绕组径向压力与频率响应关联性研究平台及其实验方法

技术领域

本发明属于变压器故障模拟技术领域，具体涉及绕组径向压力与频率响应关联性研究平台与试验方法。

背景技术

变压器作为电力系统以及牵引供电系统中的核心设备之一，其稳定性和可靠性关系到整个系统的正常运行，短路故障是变压器最为常见的故障，当变压器发生短路故障时，绕组在短路电流和内部磁场的作用下会产生很大的电磁力，会导致绕组产生机械变形，最终破坏变压器。

变压器绕组可以看成无源二端口网络，其可用分布电感、电阻、电容来表征，当这些参数发生变化时，绕组首末端的频率响应就会产生变化，而短路冲击不会立即造成破坏性故障，会发生微小变形，并且这种变形有累积效应，这会逐渐导致绕组等值电感、电阻、电容变化，因此现场测试中可通过测量绕组频率响应变化程度来检测变压器绕组变形程度。

目前，研究绕组频率响应，通常需要对绕组造成机械变形，该方法无法研究绕组在变形早期，即发生微小变形时绕组频率响应的变化趋势，及其与径向受力之间的定量关系。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出绕组径向压力与频率响应关联性研究平台与试验方法，以探究变压器绕组在承受不同的径向力时阻抗的变化情况，其具有操作方便、灵敏度高等特点，能够有效地研究径向力与绕组频率响应曲线的变化关系，从而为实际工程提供参考。

本发明采用的技术解决方案是：

绕组径向压力与频率响应关联性研究平台，主要由箱体9、置于箱体9内的固定台8上的可变径内支撑体、绕组6、套管10、箱体9、频响测试仪13、计算机14和卷绕在可变径内支撑体上的绕组6组成；绕组6通过套管10引出箱体外，并与频响测试仪13电气连接，计算机14控制频响测试仪13完成当前压力下的绕组频响测量；所述可变径内支撑体置于箱体9内的固定台上8；由线饼叠放形成的饼式环状结构的绕组6卷绕在可变径内支撑体上，线饼之间串联，绕组6首末端通过套管10接出箱体9。

可变径内支撑体的筒状的支撑筒3立于固定台8上，支撑筒3竖向具有分布在不同水平面的径向撑杆机构，各径向撑杆机构由垂直分布在不同平面的两个撑杆组构成；各撑杆组具有两个具有相向齿条段的径向撑杆，径向撑杆的一端为齿条段，其另一端与支撑弧面4联接；支撑弧面4由四个四分之一圆周的圆柱筒侧壁构成，四个四分之一圆周的圆柱筒侧壁分别与同水平面的径向撑杆机构的四个径向撑杆的端头联接；顶端具有旋盘11的条形齿轮1置于固定台8的中心上，条形齿轮1穿过各径向撑杆机构，与各径向撑杆的齿条段啮合，旋动旋盘11使条形齿轮1带动各径向撑杆穿过支撑筒3作径向运动，改变支撑弧面的径向位置；

支撑弧面4采用铝板以模拟铁心的高频电容效应，支撑弧面4与绕组6之间设置环氧树脂材料模拟绝缘层5，绕组6与环氧树脂材料模拟绝缘层5之间放置有压力传感器15，压力传感器15与显示模块12连接。

条形齿轮1与径向撑杆(211、212、221、222)采用钢质材料，其末端设置有齿轮，径向撑杆(211、212、221、222)置于支撑筒3上，支撑筒3为圆筒形，内部由若干个支撑面组成，支撑面上开有固定槽，径向撑杆(211、212)与径向撑杆(221、222)上下错开嵌于两个支撑面的固定槽内。

所述的支撑弧面4采用铝板，模拟铁心的高频电容效应，每个支撑弧面4大小为1/4圆弧，每个支撑弧面4与一根径向撑杆(211、212、221、222)连接。环氧树脂材料模拟绝缘层)的结构与支撑弧面4相似，亦由四个四分之一圆周的圆柱筒侧壁构成。

本发明通过旋转最顶部的旋盘，对条形齿轮施加应力，条形齿轮带动支撑筒上的若干个径向撑杆径向移动，通过与径向撑杆连接的支撑弧面对绕组施加径向压力，并通过支撑弧面上的压力传感器得出所受径向压力的大小，以及外部的频响测试仪得出不同径向压力下的绕组阻抗大小。

本发明的目的还在于为上述研究平台提供一种绕组径向压力与频率响应关联性试验方法，包括如下步骤：

1)绕组6通过套管10与频响测试仪13连接，频响测试仪13与计算机14连接；

2)转动旋盘11带动径向撑杆径向移动，使绕组6径向受力，通过显示模块12读取压力大小；

3)固定住旋盘11，通过计算机14控制频响测试仪13进行当前压力下的绕组频响测量；

4)重复步骤1和2，统计得到不同压力下的绕组频率响曲线，并计算相关系数进行分析。

基于本发明平台和试验方法能够模拟测量不同径向压力下的绕组频率响应。

附图说明

图1为本发明实施例的总体结构示意图；

图2为本发明实施例的条形齿轮与径向撑杆和支撑筒关系图；

图3为本发明实施例的可变径内支撑体俯视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示，绕组径向压力与频率响应关联性研究平台与试验方法，主要包括：可变径内支撑体、绕组6、套管10、箱体9、频响测试仪13、计算机14。箱体9内放置有可变径内支撑体，绕组6卷绕在可变径内支撑体上，并置于固定台上8，绕组6为饼式绕组，线饼之间串联并通过垫块7支撑，绕组6首末端通过套管9接出箱体8；可变径内支撑体是一种径向压力可调的装置，由旋盘11、条形齿轮1、若干个径向撑杆(211、212、221、222)及支撑弧面4组成，径向撑杆(211、212、221、222)末端通过齿轮与条形齿轮1作用；径向撑杆(211、212、221、222)与支撑弧面4连接，绕组6卷绕在绕组环氧树脂材料模拟绝缘层5上，绕组6与环氧树脂材料模拟绝缘层5之间放置有压力传感器15，通过旋盘11控制条形齿轮1旋转可使径向撑杆(211、212、221、222)径向移动，通过显示模块12显示压力传感器15上的压力信号。

图2为条形齿轮与径向撑杆和支撑筒关系图，所述的条形齿轮1与径向撑杆(211、212、221、222)采用钢质材料，其末端设置有齿轮，径向撑杆(211、212、221、222)置于支撑筒3上，支撑筒3为圆筒形，内部由若干个支撑面组成，支撑面上开有固定槽，径向撑杆(211、212)与径向撑杆(221、222)上下错开嵌于两个支撑面的固定槽内，径向撑杆(211、212、221、222)可与条形齿轮1配合在支撑筒3上作径向移动。

图3为可变径内支撑体俯视图，径向撑杆(211、212、221、222)另一端连接支撑弧面4，所述的支撑弧面4采用铝板，模拟铁心的高频电容效应，每个支撑弧面4大小为1/4圆弧，每个支撑弧面4与一根径向撑杆(211、212、221、222)连接，条形齿轮由最顶部的旋盘11控制旋转，当对旋盘11施加应力时，条形齿轮1带动支撑筒3上的若干个径向撑杆(211、212、221、222)径向移动，通过与径向撑杆(211、212、221、222)连接的支撑弧面4对绕组6施加径向压力，并通过支撑弧面4上的压力传感器15在显示模块上得出不同径向所受压力的大小，通过计算机14控制外部的频响测试仪13测量得出不同径向压力下的绕组频率响应。

本发明在使用时，主要步骤如下：

1)绕组6通过套管10与频响测试仪13连接，频响测试仪13与计算机14连接；

2)转动旋盘11带动径向撑杆(211、212、221、222)径向移动，使绕组6径向受力，通过显示模块12读取压力大小；

3)固定住旋盘11，通过计算机14控制频响测试仪13进行当前压力下的绕组频响测量；

4)重复步骤1和2，统计得出绕组平均受力大小与对应情况下的绕组频率响应曲线，并计算曲线相关系数进行比较。