。所確定或者識別的電阻值的時間曲線以時間重疊的方式示出于顯示器8上。

附圖標記列表

1-3 繞組

4 星形連接點

5 三相交流變壓器

6 變壓器

7 調控部件

8 顯示器

9 測量部件

10 繞組

14、15 分接選擇器