CN104061849B - 基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统，属于电力设备在线监测领域，该系统包括耦合分压单元、信号采集单元、信号处理单元和人机接口单元，所述耦合分压单元包括变压器过电压电容耦合传感器、分压器低压臂、分压器匹配部分；所述变压器过电压电容耦合传感器为带状，并以缠绕方式紧贴设置在变压器套管末屏靠近法兰处；所述分压器低压臂采用多个同型号电容同轴对称的方式排列后并联而成；所述分压器匹配部分，采取同轴电缆首尾两端匹配的结构。本发明能够对变压器绕组进行实时检测，准确判断其变形情况，并及时作出预警，有效地保障了变压器的安全稳定运行。

Description

基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统
技术领域
本发明属于电力设备在线监测领域，具体涉及一种基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统。
背景技术
变压器是电力系统中的重要设备，其安全稳定工作对于保障电力系统安全、经济、可靠运行具有重要的意义，特别是在我国电力等级提高、用电量持续增加、对供电质量和可靠性要求日益增长的背景下，显得尤为突出。根据变压器故障后检修情况统计，变压器绕组变形在所有故障中的比例很大。变压器在运输、运行过程中，由于遭受到机械力、电动力的作用，其绕组会发生轻微的不可逆变形，从而导致变压器内部绝缘破损、局部放电等发生，进一步地损坏变压器的绝缘性能，降低其抗短路强度。当变压器在短路电流或励磁涌流的情况下，其绕组会进一步地发生变形，这一过程是逐渐累积的。
国内的针对变压器绕组变形检测，已经有短路阻抗法、低压脉冲法、频率响应法、振动法和超声波法等方法的出现。各个方法效果不一，对变压器各种变形的灵敏度也各有侧重。但是针对变压器绕组变形的在线检测方法却鲜有报道。目前的方法大多是在变压器退出运行的情况下进行预防性检测的，而这就导致了不能实时掌握变压器内部绕组的变形状态，有可能出现大的变压器事故发生。因此，对变压器绕组进行实时检测，从而判断其变形情况，及时作出预警，对于保障变压器的安全稳定运行具有重要的意义。
在变压器运行期间，难免会遭受包括内部过电压和外部过电压的信号，而过电压信号中包含着丰富的谐波分量，通过获取变压器过电压的响应，能够得到较宽频带范围内的绕组频率响应。通过对绕组频率响应的分析，能够实现变压器绕组变形故障的分析和模式识别。
发明内容
有鉴于此，针对现有电力变压器绕组变形在线检测系统的不足之处，提供一种基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统；本发明具有装置简单、易于安装、对变压器结构影响很小、能够实现在线检测等特点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统，主要包括耦合分压单元、信号采集单元、信号处理单元、信号存储单元和人机接口单元，
所述耦合分压单元包括变压器过电压电容耦合传感器、分压器低压臂、分压器匹配部分；所述变压器过电压电容耦合传感器为带状，并以缠绕方式紧贴设置在变压器套管末屏靠近法兰处；所述变压器过电压电容耦合传感器上安装有BNC接口，且与变压器套管的导杆形成耦合电容CT；
所述分压器低压臂采用多个同型号电容同轴对称的方式排列后并联而成，所得分压器低压臂电容为CS1；所述分压器低压臂的电容牢固的焊接为一整体，且该整体一端连接BNC接口，另一端接地；所述变压器过电压电容耦合传感器和分压器低压臂通过两端安装有BNC接口的同轴电缆连接；
所述分压器匹配部分，采取同轴电缆首尾两端匹配的结构，在分压器低压臂上端连接一无感电阻R1作为匹配电阻，再通过一波阻抗为R3的电缆与无感电阻R2和电容CS2串联；分压器信号输出接口设置在无感电阻R2与同轴电缆的连接处。
进一步的，所述信号采集单元，用作采集变压器运行过程中在一侧遭受的过电压信号和在另一侧的响应信号；所述的信号采集单元要求通道数不少于6个，采样率不低于50M/s，采样位数不少于10位。
进一步的，所述信号处理单元实现对信号采集单元采集来的数据进行实时处理，包括过电压判断、信号预处理、绕组变形模式判别。
进一步的，所述的过电压判断，是对信号采集单元采集到的电压信号进行判断，若在正常电压运行范围内，则不对采集到的数据进行信号处理；若是过电压信号，则对过电压信号及其响应信号做后续处理；
进一步的，所述的信号预处理，包括滤除低频分量、获取频谱特性，且所述滤除低频分量采用小波算法实现；所述获取频谱特性是将经过预处理后的数据进行傅里叶变换，求取绕组网络的转移函数，绘制绕组网络的频率响应曲线；
所述的绕组变形模式识别，是通过提取绕组的过电压信号的频率响应曲线的特征量，来对绕组变形的类型和程度作出判断。
进一步的，所述的人机接口单元，包括频率响应曲线局部分析、横纵向对比分析、历史数据的查看调取、分析报告的自动生成功能。
进一步的，所述变压器过电压电容耦合传感器以紫铜材料制成，宽度为10～30mm、厚度为0.5～2mm。
进一步的，所述R1、R2和R3阻值均为50Ω。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明能够对变压器绕组进行实时检测，准确判断其变形情况，并及时作出预警，有效地保障了变压器的安全稳定运行；
2、本发明的装置结构简单、易于安装、对变压器结构影响很小，便于推广利用；
3、本发明具有对频率响应曲线进行分析、历史数据的查看调取、分析报告的自动生成等，方便人为操控管理。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明系统整体的结构原理框图；
图2为本发明变压器过电压电容耦合传感器原理图；
图3为本发明中耦合分压单元的分压器低压臂及匹配部分原理图；
其中：1-导杆、2-法兰、3-变压器过电压电容耦合传感器。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，进一步说明本发明。
图1为本发明系统整体的结构原理框图；图2为本发明变压器过电压电容耦合传感器原理图；图3为本发明中耦合分压单元的分压器低压臂及匹配部分原理图。根据图1、2和3所示，一种基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统，主要包括耦合分压单元、信号采集单元、信号处理单元、信号存储单元和人机接口单元。该系统能够在不改变电力系统现有接线的情况下，通过在线监测过电压信号并分析其响应，来监测变压器绕组变形。
所述耦合分压单元包括变压器过电压电容耦合传感器、分压器低压臂、分压器匹配部分；所述变压器过电压电容耦合传感器3为带状，并以缠绕方式紧贴设置在变压器套管末屏靠近法兰2处；所述变压器过电压电容耦合传感器3上安装有BNC接口，且与变压器套管的导杆1形成耦合电容CT，该耦合电容形成分压器的高压臂部分；
所述分压器低压臂为减小分布电感采用多个同型号电容同轴对称的方式排列后并联而成，所得分压器低压臂电容为CS1；所述分压器低压臂的电容牢固的焊接为一整体，且该整体一端连接BNC接口，另一端接地；所述变压器过电压电容耦合传感器和分压器低压臂通过两端安装有BNC接口的同轴电缆连接，从而构成用于测量过电压信号的分压器结构；
所述分压器匹配部分，采取同轴电缆首尾两端匹配的结构，在分压器低压臂上端连接一无感电阻R1作为匹配电阻，再通过一波阻抗为R3的电缆与无感电阻R2和电容CS2串联；分压器信号输出接口设置在无感电阻R2与同轴电缆的连接处。
所述信号采集单元，用作采集变压器运行过程中在一侧遭受的过电压信号和在另一侧的响应信号；所述的信号采集单元要求通道数不少于6个，采样率不低于50M/s，采样位数不少于10位。
所述信号处理单元实现对信号采集单元采集来的数据进行实时处理，包括过电压判断、信号预处理、绕组变形模式判别等处理过程。
所述的过电压判断，是对信号采集单元采集到的电压信号进行判断，若在正常电压运行范围内，则不对采集到的数据进行信号处理；若是过电压信号，则对过电压信号及其响应信号做后续处理；
所述的信号预处理，包括滤除低频分量、获取频谱特性，且所述滤除低频分量采用小波算法实现；所述获取频谱特性是将经过预处理后的数据进行傅里叶变换，求取绕组网络的转移函数，绘制绕组网络的频率响应曲线；
所述的绕组变形模式识别，是通过提取绕组的过电压信号的频率响应曲线的特征量，来对绕组变形的类型和程度作出判断。
所述的人机接口单元，包括频率响应曲线局部分析、横纵向对比分析、历史数据的查看调取、分析报告的自动生成功能，可以用安装有以上处理软件的计算机实现。
所述变压器过电压电容耦合传感器以紫铜材料制成，宽度为10～30mm、厚度为0.5～2mm。
所述R1、R2和R3阻值均为50Ω。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统，包括耦合分压单元、信号采集单元、信号处理单元、信号存储单元和人机接口单元，其特征在于：
所述耦合分压单元包括变压器过电压电容耦合传感器、分压器低压臂、分压器匹配部分；所述变压器过电压电容耦合传感器为带状，并以缠绕方式紧贴设置在变压器套管末屏靠近法兰处；所述变压器过电压电容耦合传感器上安装有BNC接口，且与变压器套管的导杆形成耦合电容CT；
所述分压器低压臂采用多个同型号电容同轴对称的方式排列后并联而成，所得分压器低压臂电容为CS1；所述分压器低压臂的电容牢固的焊接为一整体，且该整体一端连接BNC接口，另一端接地；所述变压器过电压电容耦合传感器和分压器低压臂通过两端安装有BNC接口的同轴电缆连接；
所述分压器匹配部分，采取同轴电缆首尾两端匹配的结构，在分压器低压臂上端连接一无感电阻R1作为匹配电阻，再通过一波阻抗为R3的电缆与无感电阻R2和电容CS2串联；分压器信号输出接口设置在无感电阻R2与同轴电缆的连接处；
所述信号采集单元，用作采集变压器运行过程中在一侧遭受的过电压信号和在另一侧的响应信号；所述的信号采集单元要求通道数不少于6个，采样率不低于50M/s，采样位数不少于10位；
所述信号处理单元实现对信号采集单元采集来的数据进行实时处理，包括过电压判断、信号预处理、绕组变形模式判别；
所述的过电压判断，是对信号采集单元采集到的电压信号进行判断，若在正常电压运行范围内，则不对采集到的数据进行信号处理；若是过电压信号，则对过电压信号及其响应信号做后续处理；
所述的信号预处理，包括滤除低频分量、获取频谱特性，且所述滤除低频分量采用小波算法实现；所述获取频谱特性是将经过预处理后的数据进行傅里叶变换，求取绕组网络的转移函数，绘制绕组网络的频率响应曲线；
所述的绕组变形模式识别，是通过提取绕组的过电压信号的频率响应曲线的特征量，来对绕组变形的类型和程度作出判断。
2.根据权利要求1所述的基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统，其特征在于：所述的人机接口单元，包括频率响应曲线局部分析、横纵向对比分析、历史数据的查看调取、分析报告的自动生成功能。
3.根据权利要求1所述的基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统，其特征在于：所述变压器过电压电容耦合传感器以紫铜材料制成，宽度为10～30mm、厚度为0.5～2mm。
4.根据权利要求1所述的基于变压器过电压信号及响应的绕组变形在线检测系统，其特征在于：所述R1、R2和R3阻值均为50Ω。
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