配电变压器绕组材质检测仪

  完成单位：国网重庆市电力公司电力科学研究院

主要完成人：李永福、王谦、刘熊、吴高林、陈咏涛、刘佳、印华、杜林

一、研发背景

配电变压器中铜材质绕组在同等条件下比铝材质绕组有着更好的电气和机械性能，大部分电力用户在采购配电变压器时，明确要求绕组为铜材质。由于铜铝之间的巨大价差，一些不良厂商为节约成本，使用铝绕组代替铜绕组制作配电变压器提供给用户。此类变压器的出现不仅给用户带来了经济上的巨大损失，而且由于其存在过热、易老化、抗短路能力较差、抗氧化性和抗腐蚀性差等问题，给配电网的安全运行带来了极大隐患。

事实上用户在配电变压器验收时，对于密封于变压器箱体内部的变压器绕组，通过变压器常规试验项目，很难鉴别出其内部绕组材质。常用的做法只能通过吊芯或破坏绕组绝缘才能检测出绕组导体材质。但是，这样的做法需要较多的人力及较长的时间，又有破坏性，在日常检测中较难进行。

本专利首次提出了基于热电效应的配电变压器绕组材质无损检测方法，即对绕组与铜导电杆（排）间的铜铝接头进行加热，在外部导电杆（排）处测量由第一热电效应产生的热电势，经过理论计算及大量的试验研究表明，同等条件下，铝绕组配电变压器与铜绕组配电变压器所产生的热电势差别在一个数量级以上，因此利用该热电势的显著差异，可以有效鉴别绕组材质。

二、发明团队介绍

研发团队拥有博士4名，硕士6名组成，是一个执行力强、积极性高、有合作意识的优秀团队，我们团队一直致力于创新创造，研发了配电变压器绕组材质检测仪、电线电缆导体质量现场评估仪、电缆截面积测量装置等产品，多次参加QC比赛和其他科技创新竞赛，并取得了优异的成绩，成果得到国网辛保安董事长和张智刚总经理的认可和好评。

三、成果(专利)简介

研制出成熟商用产品，仪器接线简单，一键操作，直读结果。检测时间15分钟，实现了配电变压器绕组材质无损、便捷检测。

1.本专利成果创新点

(1)首次提出基于热电效应的变压器绕组材质无损检测原理，减少不必要的解体检查，有效提升检测效率。首先利用热电效应（即塞贝克效应），在绕组一端的导电杆上加热，通过热传导使接头部位与绕组两端产生一定的温度差，测量绕组单端加热后两端所产生的热电势，进而判断绕组材质。

(2)首次提出基于绕组同步补偿技术的变压器绕组材质检测方法，有效消除实际检测中的由于导电杆与测量引线材质不一致而导致的附加误差，显著提升检测准确度。直接利用热电效应进行绕组材质判断，未考虑测量线与铜排间热电势，准确度较低，容易造成误判。大量理论及试验验证表明，该方法能有效消除现有方法带来的误差。

(3)首次通过国家电网企业标准的形式规范了变压器绕组导体材质检测方法，实现了检测原理、检测要求、检测方法、检测判据等内容的标准化。推动了变压器材质检测技术的广泛应用。

2.相关专利如下：

（1)发明专利,一种变压器绕组材质检测设备及系统，ZL 201710841351.9.

（2)发明专利,一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测方法，ZL 201810482245.0.

（3)发明专利,一种两端加热配电变压器绕组材质无损检测系统,ZL 201810482182.9.

（4)发明专利,一种干式配电变压器绕组材质无损检测测试夹,ZL 201810480404.3.

（5)发明专利,一种油浸式配电变压器绕组材质无损检测测试夹ZL 201810480483.8.

（6)实用新型,一种变压器绕组材质智能诊断装置,ZL 201620701836.9.

（7)实用新型，一种实现绕组两端温度差异的变压器温升装置,ZL 201620698510.5.

（8）软件著作：配电变压器绕组材质检测仪嵌入式软件，2019SR0752502.

四、成果（专利）转化情况介绍

仪器得到了国网设备部、物资部、安质部等多部门的高度关注，现推广情况如下：

2017年开始由设备部支持下在北京、山西、山东、江苏、重庆、宁夏地区开展仪器应用试点工作，试点半年期间，检测配电变压器400余台，发现铝绕组劣质变压器50余台。

2018年以来，仪器在全国范围内开展推广销售，各公司仪器配置情况如下：国网甘肃（6台）、新疆、上海、浙江、安徽（南瑞继远）、山西（2台）、福建（2台）、重庆（10台）、天津、山东等省公司或其下属地市公司配置材质检测仪26台；国内部分权威检测机构如苏科院等也对仪器进行配置。

2020年，重庆智网科技、山东威海、陕西电科院等公司也相继开展仪器采购，销售仪器30余台。

2021年销售仪器10余台：安徽阜阳、恒力检测、六安，日照，贵阳。

2022年销售至北京电科院、泰州、张家界等公司。

以上单位通过开展仪器应用，检测配电变压器绕组材质上千台，检测出铝材质绕组配变400余台（该数据仅为重庆电科院掌握数据）。

五、经济效益与社会效益介绍

1.经济效益

国网公司从2018年开始发文（详见运检技术[2018]12号），对变压器电气性能技术监督实施“变压器绕组材质检测”试验，国网重庆电科院协同标准起草单位完成本标准报批稿，并按照本标准实施检测，因此从2018年开始实现一定经济效益，具体如下：

2018年销售仪器2台，新增销售额42.6万元，仪器生产成本17.320228万元，新增利润25.279772万元。

2019年销售仪器23台，新增销售额388.0455万元，仪器生产成本176.2677万元，新增利润211.7778万元。

2020年销售仪器2台，新增销售额485.699115万元，仪器生产成本242.938737万元，新增利润242.760378万元。

2021年销售仪器4台，新增销售额78.05万元，仪器生产成本37.199996万元，新增利润40.850004万元。

2.社会效益

针对行业中变压器以铝代铜、以次充好的不良现象，国家电网提出了明确的变压器绕组材质无损检测的需求，但缺乏相应的检测方法或检测标准作为指导，使得绕组材质无损检测的推广应用受到局限。

助力国家“一带一路”倡议实施。我国正在进行“一带一路”的伟大倡议，中国电力许多领域在国际上已经处于领先，相关电力设备也出口到大量“一带一路”沿途国家，尼泊尔“铝代铜”丑闻的发生，以及国内由于“铝代铜”造成的事故、纠纷等新闻的爆出，给中国变压器制造声誉带来严重影响。通过本专利产品的测试，严格要求变压器“铝代铜”检测，不仅有利于电网的健康发展和安全运行，也有利于我国国际战略的实施。

保障电网安全稳定运行。本专利产品的研发，给出了一种规范的无损“铝代铜”检测手段，为变压器绕组导体材质无损检测方法、检测要求及检测判据提供了支撑。利用本专利产品，不但可以解决配变铝代铜检测困难的问题，还可以有力杜绝使用铝代铜变压器，减少变压器的故障停电时间，保障电网安全可靠稳定运行。