本發(fā)明屬于電力設(shè)備材質(zhì)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成部分，而配電變壓器在配電系統(tǒng)中承擔(dān)著電壓變換、電能分配和轉(zhuǎn)移的重要任務(wù)，因此其能否安全可靠運行對保障配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重大意義。由于銅具有優(yōu)良的機械性能和電氣性能，因此是傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料，也是變壓器繞組的主要來源。但是，由于世界上銅的市場價格較高，促使不法商販利用鋁導(dǎo)線來冒充銅導(dǎo)線或者在銅導(dǎo)線中摻入鋁。由于鋁導(dǎo)線熔點較低、導(dǎo)電性差、抗短路能力弱、機械強度小并且其焊接難度非常大，這往往會對變壓器的安全運行產(chǎn)生很大的影響。因此，必須遏制不法商販以鋁充銅的行為。要遏制這種行為首先要能有效經(jīng)濟地檢測出配電變壓器材料是否含有鋁，為此，將配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測技術(shù)作為國家電網(wǎng)公司的一項重要研究內(nèi)容，以保障我國電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行，有著重要的意義。

由于利用鋁繞組和銅繞組的電氣性能非常相近，因此很難在不損壞配電變壓器的條件下區(qū)分出變壓器的繞組材質(zhì)，另外，大部分廠家生產(chǎn)的配電變壓器的繞組是經(jīng)過烤漆處理的，這使得對其區(qū)分難度更大，這也是為什么大部分變壓器是在其繞組燒斷后才得以了解其繞組材質(zhì)的原因。而配電變壓器的售價非常高，因此如果對其進行破壞性的檢測將會產(chǎn)生非常大的經(jīng)濟代價。而在理論上可以用銅和鋁在傳熱性能、導(dǎo)電性以及質(zhì)量等特性上對配電變壓器的繞組材質(zhì)進行區(qū)分的。

無損檢測技術(shù)，因其能夠在不破壞被測對象內(nèi)部結(jié)構(gòu)和保證實用性能的前提下，對被測對象內(nèi)部或表面的物理性能、狀態(tài)特性進行檢測，并判斷被測對象是否合格，而具有很強的應(yīng)用性。目前，國際上較為成熟的無損檢測方法主要以材料電磁性能的變化作為判斷依據(jù)。對材料及構(gòu)件實施缺陷檢測和性能測試的一類方法統(tǒng)稱為電磁檢測技術(shù)。這種檢測技術(shù)以電磁基本原理為理論基礎(chǔ)，主要包括渦流法、磁粉法、漏磁法、微波法、電流擾動法、巴克豪森噪聲法、磁記憶法、太赫茲法、電磁超聲法和渦流熱成像法等。航空、航天、鐵路、核電、新材料等領(lǐng)域的快速發(fā)展為無損檢測既提供了很好的機遇，同時也提出了極大的挑戰(zhàn)。放眼國內(nèi)外，瞬態(tài)式電磁檢測技術(shù)是最具發(fā)展前景的一類無損檢測技術(shù)，具有檢測速度快、深度大、靈敏度高、頻譜寬、易定量等優(yōu)勢，在金屬和復(fù)合材料的檢測評估中扮演著非常重要的角色。但目前尚未發(fā)現(xiàn)配電變壓器繞組材質(zhì)的無損檢測方法及裝置方面的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測裝置及方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測裝置包括：采集傳感器、信號調(diào)理電路、信號采集卡、檢測計算機、檢測控制器、放電回路和電源模塊；其中：采集傳感器依次通過信號調(diào)理電路和信號采集卡與檢測計算機連接，檢測計算機與檢測控制器連接，檢測控制器分別與放電回路和電源模塊連接，采集傳感器、放電回路和電源模塊分別與待測變壓器連接。

所述的采集傳感器由多個霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和溫度傳感器組成，嵌入在變壓器繞組內(nèi)部。

所述的信號調(diào)理電路為多路模擬信號濾波整形電路。

所述的信號采集卡為多路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。

所述的檢測計算機為一臺檢測專用微型計算機。

所述的檢測控制器為由單片機構(gòu)成的微控制器電路，其通過RS232串口與檢測計算機連接。

所述的電源模塊為可控直流電源，采用蓄電池。

本發(fā)明提供的利用配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測裝置的無損檢測方法包括按順序執(zhí)行的下列步驟：

步驟1)利用采集傳感器上的多個霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和溫度傳感器分別采集待測變壓器繞組上各采樣點的模擬電壓、電流及溫度信號，然后傳送給信號調(diào)理電路，由信號調(diào)理電路對上述信號進行濾波調(diào)理，然后傳送給信號采集卡；之后由信號采集卡將上述信號調(diào)理電路傳送的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳送給檢測計算機；

步驟2)檢測計算機利用信號采集卡傳送的電壓、電流值計算出不同溫度下的電阻值R，然后利用某一采樣點任意兩個不同溫度及該溫度下的電阻值R采用下式計算出該采樣點的一個電阻溫度系數(shù)Ki：

$Ki=\frac{R_{\mathrm{\θ}}t-R_t\mathrm{\θ}}{R_t-R_{\mathrm{\θ}}}$

式中，R_θ為環(huán)境溫度為θ℃時的繞組電阻值；R_t為環(huán)境溫度為t℃時的繞組電阻值；

改變溫度并重復(fù)上述計算而得到一系列某一采樣點的電阻溫度系數(shù)Ki。

步驟3)利用下式對上述各采樣點的所有電阻溫度系數(shù)Ki進行平均加權(quán)處理，由此獲得待測變壓器上繞組的電阻溫度系數(shù)K：

$K=\frac{A_1}{A_1+A_2+...A_{n-1}}{K}_1+\frac{A_2}{A_1+A_2+...A_{n-1}}{K}_2+...+\frac{A_n}{A_1+A_2+...A_{n-1}}{K}_n,(n=2,3,4...)$

其中，

步驟4)檢測計算機參照其內(nèi)部預(yù)先存儲的標(biāo)準(zhǔn)銅的電阻溫度系數(shù)K_銅和標(biāo)準(zhǔn)鋁的電阻溫度系數(shù)K_鋁對上述計算出的電阻溫度系數(shù)K進行判別，如果228≦K≦235，則判定出待測變壓器上繞組的材質(zhì)為純銅；如果217≦K≦224，則判定出待測變壓器上繞組的材質(zhì)為鋁或含鋁較多；

步驟5)檢測計算機將上述判定結(jié)果進行存儲，以供有關(guān)人員進行分析。

本發(fā)明提供的配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測裝置及方法的有益效果：

可方便變電運維人員對變壓器繞組材質(zhì)進行檢測并實現(xiàn)無損測量，防止不法供應(yīng)商以鋁充銅，確保入網(wǎng)配電變壓器產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明成果應(yīng)用后，一方面可提高配電變壓器的壽命和穩(wěn)定性，進一步可全面推廣覆蓋國家電網(wǎng)配電網(wǎng)系統(tǒng)的配電變壓器準(zhǔn)入檢測工作，直接和間接效益明顯。一方面，可有效提高變電運維人員的工作效率及管理水平。另一方面，可以及早發(fā)現(xiàn)問題，提高供電可靠性，從根本上保證了電網(wǎng)安全、可靠運行，經(jīng)濟效益顯著。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明提供的配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測方法流程圖。

圖3為本發(fā)明中某變壓器高壓側(cè)繞組電阻隨溫度變化理論曲線。

圖4為某變壓器高壓繞組溫度自然降溫曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測裝置及方法進行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測裝置包括：

采集傳感器1、信號調(diào)理電路2、信號采集卡3、檢測計算機4、檢測控制器5、放電回路6和電源模塊7；其中：采集傳感器1依次通過信號調(diào)理電路2和信號采集卡3與檢測計算機4連接，檢測計算機4與檢測控制器5連接，檢測控制器5分別與放電回路6和電源模塊7連接，采集傳感器1、放電回路6和電源模塊7分別與待測變壓器8連接。

采集傳感器1由多個霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和溫度傳感器組成，其安裝位置可根據(jù)被測變壓器8的繞組特點，選擇合適位置嵌入在變壓器繞組內(nèi)部，用于采集待測變壓器8繞組上各采樣點的電壓信號、電流信號和溫度信號；

信號調(diào)理電路2為多路模擬信號濾波整形電路，用于對采集傳感器1的輸出信號進行濾波調(diào)理，然后傳送給信號采集卡3；

信號采集卡3為多路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于將信號調(diào)理電路2傳送的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，采用NI公司的高精度多路同步數(shù)據(jù)采集卡，然后傳送給檢測計算機4；

檢測計算機4為一臺檢測專用微型計算機，其上運行由LabVIEW軟件和G語言程序構(gòu)成的檢測控制程序，用于對信號采集卡3傳送的數(shù)字信號進行數(shù)值計算和保存，并在顯示器上顯示出諸如電壓、電流、溫度以及銅、鋁含量的百分比在內(nèi)的測試結(jié)果，以方便判斷和記錄；

檢測控制器5為由單片機構(gòu)成的微控制器電路，其通過RS232串口與檢測計算機4連接，用于根據(jù)檢測計算機4的命令，控制放電回路6和電源模塊7完成自動測試的工作；

放電回路6用于釋放變壓器停運后，冷卻油流動、摩擦以及變壓器運行中非正弦分量產(chǎn)生的諧波或其他干擾電源產(chǎn)生的剩余電荷。避免因上述原因?qū)е轮绷麟娮铚y量時的無規(guī)律變化；

電源模塊7為可控直流電源，采用蓄電池，由于直流電源輸出電壓存在波動，這樣會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用電源模塊7能夠顯著降低輸出電流的紋波。

如圖2所示，本發(fā)明提供的配電變壓器繞組材質(zhì)無損檢測裝置所采用的方法包括按順序執(zhí)行的下列步驟：

步驟1)利用采集傳感器1上的多個霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器和溫度傳感器分別采集待測變壓器8繞組上各采樣點的模擬電壓、電流及溫度信號，然后傳送給信號調(diào)理電路2，由信號調(diào)理電路2對上述信號進行濾波調(diào)理，然后傳送給信號采集卡3；之后由信號采集卡3將上述信號調(diào)理電路2傳送的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳送給檢測計算機4；

步驟2)檢測計算機4利用信號采集卡3傳送的電壓、電流值計算出不同溫度下的電阻值R，然后利用某一采樣點任意兩個不同溫度及該溫度下的電阻值R采用下式計算出該采樣點的一個電阻溫度系數(shù)Ki：

$Ki=\frac{R_{\mathrm{\θ}}t-R_t\mathrm{\θ}}{R_t-R_{\mathrm{\θ}}}$

式中，R_θ為環(huán)境溫度為θ℃時的繞組電阻值；R_t為環(huán)境溫度為t℃時的繞組電阻值；

改變溫度并重復(fù)上述計算而得到一系列某一采樣點的電阻溫度系數(shù)Ki。

步驟3)利用下式對上述各采樣點的所有電阻溫度系數(shù)Ki進行平均加權(quán)處理，由此獲得待測變壓器8上繞組的電阻溫度系數(shù)K：

$K=\frac{A_1}{A_1+A_2+...A_{n-1}}{K}_1+\frac{A_2}{A_1+A_2+...A_{n-1}}{K}_2+...+\frac{A_n}{A_1+A_2+...A_{n-1}}{K}_n,(n=2,3,4...)$

其中，

對離散點的電阻溫度系數(shù)進行逐項平均加權(quán)，可以消除異方差對參數(shù)估計的影響。

步驟4)檢測計算機4參照其內(nèi)部預(yù)先存儲的標(biāo)準(zhǔn)銅的電阻溫度系數(shù)K_銅和標(biāo)準(zhǔn)鋁的電阻溫度系數(shù)K_鋁對上述計算出的電阻溫度系數(shù)K進行判別，如果228≦K≦235，則判定出待測變壓器8上繞組的材質(zhì)為純銅；如果217≦K≦224，則判定出待測變壓器8上繞組的材質(zhì)為鋁或含鋁較多；

步驟5)檢測計算機4將上述判定結(jié)果進行存儲，以供有關(guān)人員進行分析。

實施例：

圖3為本發(fā)明某變壓器高壓側(cè)繞組電阻隨溫度變化理論曲線，但在實際測試中，受實際測試環(huán)節(jié)測試儀器和人為操作等因素影響，實際測試的曲線將不會為線性變化，例如圖4為某變壓器高壓繞組溫度自然降溫曲線。在分析實測數(shù)據(jù)時，可以利用本發(fā)明中所提出的方法做如下處理。

根據(jù)各已知電阻值求得各溫度系數(shù)，對各溫度系數(shù)進行震蕩衰減排列，K下標(biāo)為奇數(shù)次時，為最大值的降序排列；K下標(biāo)為偶數(shù)次時，為最小值的降序排列即：最大值為K₁，最小值為K₂，第二大值為K₃，第二小值為K₄，以此類推。

K₁＝250,K₂＝215,K₃＝245,K₄＝220,K₅＝240,K₆＝225,K₇＝235,K₈＝234

A₁＝0.143,A₂＝0.167,A₃＝0.200,A₄＝0.250,A₅＝0.333,A₆＝0.500,A₇＝5.000

$K=\frac{215\×0.143+245\×0.167+220\×0.200+240\×0.250+225\×0.333+255\×0.500+234\×5.000}{6.593}$

計算求得K＝233.285，由此可判定，該繞組材質(zhì)為銅。