一種配變繞組材質(zhì)鑒別的方法
【專利摘要】一種配變繞組材質(zhì)鑒別的方法，從配變的設計角度出發(fā)，通過獲取待檢配變的基本材料參數(shù)，并通過設計演算，將得到的配變計算數(shù)據(jù)與銘牌數(shù)據(jù)或?qū)崪y數(shù)據(jù)進行對比，若兩者偏差達到條件值，則判斷該配變繞組為鋁材質(zhì)；其中，條件值為：電流密度小于1.5A/mm2，負載損耗超出標準值或銘牌值5％，短路阻抗偏差超過10％，空載損耗超出標準值或銘牌值5％，空載電流超出標準值或銘牌值5％，外觀尺寸偏差超過8％，重量偏差超過10％。通過本發(fā)明，可以方便、快捷、準確地鑒別配變的繞組材質(zhì)。
【專利說明】一種配變繞組材質(zhì)鑒別的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于供配電領域，尤其適用于配變的質(zhì)量檢測。

【背景技術】
[0002] 隨著銅導線價格的攀升，變壓器制造成本日益增加，受競標和市場壓力，配變生產(chǎn) 廠商的利潤逐漸萎縮。受價格利益的驅(qū)動，目前市場上出現(xiàn)很多以鋁繞組冒充銅繞組的現(xiàn) 象，具體表現(xiàn)為全鋁配變（高低壓繞組全為鋁導線）、半銅半鋁配變（僅一側(cè)繞組為鋁導 線）和銅包鋁配變。以鋁充銅配變的出現(xiàn)，讓造假配變生產(chǎn)商在招標中通過不正當競爭獲 取利益，嚴重擾亂了正常的配變市場，同時給采購方和運行方帶來了巨大經(jīng)濟損失。
[0003] 由于銅鋁導線在性能上的差異，使得以鋁充銅配變的標稱性能或潛在能力往往不 達標，常表現(xiàn)為重量減小、體積增大、容量降低、直流電阻增大、損耗增加、溫升升高、抗短路 能力下降等，所以目前配變繞組材質(zhì)鑒別的方法多為通過試驗判斷，對試驗不合格或懷疑 以鋁代銅的配變解體檢查。
[0004] 但這種鑒別方法存在不足，僅根據(jù)配變性能測試結果判斷繞組材質(zhì)易出現(xiàn)誤判。 對于標準性能，如損耗、直流電阻等，配變廠商可能進行改進設計或按照正規(guī)鋁配變進行設 計、生產(chǎn)和貼牌；對于非標性能，如重量、體積等，因各個廠商采用的材料參數(shù)不同，沒有標 準的變壓器進行比對，無法統(tǒng)一進行比較判定。另外配變性能測試所需儀器多、時間長，還 需要大量專業(yè)的技術人員，成本高、風險大、恢復困難，驗收方一般不愿意解體。因此需要一 種方便、快捷、準確的配變繞組鑒別方法。
[0005] 基于上述配變繞組材質(zhì)鑒別困難的問題，本發(fā)明提出從配變的設計出發(fā)，通過對 待檢配變演算以進行繞組材質(zhì)鑒別，并通過技術手段予以實現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決當前配變繞組材質(zhì)鑒別困難的問題，提供一種方便、快捷、 準確的配變繞組材質(zhì)鑒別方法。
[0007] 本發(fā)明是通過下列技術方案來實現(xiàn)的：
[0008] 一種配變繞組材質(zhì)鑒別的方法，本發(fā)明特征在于，從配變的設計角度出發(fā)，通過獲 取待檢配變的基本材料參數(shù)，并通過設計演算，將得到的配變計算數(shù)據(jù)與銘牌數(shù)據(jù)或?qū)崪y 數(shù)據(jù)進行對比，若兩者偏差達到條件值，則判斷該配變繞組為鋁材質(zhì)；其中，條件值分別為： 電流密度小于I. 5A/mm2,負載損耗超出標準值或銘牌值5%，短路阻抗偏差超過10%，空載 損耗超出標準值或銘牌值5 %，空載電流超出標準值或銘牌值5 %，外觀尺寸偏差超過8 %， 重量偏差超過10%。
[0009] 本發(fā)明所述配變基本材料參數(shù)，包括但不局限于導線規(guī)格、線圈匝數(shù)和層數(shù)，鐵芯 直徑和截面形狀。
[0010] 本發(fā)明所述配變計算數(shù)據(jù)，包括但不局限于電流密度、負載損耗、短路阻抗、空載 損耗、空載電流、溫升、外觀尺寸、重量數(shù)據(jù)。
[0011] 本發(fā)明當多個判據(jù)綜合判斷時，條件值包括但不局限于所述條件值。
[0012] 如果計算所得的電流密度小于I. 5A/mm2,則可判定該導線為鋁材質(zhì)。
[0013] 如果計算所得的負載損耗超出標準要求值、或大于銘牌值5%，短路阻抗超出標準 要求范圍、或偏差大于銘牌值的10%，則可認為該配變繞組材質(zhì)為鋁。
[0014] 如果計算所得空載損耗和空載電流超出標準要求值、或大于銘牌值5%，則可認為 該配變繞組材質(zhì)為鋁。
[0015] 如果計算所得溫升超出標準要求值，則可認為該配變繞組材質(zhì)為鋁。
[0016] 如果計算所得外觀尺寸與銘牌值或?qū)嶋H測量值相差超過8%，則可認為該配變繞 組材質(zhì)為鋁。
[0017] 如果計算所得的重量與銘牌值或?qū)嶋H測量值相差超過10%，則可認為該配變繞組 材質(zhì)為鋁。
[0018] 綜上所述，為提高判斷的準確度，在實際配變繞組材質(zhì)鑒別時應結合本發(fā)明中的 判斷方法綜合判斷。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 1.配變生產(chǎn)者難以造假，不管是數(shù)據(jù)造假還是材料造假，結果都會使配變的計算 參數(shù)和實際參數(shù)難以對應。
[0021] 2.本發(fā)明所述方法無需大量人力、物力即可完成，時間短，準確性高。
[0022] 3本發(fā)明可為配變采購方或驗收方提供方便、準確的配變繞組材質(zhì)鑒別方法，防止 用戶受騙，降低用戶損失。
[0023] 4.本發(fā)明是一種有效的配變繞組鑒別方法，具有方便、快捷、準確等顯著優(yōu)點。
[0024] 下面結合附圖及實例進一步闡述
【發(fā)明內(nèi)容】
。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1繞組尺寸及鐵芯尺寸計算流程圖；
[0026] 圖2導線參數(shù)及負載特性計算判斷流程圖；
[0027] 圖3空載特性計算判斷流程圖；
[0028] 圖4配變外觀尺寸計算判斷流程圖；
[0029] 圖5配變溫升計算判斷流程圖；
[0030] 圖6配變重量計算判斷流程圖。

【具體實施方式】
[0031] 一種配變繞組材質(zhì)鑒別的方法，本發(fā)明特征在于，從配變的設計角度出發(fā)，通過獲 取待檢配變的基本材料參數(shù)，并通過設計演算，將得到的配變計算數(shù)據(jù)與銘牌數(shù)據(jù)或?qū)崪y 數(shù)據(jù)進行對比，若兩者偏差達到條件值，則判斷該配變繞組為鋁材質(zhì)；其中，條件值分別為： 電流密度小于I. 5A/mm2,負載損耗超出標準值或銘牌值5%，短路阻抗偏差超過10%，空載 損耗超出標準值或銘牌值5 %，空載電流超出標準值或銘牌值5 %，外觀尺寸偏差超過8 %， 重量偏差超過10%。
[0032] 本發(fā)明所述配變基本材料參數(shù)，包括但不局限于導線規(guī)格、線圈匝數(shù)和層數(shù)，鐵芯 直徑和截面形狀。
[0033] 本發(fā)明所述配變計算數(shù)據(jù)，包括但不局限于電流密度、負載損耗、短路阻抗、空載 損耗、空載電流、溫升、外觀尺寸、重量數(shù)據(jù)。
[0034] 本發(fā)明當多個判據(jù)綜合判斷時，條件值包括但不局限于所述條件值。
[0035] 如果計算所得的電流密度小于I. 5A/mm2,則可判定該導線為鋁材質(zhì)。
[0036] 如果計算所得的負載損耗超出標準要求值、或大于銘牌值5%，短路阻抗超出標準 要求范圍、或偏差大于銘牌值的10%，則可認為該配變繞組材質(zhì)為鋁。
[0037] 如果計算所得空載損耗和空載電流超出標準要求值、或大于銘牌值5%，則可認為 該配變繞組材質(zhì)為鋁。
[0038] 如果計算所得溫升超出標準要求值，則可認為該配變繞組材質(zhì)為鋁。
[0039] 如果計算所得外觀尺寸與銘牌值或?qū)嶋H測量值相差超過8%，則可認為該配變繞 組材質(zhì)為鋁。
[0040] 如果計算所得的重量與銘牌值或?qū)嶋H測量值相差超過10%，則可認為該配變繞組 材質(zhì)為鋁。
[0041] 綜上所述，為提高判斷的準確度，在實際配變繞組材質(zhì)鑒別時應結合本發(fā)明中的 判斷方法綜合判斷。
[0042] 銅的電阻率（75°C)為 2. 135XKT6Ω/cm，鋁的電阻率（75°C)為 3. 44XKT6Ω/ cm;銅的密度是8. 96g/cm3,鋁的密度是2. 70g/cm3。銅和鋁金屬的性能差異大，因此采用銅 和鋁導線的配變在外觀和性能上將存在差異。
[0043] 一般配變廠商會根據(jù)市場適時更改鐵芯及繞組數(shù)據(jù)，當采用鋁材繞組時，為保證 配變?nèi)萘繚M足要求，需要增加鐵芯硅鋼片，但是硅鋼片的增加必然引起空載損耗增大；為保 證容量及損耗滿足要求，需要減小鐵芯截面，增加線圈匝數(shù)，為保證直流電阻滿足要求，還 需要增大鋁導線截面積，由于鋁密度小，配變將變"大"、變"輕"。因此，假設配變繞組以相 同的鋁導線替換銅導線，那么配變的容量會降低，空載損耗和負載損耗變大；假設容量、線 圈電阻、損耗都滿足要求，配變繞組以鋁代銅后體積增加，重量減小。
[0044] 當在招標或購置配變時要求配變生產(chǎn)者提供所購配變的導線規(guī)格、線圈參數(shù)及鐵 芯規(guī)格，根據(jù)配變的設計原則和經(jīng)驗公式，推演出既定條件下的配變參數(shù)。假設計算出配變 參數(shù)參數(shù)與銘牌或?qū)嶋H測量參數(shù)有較大差異，則可認為該配變的繞組材質(zhì)為鋁。
[0045] 下面以三相三柱、雙繞組、層式線圈、油浸式配變?yōu)槔?br> [0046] 1.獲取配變參數(shù)
[0047] 在配變購買或招標時，除去常規(guī)的技術參數(shù)要求外，要求配變生產(chǎn)廠家標出配變 所用導線的長和寬、線圈匝數(shù)和層數(shù)、鐵芯直徑及截面形狀等基本材料參數(shù)。
[0048] 2.繞組尺寸計算
[0049] 如圖1所示，根據(jù)獲取到的導線規(guī)格、繞組參數(shù)，計算出配變繞組尺寸。
[0050] 繞組高度：? =bXnX(ni+D+b+δ，H1為繞組高度（mm) ;b為帶絕緣的導線直徑 或?qū)挾龋╩m) %為每層匝數(shù)；δ為繞制裕度（_)，查表可得；
[0051] 繞組厚度：Bx=aXn'Xn/ +δ汴δ2,BxS繞組福向厚度（mm) ;a為帶絕緣的導線 直徑或厚度（mm) ;n'為油道一側(cè)的線圈層數(shù)；δ 層間絕緣總厚（_)，查表可得；δ2為幅 向繞制裕度（_)，查表可得；
[0052] 3.鐵芯尺寸計算
[0053] 如圖1所示，根據(jù)獲取到的鐵芯規(guī)格和計算所得的繞組尺寸，計算出配變的鐵芯 尺寸。
[0054] 根據(jù)經(jīng)驗公式，計算鐵芯直徑：D=/^^7,D為鐵芯直徑尺寸（cm) ;P'為每柱容量 (kVA) ;K為經(jīng)驗系數(shù)，查表可得。
[0055] 線圈每匝電壓5 =$' ％為線圈每匝電壓（V) ;U#線圈相電壓；W為繞組匝數(shù)。
[0056] 磁通密度：B為磁通密度（千高斯）；At為鐵芯截面積（cm2)，根據(jù)鐵芯直 徑查表可得。
[0057] 計算所得鐵芯直徑和磁通密度可以用來校核廠方所標數(shù)據(jù)準確性，假設計算直徑 和磁通密度與鐵芯材料不符，則可認為廠方所標鐵芯數(shù)據(jù)不正確，要求生產(chǎn)者準確提供。
[0058] 鐵芯中心距：Mtl=(RJδ3+BxD+δ4+BxC)X2+E，Mtl為兩鐵芯中心距（mm);Ri為鐵 芯半徑（mm) ;δ3低壓線圈對鐵芯的距離（mm)，查表可得；Bxd為低壓線圈幅向厚度（mm); S4為高低壓線圈間距離（mm)，查表可得；Bxe為高壓線圈幅向厚度總厚（mm) ;E為相間距離 (mm)，查表可得；
[0059] 鐵芯窗高：Htl=HAHdEjH3+δ5，HQ為窗高（mm);Hi為繞組總高（mm)出2為墊塊被 壓縮后總高（mm) ;EX為靜電板與靠靜電板的油道之和（mm) ;H3為壓板厚度（mm) ;δ5為壓板 至上鐵軛的空隙（mm)，查表可得；
[0060] 4.導線參數(shù)計算
[0061] 如圖2所示，根據(jù)獲取到的導線規(guī)格和計算所得的繞組尺寸，計算出導線的相關 參數(shù)。
[0062] 電流密度：=j為電流密度（A/mm2)，、為相電流（A)，AxS導線總截面積 (mm2)。計算所得的電流密度可以初步判斷導線材質(zhì)，如果電流密度小于1.5A/mm2,則可判 定該導線為鋁材質(zhì)。
[0063] 導線總長：Lm= 2πRxWm，Lm為導線總長（m);R 線圈平均半徑（m) ;WmS最大分 接是線圈總匝數(shù)。
[0064] 裸導線重量：GX=SLniAxgXKT3,Gx為裸導線重量（kg) ;AX為導線截面積（mm2);g 為導線密度（g/cm3);
[0065] 線圈直流電阻：Rm為導線75°C時直流電阻（Ω) ;LN為額定分接時 的導線長（m) ;AX為導線截面積（mm2);P^為導線在75°C是的電阻系數(shù)（QmmVm)。
[0066] 5.負載損耗及短路阻抗計算
[0067] 如圖2所示，根據(jù)計算所得的線圈電阻和繞組尺寸，計算出配變的負載損耗及短 路阻抗。
[0068] 線圈電阻損耗：PX= 31 /R75^匕為線圈電阻損耗（W) ;1 8為相電流（m) ;R75c為線 圈75°C時的直流電阻（Ω);
[0069] 層式線圈附加損耗：尚無準確計算方法，根據(jù)經(jīng)驗，目前按容量在50kVA以下的變 壓器按線圈電阻損耗3%計，容量在63kVA?630kVA的變壓器按線圈電阻損耗的5%計。電 阻損耗加上附加損耗即為配變的負載損耗。
[0070] 短路阻抗：》k =%/^：%，Uk為短路阻抗；U^為短路阻抗電阻分量；Ukxs短路阻 抗電抗分量。
[0071] 短路阻抗電阻分量：^為短路阻抗電阻分量；Pk為75°C的負載損耗 (W) ;PN為額定容量（kVA)。
[0072] 短路阻抗電抗分量：^ =49'6&?ΡΧ%，Ukj^短路阻抗電抗分量；f為頻率（Hz); I為額定電流（A) ;W為主分接時的總匝數(shù)；et為每匝電勢（V/匝）；H為線圈平均電抗高度； P為洛氏系數(shù)；K為附加電抗系數(shù)，查表可得。其中：Σ/? = |(郵+￥) + ￥〗2, &1、&2為內(nèi)外線 圈的厚度（cm) ;ri、r2S內(nèi)外線圈的平均半徑（cm) ;a12為漏磁空道的厚度（cm) ;r12為漏磁 空道的平均半徑（cm)。
[0073] 如果計算所得配變的負載損耗超出標準要求值、或大于銘牌值5%，短路阻抗超出 標準要求范圍、或偏差大于銘牌值的10%，則可認為該配變繞組材質(zhì)為鋁。
[0074] 6.空載損耗及空載電流計算
[0075] 如圖3所示，根據(jù)計算所得的鐵芯尺寸，計算出配變的空載損耗及空載電流。
[0076] 鐵芯心柱重量：GF1= 3γHtlAtXKT4,鐵芯鐵軛重量：GF2= 4γΜQAeX10_4+GQ，Gfi為 心柱的重量（kg) ;GF2為鐵軛的重量（kg) ;γ為硅鋼片密度（g/cm3) 為窗高（mm) ;MQ為 兩鐵芯中心距（mm) ;At為鐵芯柱截面積（cm2) ;Ae為鐵軛截面積（cm2)為角重（kg)。
[0077]空載損耗：Ptl=KiX(P1GfJP2Gf2)，Ptl為空載損耗（W);Ki為附加損耗系數(shù)；Pi為心 柱的單位損耗（W/kg) ;P2為鐵軛的單位損耗（W/kg) ;GF1為心柱的重量（kg) ;GF2為鐵軛的 重量（kg)。
[0078] 空載電流有功分量：U 'ij%空載電流有功分量；PC1為空載損耗（W);Se 為變壓器額定容量（kVA)。
[0079] 空載電流無功分量：^ =Z〇g^ofc4 %，1為空載電流無功分量；K^為附加系 數(shù)；心鐵芯重量（kg) ;C為接縫數(shù);At鐵芯有效截面積（cm2) ;Se為變壓器額定容量（kVA);gc為單位鐵重激磁功率（VA/kg);gj為接縫單位面積激磁功率（VA/cm2)，查表可得；
[0080]空載電流：=VC+C%
[0081] 如果計算所得空載損耗和空載電流超出標準要求值、或大于銘牌值5%，則可認為 該配變繞組材質(zhì)為鋁。
[0082]7.配變外觀尺寸計算
[0083] 如圖4所示，根據(jù)計算所得的鐵芯尺寸，計算出配變外觀尺寸。
[0084] 油箱高度：H= 4+2?+?+?,H為油箱高度（mm)鞏為鐵芯窗高（mm)也為鐵軛的 最大片寬（mm) ;Hd墊腳高（mm)，查表可得；HX鐵芯至箱蓋的距離（mm)，查表可得。
[0085] 油箱寬度：B=DfB1A為油箱寬度（mm) ;De為外線圈直徑（mm);Bi為高低壓側(cè)對 油箱空隙（mm)，查表可得。
[0086] 油箱長度：L=DpMfB2,L為油箱長度（mm) ;De為外線圈直徑（mm)Wtl為鐵芯柱 中心距（mm) ;B2為長軸方向A/C相外線圈對油箱空隙（mm)，查表可得。
[0087] 如果計算所得外觀尺寸與銘牌值或?qū)嶋H測量值相差超過8%，則可認為該配變繞 組材質(zhì)為鋁。
[0088] 8.溫升計算
[0089] 如圖5所示，根據(jù)計算所得的繞組尺寸、配變尺寸及損耗，計算出配變的溫升。
[0090] 線圈表面對油的平均溫升：TX=Kxqn+Kjqnj+Kyqδy，Tx為線圈表面對油的平均溫升 (°C) ;KX為層式線圈溫升系數(shù)，一般取0.065 ;q為線圈表面的單位熱負荷（W/m2)，查表可 得；η為指數(shù)，由實驗確定，一般取〇. 8 ;&為絕緣校正系數(shù)，查表可得；η』為總層數(shù)減去油道 數(shù)；Ky為線圈層數(shù)校正系數(shù)，查表可得；δy為層間絕緣厚加匝間絕緣厚，查表可得；
[0091] 自冷或風冷配變油頂層溫升：Ta=I. 2Ty+Ts，Ta為油頂層溫升（°C);T7油對空氣 的平均溫升（°C)，對于自冷式：7；=〇.262q?s，對于風冷式：ry=〇.l9lqr-7; %油箱單位熱負荷 (W/m2)，查表可得；TsS油溫升修正值CC)，查表可得。
[0092] 如果計算所得溫升超出標準要求值，則可認為該配變繞組材質(zhì)為鋁。
[0093] 9.配變重量計算
[0094] 如圖6所示，根據(jù)計算所得的繞組尺寸、配變尺寸及鐵芯尺寸，計算出配變的重 量。
[0095] 銅繞組配變的器身排油重：鋁繞組配變的器身排油重：心=|| +備， Gpy為器身排油重（kg) ;GFe為硅鋼片重（kg)A01為帶絕緣的銅導線重（kg) ;GA1為帶絕緣的 鋁導線重（kg)。
[0096] 桶式油箱空油箱裝油重：Gky= 0. 9HAd，GkyS空油箱裝油重（kg) ;H為桶式油箱高 度（dm)允為油箱橫截面積（dm2);
[0097] 總油重斤=61^-6"+6^七為總油重（1^);6 1^空油箱裝油重（1^);6"為器身排油 重（kg) ;Gsy散熱器中油重（kg)，查表可得；
[0098] 器身重：Gq=Kq(GJGi),Gq為器身重（kg) ;Kq為器身雜類系數(shù)，全銅線取1. 15,半 銅半鋁取1. 16,全鋁取I. 2 ;GFe為硅鋼片重（kg);G帶絕緣的導線重（kg)。
[0099] 平頂油箱蓋重：Gg= 7. 85Agδg，Gg為油箱蓋重（kg) ;7. 85為鋼板比重（kg/dm3); Ag為箱蓋面積（dm2) ;δg為箱蓋厚度（dm)。
[0100] 油箱總重：Gyx=I. 15X(7· 85X(Agδg+Adδd+lbHbδb)+Gs)，Gyx為油箱重（kg); I. 15為系數(shù)；7. 85為鋼板比重（kg/dm3) ;Ag為箱蓋面積（dm2) ;δg為箱蓋厚度（dm);A 箱底面積（dm2) ;δd為箱底厚度（dm) ;Ib為油箱周長（dm) ;Hb為油箱高度（dm) ;δb為箱壁 厚度（dm) ;GS為散熱器重量，查表可得。
[0101] 配變總重：G=Gq+Gyx+Gy+Gf，G為配變總重（kg) ;Gq為器身重（kg) ;Gyx為油箱重 (kg) ;Gy為油重（kg) ;GfS附件重（kg)，查表可得。
[0102] 如果計算所得配變的重量與銘牌值或?qū)嶋H測量值相差超過10%，則可認為該配變 繞組材質(zhì)為鋁。
[0103] 綜上所述，實際配變繞組材質(zhì)鑒別重可以結合本發(fā)明中的判斷方法綜合判斷，為 提高判斷的準確度。
[0104] 本發(fā)明的內(nèi)容包括但不局限于上述實施例，相關技術人員可在本發(fā)明的指導思想 內(nèi)提出其他的實施例，但這種實施例均包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種配變繞組材質(zhì)鑒別的方法，其特征在于，從配變的設計角度出發(fā)，通過獲取待檢 配變的基本材料參數(shù)，并通過設計演算，將得到的配變計算數(shù)據(jù)與銘牌數(shù)據(jù)或?qū)崪y數(shù)據(jù)進 行對比，若兩者偏差達到條件值，則判斷該配變繞組為鋁材質(zhì)；其中，條件值為：電流密度 小于1. 5A/mm2,負載損耗超出標準值或銘牌值5%，短路阻抗偏差超過10%，空載損耗超出 標準值或銘牌值5 %，空載電流超出標準值或銘牌值5 %，外觀尺寸偏差超過8 %，重量偏差 超過10%。
【文檔編號】G01N33/20GK104483463SQ201410663476
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權日:2014年11月19日
【發(fā)明者】劉光祺, 王科, 馬儀, 錢國超, 劉紅文, 彭晶, 項恩新 申請人:云南電網(wǎng)公司電力科學研究院