一種變壓器繞組狀態(tài)的診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變壓器繞組狀態(tài)診斷方法，其包括下列步驟：（1）采集變壓器繞組各個測點的振動信號；（2）對振動信號進(jìn)行傅里葉變換，得到變壓器繞組的振動頻響曲線；（3）振動頻響曲線做傅里葉反變換，得到變壓器繞組的自由振動信號；（4）使用Morlet小波對自由振動信號進(jìn)行小波變換；（5）做小波變換時頻圖；（6）提取小波變換時頻圖中的小波脊線，各條小波脊線的縱坐標(biāo)為變壓器繞組的各階固有頻率；（7）根據(jù)固有頻率的變化對變壓器繞組狀態(tài)進(jìn)行判別。
【專利說明】一種變壓器繞組狀態(tài)的診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號監(jiān)測方法，尤其涉及一種變壓器繞組狀態(tài)的診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，其運行的穩(wěn)定性對電力系統(tǒng)安全影響重大。隨著我國電網(wǎng)容量的日益增大，短路容量亦隨之不斷增大，變壓器出口短路形成的沖擊電流產(chǎn)生的巨大電磁作用力對變壓器繞組的機械強度和動穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。目前變電站設(shè)備及線路的運行環(huán)境始終不容樂觀，因外部短路造成變壓器繞組受沖擊而引發(fā)的變形，是變壓器運行過程中較為常見的故障，其對系統(tǒng)的安全運行造成了很大的威脅。
[0003]變壓器遭受突發(fā)短路后，其繞組可能首先發(fā)生松動或輕微變形，通過大量的實驗研究分析變壓器繞組變形具有累積效應(yīng)，如果對于松動或變形不能及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，那么在變壓器的松動或變形累積到一定程度后會使變壓器的抗短路能力大幅下降而在遭受較小的沖擊電流下也會弓I發(fā)大的事故發(fā)生。
[0004]繞組的變形一方面會導(dǎo)致機械抗短路電流沖擊能力的下降，另一方面也會導(dǎo)致線圈內(nèi)部局部絕緣距離發(fā)生變化，使局部出現(xiàn)絕緣薄弱點，當(dāng)遇到過電壓作用時，繞組有可能發(fā)生餅間或匝間短路導(dǎo)致變壓器絕緣擊穿事故，或者由于局部場強增大而引起局部放電，絕緣損傷部位會逐漸擴大，最終導(dǎo)致變壓器發(fā)生絕緣擊穿事故而引發(fā)進(jìn)一步的事態(tài)擴大。
[0005]因此，在運行過程中當(dāng)變壓器經(jīng)歷了外部短路事故后或運行一段時間后的常規(guī)檢修中，如何有效地檢測出變壓器繞組是否存在松動和變形，從而判斷變壓器是否需要檢修處理顯得十分重要，是保障變壓器安全運行的一個重要手段，因此變壓器繞組變形的檢測是目前變壓器常規(guī)試驗項目之一。
[0006]目前實際應(yīng)用的對變壓器繞組狀態(tài)的檢測方法主要有以下三種:
[0007]1、短路阻抗法
[0008]變壓器短路阻抗是當(dāng)負(fù)載阻抗為零時變壓器內(nèi)部的等效阻抗，短路阻抗是變壓器繞組的漏抗和電阻的矢量和，由于變壓器直流電阻相對于漏抗數(shù)值很小，因此變壓器的短路阻抗反映的主要是變壓器繞組的漏抗。由變壓器的理論分析可知，變壓器漏抗值是由繞組的幾何尺寸所決定的，或者說是由繞組的結(jié)構(gòu)決定的，一旦變壓器繞組發(fā)生變形，從理論上來說變壓器的漏抗相應(yīng)也會發(fā)生變化，因此通過對變壓器短路阻抗的檢測可以間接地反映變壓器繞組內(nèi)部是否發(fā)生了變形。
[0009]一般情況下，運行中的變壓器受到了短路電流的沖擊后，或在定期常規(guī)檢查時要將測得的短路阻抗值與原有的記錄進(jìn)行比較來判斷繞組是否發(fā)生了變形，如果短路阻抗值變化較大，例如國標(biāo)中設(shè)定為變化超過3%，則可確認(rèn)繞組有顯著變形。
[0010]按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變壓器在短路阻抗測試試驗中，要求測量每一相的短路阻抗，并把試驗后所測量的短路阻抗值與以往試驗的數(shù)據(jù)加以比較，根據(jù)其變化的程度，作為判斷被試變壓器繞組是否合格的重要依據(jù)之一。
[0011]從實際應(yīng)用情況來看，短路阻抗法在長期的生產(chǎn)實踐中已建立了標(biāo)準(zhǔn)，判據(jù)較為明確，在國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC60076-5和GB1095-85中均明確給出了線圈變形程度的判據(jù)。但很多情況下這種方法的靈敏度很低，故障的檢出率較低，只有在線圈整體變形情況較為嚴(yán)重時才能夠得到較明確的反映。
[0012]2、頻響分析法
[0013]頻響分析法的基本原理是將變壓器繞組視為一個分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，它由對地電容C、縱向電容K、電感L等分布參數(shù)構(gòu)成一無源線性雙端口網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的特性在頻域上可以用傳遞函數(shù)H(jco)來描述。
[0014]繞組發(fā)生局部機械變形后，其內(nèi)部的分布電感L、縱向電容K和對地電容C等分布參數(shù)會發(fā)生相應(yīng)的變化，從而在網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)H(jco)上得到反映。因此分析變壓器繞組的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)曲線的變化情況就可以分析內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)電參數(shù)是否發(fā)生變化，從而推斷相應(yīng)的機械結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了變形，這是頻響分析法測試變壓器繞組變形的依據(jù)和基礎(chǔ)。
[0015]頻響法測試首先將一穩(wěn)定的正弦掃頻電壓信號Vi施加到被試變壓器繞組的一端，然后同時記錄該端口 Vi和其它輸出端口上的電壓V。，從而得到該被試?yán)@組的一組頻響特性曲線，其表達(dá)式為
[0016]H(j ω) = V0Ai
[0017]頻響法的測試靈敏度較短路阻抗法高，但由于其頻響波形的復(fù)雜性，對繞組狀況的判別需要較多的經(jīng)驗，較難形成明確的定量判據(jù)，因此至今沒有形成判別標(biāo)準(zhǔn)。
[0018]上述兩種方法是目前判別變壓器繞組狀況最常用的，兩種方法都是采用電測方法，出發(fā)點都是基于變壓器繞組發(fā)生明顯變形的狀況下模型中對應(yīng)的元件電參數(shù)發(fā)生變化來進(jìn)行測量判別，這對變壓器繞組發(fā)生較明顯的變形情況較為適宜，但對繞組發(fā)生輕微變形，尤其是對變壓器繞組存在的相對松動和扭曲變形的狀態(tài)不能給出較明確的判斷，因為這些情況下反映在等效電路模型中的電參數(shù)幾乎沒有變化，其傳遞函數(shù)的變化也就非常小。然而變壓器繞組松動或扭曲變形對其抗短路能力有很大的影響，因此研究繞組的狀況需有靈敏度更高的方法來進(jìn)行判別。
[0019]3、振動分析法
[0020]振動分析法的基本原理是把變壓器繞組看作一個機械結(jié)構(gòu)體，則當(dāng)繞組結(jié)構(gòu)或受力發(fā)生任何變化時，都可以從它的機械振動特性變化上得到反映。因此，可通過分析箱壁上的振動信號來對繞組的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測。與前述電氣測量法相比較，振動分析法的最大優(yōu)點是可通過吸附在變壓器箱壁上的振動傳感器來獲得變壓器的振動信號，通過分析其振動特性的變化來判斷繞組狀態(tài)的變化情況，只要繞組的機械特性(如結(jié)構(gòu)變形、預(yù)緊力松動等)發(fā)生變化，都可以從它的機械振動特性變化上得到反映，從而大大提高了檢測的靈敏度。此外，將振動傳感器置于箱壁上的振動檢測與整個強電系統(tǒng)沒有直接的連接，對于整個電氣系統(tǒng)的正常運行沒有任何影響，因此，可發(fā)展成為一種較準(zhǔn)確、便捷、安全的在線監(jiān)測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的目的是提供一種變壓器繞組狀態(tài)的診斷方法，該方法利用利用振動模態(tài)特性對變壓器繞組的工作狀態(tài)進(jìn)行判別。
[0022]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種變壓器繞組狀態(tài)診斷方法，其包括下列步驟:
[0023]( I)在變壓器繞組上放置激振器，向激振器輸入信號Vi對變壓器繞組進(jìn)行激振，采用放置在變壓器繞組表面的N個振動加速度傳感器采集和記錄各個測點的振動信號Voi (i=1,2,...,N)。
[0024](2)分別對輸入的白噪聲信號Vi和各個測點的振動信號Vtji進(jìn)行傅里葉變換(傅里葉變換是本領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)學(xué)方法，因此發(fā)明人在此不再進(jìn)行詳細(xì)的描述)，得到變壓器繞組的振動頻響曲線Η(ω):
【權(quán)利要求】
1.一種變壓器繞組狀態(tài)的診斷方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)在變壓器繞組表面設(shè)置N個測點，并將N個振動加速度傳感器對應(yīng)放置在各測點，在變壓器繞組上放置激振器以向激振器輸入信號Vi對變壓器繞組進(jìn)行激振，所述N個振動加速度傳感器采集各個測點的振動信號= 1,2,-,N)； (2)分別對輸入的信號Vi和各個測點的振動信號Vtji進(jìn)行傅里葉變換，得到變壓器繞組的振動頻響曲線Η(ω):
2.如權(quán)利要求1所述的變壓器繞組狀態(tài)的診斷方法，其特征在于，所述向激振器輸入的信號Vi為白噪聲信號。
3.如權(quán)利要求1所述的變壓器繞組狀態(tài)的診斷方法，其特征在于，按照下述步驟采用瘋狂爬山法提取小波變換時頻圖中的小波脊線: 6a.定義并初始化度量密度矩陣D，度量密度矩陣D的行列數(shù)與小波變換系數(shù)矩陣WT(m，k)的行列數(shù)相同，在度量密度矩陣D所有元素中，隨機選取η個元素作為運動點，用于記錄相應(yīng)位置的密度參量，初始值為O ;定義系統(tǒng)循環(huán)變量為Tt，其初值為Ttl =max (WT) -min (WT)，其中max (WT)和min (WT)分別為小波變換系數(shù)矩陣WT (m, k)的模極大值和模極小值； 6b.在初始時刻t = &，確定運動點Xt對應(yīng)的位置為(i，j)，即有Xk(t+1) = (i, j)，其中i和j分別為運動點在小波變換時頻圖中的位置坐標(biāo)，且I≤i≤M和I≤j≤K ; 6c.在下一時刻t = tQ+l，若滿足I < i < m和I < j < k，則在水平方向以概率P =50%向左或向右移動運動點Xt (i，j)，即有 j’ = j+1 或 j’ = j-1 在垂直方向上，若滿足WT (i’，j’) >WT(i, j’)，則以概率P = 50%的概率向上或向下移動運動點Xt(i，j)，即有i’ = i+1 或 i’ = 1-1 若滿足WT (i’，j’)< WT (i, j’)，根據(jù)下式計算垂直方向上的移動概率P:
【文檔編號】G01H1/14GK103822696SQ201210470350
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月19日
【發(fā)明者】鄧小文, 劉石, 王豐華, 耿超, 金之儉 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 上海交通大學(xué)