CN104061851A - 基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法，属于在线监测技术领域。包括如下步骤：1)在变压器的套管末屏接近法兰处安装电压测量装置，实时测量变压器绕组上的电压信号；2)对实时采集到的变压器电压进行判断；3)对过电压信号数据进行预处理；4)对过电压响应的频率响应曲线进行分析，提取特征量，与原始频响曲线及特征量对比，进而分析变压器绕组变形故障情况；5)判别变压器绕组变形故障。本发明可以实现在线监测变压器绕组变形故障情况，能够对因变压器绕组变形导致的事故做到及时预防；且过电压信号具有丰富的高频谐波分量，从而能获得宽频响应曲线，灵敏地反映绕组的各种变形。
Description
技术领域
本发明属于在线监测技术领域，具体涉及一种基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法。
背景技术
变压器是电力系统中最重要的电气设备之一，对于确保整个电网安全运行具有重大的意义。而根据历年来变压器事故的统计资料，35kV及以上等级的电力变压器因短路故障而损坏占事故总数的50％。根据检修情况，该事故造成了绝大部分变压器绕组不同程度的变形和绝缘破坏。随着我国经济快速发展，电网容量日益扩大，系统短路容量也随之增大，因短路故障造成变压器损坏的统计数也逐年上升。因此，绕组故障已经成为变压器故障和电力系统故障的最主要原因之一，如何监测变压器运行过程中绕组的轻微变形，跟踪绕组状态，在其出现严重变形之前做出预警，使它们能够更好的抵御短路电流及其产生的电磁暂态过程的冲击是变压器绕组故障监测中亟需解决的关键科学技术问题。
在变压器绕组变形故障检测领域，已经提出了短路电抗法、绕组电容法和频率响应法等检测方法，技术比较成熟，而且已经有相关的规程和标准。但是，连线检测法要求变压器停运，直接影响了电网的正常运行，同时离线检测只能定期开展，不能及时反映绕组的变形故障。特别的，离线检测周期长，容易忽略绕组变形的累积作用，难以避免累积效应下造成的绕组严重变形；另外，在线运行和离线运行状态不同，离线检测难以发现某些在线运行状态下才具有显著特征的绕组变形故障。因此，开展变压器绕组变形故障在线监测方法的研究势在必行。
在对变压器绕组故障在线监测领域，国内外进行了大量的研究，主要有短路阻抗法、超声检测法、振动分析法等。有运用短路阻抗法来进行绕组故障在线监测的，其主要缺点是：该方法主要反映绕组电感的变化，基本不反映电容和电阻的变化。有如申请号为01128334.3的“变压器绕组变形超声检测方法及装置”的专利，其主要缺点是：需要把超声探头安装在变压器内部，难以满足变压器内部结构和绝缘要求，而且超声波信号传播特性对结果有较大的影响，在非均匀传播介质下会形成不同的结果，在有油和无油状态下的试验结果差异较大，还会受温度的影响，不能灵敏反映绕组短路故障。又如申请号为201210277746.8的“一种基于振动分析的电力变压器绕组变形检测方法”的专利，包括包括：(1)布置振动测点，实时监测负载电流及各测点的振动信号；(2)采集冲击跳变振动信号,判别电力变压器的跳闸形态；(3)根据提取固有频率对第一电力变压器进行绕组变形诊断；(4)根据非线性程度的变化对第二电力变压器进行绕组变形诊断。其主要缺点是传感器安装在变压器外壳，很容易受到外部信号的干扰，而且短路故障和暂态过电压感应会在变压器外壳产生高电位，对测试仪器和人身安全都有影响。
故现有的绕组变形故障在线监测方法仍然很不完善，因此有必要研究一种能够有效、安全的实现变压器绕组变形故障在线监测方法。
对变压器施加不同频率的信号，能够获得其对应频率下的响应。虽然变压器绕组等效电路电阻值、电感值和电容值不会随着频率而变化，但是其阻抗值是一个频率的函数，即等效电路的阻抗特性参数会随频率而变化。而且，随着频率的变化，变压器等效电路性质也会发生变化，即随频率变化，在等效电路中起主导作用的元件不同。
国内外专家学者通过大量仿真和试验的基础上，总结出变压器绕组在当电压频率大于1kHz时可视为一个由电阻、电容和电感等分布参数构成的无源双端口网络，其特性可以用绕组频谱描述,变压器制成以后，其线圈和内部结构及绕组频谱也随之确定。绕组变形时，其电阻、电容和电感等分布参数随之发生改变。
然而，在变压器运行期间，难免会遭受过电压，而过电压包含着丰富的谐波含量，并且当变压器一侧绕组遭受过电压时，通过变压器内部绕组的传播，会在另一侧绕组出现响应信号，通过获取变压器的过电压响应，能够得到较宽频带的绕组响应曲线。通过对过电压响应曲线的分析，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，针对以上变压器绕组变形在线监测方法的不足，本发明提出一种基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法，能够在变压器运行期间实时、灵敏地对绕组变形故障进行检测。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法，包括如下步骤：
1)在变压器的套管末屏接近法兰处安装电压测量装置，实时测量变压器绕组上的电压信号；
2)对实时采集到的变压器电压进行判断：若电压在变压器运行电压范围内，则对采集到的数据不做处理，返回到步骤1)；若电压为过电压，则进行步骤3)；
3)对过电压信号数据进行预处理：包括滤除低频分量，获取频谱特性，得到频率响应曲线；
4)对过电压响应的频率响应曲线进行分析，提取特征量，与原始频响曲线及特征量对比，进而分析变压器绕组变形故障情况；
5)判别变压器绕组变形故障。
进一步的，所述电压测量装置包括电容耦合电压传感器和低压臂部分；
所述电容耦合电压传感器为金属薄带状，包裹设置在变压器套管末屏接近法兰处；所述变压器套管为电容套管或纯瓷套管，所述电容耦合电压传感器与变压器套管形成稳定的电容，构成电压测量装置的高压臂部分；
所述电压测量装置的低压臂部分由外置电容组成，低压臂部分的电容采用若干个相同型号的电容同轴排列而成。
进一步的，步骤3)中滤除低频分量是采用小波算法实现的，夺取频谱特性是采用快速傅里叶变换算法实现的。
进一步的，所述特征量，包括频率响应曲线的波峰值、波谷值的数量的增加或者减小、谐振点频率的变化、频率响应曲线形状的变化；所述原始频率响应曲线，是在变压器正常状态下经实验所测得到的三相绕组的频率响应曲线；所述与原始频率响应曲线及特征量对比，采用相似系数法。
现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.可以实现在线监测变压器绕组变形故障情况，能够对因变压器绕组变形导致的事故做到及时预防。
2.利用可能出现在变压器上的过电压响应的频响曲线分析绕组变形，无需外加激励源。
3.过电压信号具有丰富的高频谐波分量，从而能获得宽频响应曲线，灵敏地反映绕组的各种变形。
4.基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法，相比于定期检修，具有较高的实时性。
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是本发明基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法流程图；
图2是电压测量装置中电容耦合电压传感器的结构图；
图3是电压测量装置中低压臂部分的结构图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的绕组故障检测方法进行详细说明。
如图1所示，一种基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法，包括如下步骤：
1)在变压器的套管末屏接近法兰处安装电压测量装置，实时测量变压器绕组上的电压信号。
变压器绕组可视为有电阻、电容和电感等分布参数构成的无源线性二端网络，当一端施加电压信号时，可在该端口测量电流，并在另一端口测量电压、电流作为其响应信号，为后面的数据处理和绕组变形故障判别做准备。
变压器过电压测量装置包括电容耦合电压传感器和低压臂部分。
图2为电压测量装置中电容耦合电压传感器的结构图，如图2所示，所述电容耦合电压传感器为金属薄带状，包裹设置在变压器套管末屏接近法兰处；所述变压器套管为电容套管或纯瓷套管，所述电容耦合电压传感器与变压器套管形成稳定的电容，构成电压测量装置的高压臂部分；
图3为电压测量装置中低压臂部分的结构图，如图3所示，所述电压测量装置的低压臂部分由外置电容组成，低压臂部分的电容采用若干个相同型号的电容同轴排列而成。
高、低压臂组成的分压器采用同轴电缆首尾两端匹配结构，匹配电阻Rp等于电缆波阻抗Z。套管电容用Ct表示，电缆电容以Cc表示，低压臂电容为Cs。低压臂电容Cs比套管电容和电缆电容都大很多，因此满足关系式Cs+Ct＝Cs+Cc。
2)对实时采集到的变压器电压进行判断：若电压在变压器运行电压范围内，则对采集到的数据不做处理，返回到步骤1)；若电压为过电压，则进行步骤3)；
3)对过电压信号数据进行预处理：包括滤除低频分量，获取频谱特性，得到频率响应曲线；
由于采集到的电压电流信号也包含变压器工频下的部分，同时也有现场各种干扰噪声，因此有必要对其进行预处理，以为后续的绕组变形故障分析提供可靠的分析数据。所述滤除低频分量，是采用小波算法实现的。所述获取频谱特性，是采用快速傅里叶变换算法实现的。
4)对过电压响应的频率响应曲线进行分析，提取特征量，与原始频响曲线及特征量对比，进而分析变压器绕组变形故障情况；
所述特征量，包括频率响应曲线的波峰值、波谷值的数量的增加或者减小、谐振点频率的变化、频率响应曲线形状的变化；所述原始频率响应曲线，是在变压器正常状态下经实验所测得到的三相绕组的频率响应曲线；所述与原始频率响应曲线及特征量对比，采用相似系数法。
5)判别变压器绕组变形故障。
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做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (4)
1.一种基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在变压器的套管末屏接近法兰处安装电压测量装置，实时测量变压器绕组上的电压信号；
2)对实时采集到的变压器电压进行判断：若电压在变压器运行电压范围内，则对采集到的数据不做处理，返回到步骤1)；若电压为过电压，则进行步骤3)；
3)对过电压信号数据进行预处理：包括滤除低频分量，获取频谱特性，得到频率响应曲线；
4)对过电压响应的频率响应曲线进行分析，提取特征量，与原始频响曲线及特征量对比，进而分析变压器绕组变形故障情况；
5)判别变压器绕组变形故障。
2.根据权利要求1所述的基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法，其特征在于：所述电压测量装置包括电容耦合电压传感器和低压臂部分；
所述电容耦合电压传感器为金属薄带状，包裹设置在变压器套管末屏接近法兰处；所述变压器套管为电容套管或纯瓷套管，所述电容耦合电压传感器与变压器套管形成稳定的电容，构成电压测量装置的高压臂部分；
所述电压测量装置的低压臂部分由外置电容组成，低压臂部分的电容采用若干个相同型号的电容同轴排列而成。
3.根据权利要求1所述的基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法，其特征在于：步骤3)中滤除低频分量是采用小波算法实现的，夺取频谱特性是采用快速傅里叶变换算法实现的。
4.根据权利要求1所述的基于过电压响应的变压器绕组变形在线监测方法，其特征在于：所述特征量，包括频率响应曲线的波峰值、波谷值的数量的增加或者减小、谐振点频率的变化、频率响应曲线形状的变化；所述原始频率响应曲线，是在变压器正常状态下经实验所测得到的三相绕组的频率响应曲线；所述与原始频率响应曲线及特征量对比，采用相似系数法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140924 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |