CN105136439A - 一种检测吊罩式变压器绕组松动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测吊罩式变压器绕组松动的方法，属于电力变压器安全监测技术领域。该方法执行如下步骤：1）将安装有振动传感器的吊罩式变压器合闸，并启动振动传感器以及电流互感器；2）采集振动信号和高压绕组电流；3）求得到第一特征值、第二特征值和第三特征值；4)对吊罩式变压器的进行松动诊断，确认绕组松动状态。本发明在合闸之时对变压器的绕组进行松动判断，相对于现有的离线检测来说本发明中的检测绕组松动的方法更为及时，避免了变压器在绕组松动时依旧运行工作损伤变压器的情况出现。

Description

一种检测吊罩式变压器绕组松动的方法

技术领域

本发明涉及一种检测变压器绕组松动的方法，属于电力变压器安全监测技术领域。

背景技术

电力变压器作为电力传输的关键设备，其可靠性和稳定性在极大程度上影响着整个电网的安全运行。据有关资料表明，50%以上的变压器故障来源于外部短路，外部短路产生的巨大电磁力会进一步引发变压器绕组松动、变形等重大缺陷。一旦变压器绕组发生故障，会导致大面积停电，带来很大的经济损失，也会影响人们的正常生活。因此，进行绕组松动诊断研究，尽早时间发现绕组故障特征，对电力变压器排除故障隐患、提高抗短路能力有着重大意义。

常见的对电力变压器绕组状态评估的方法有色谱分析法、短路阻抗法、频率响应分析法等。色谱分析法和短路阻抗法试验周期较长，误判率较高。短路阻抗法的诊断精度建立在大量的经验参数基础上，需投入大量的分析验证工作，严重影响工作效率。频率响应法针对绕组变形判断，目前还处于经验积累阶段，缺乏一定的量化标准，具有一定的局限性，如无法判断绕组的单一扭转变形。上述三种方法都属于离线监测，诊断不及时，精度有限且耗费的成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种能够及时检测吊罩式变压器绕组松动的方法。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种检测吊罩式变压器绕组松动的方法，执行如下步骤：

1）将安装有至少3个振动传感器的所述吊罩式变压器合闸，并启动所述振动传感器以及用于测量所述吊罩式变压器的B相高压绕组电流的电流互感器；

2）采集所述振动传感器的振动信号和B相高压绕组电流；

3）从所述振动信号中提取的暂态振动信号，对所述暂态振动信号进行希尔伯特-黄变换处理，得到第一特征值和第二特征值；

所述第一特征值为所述暂态振动信号的时间，第二特征值为所述暂态振动信号的第6阶IMF分量瞬时幅值平均值；

4)对所述吊罩式变压器的进行松动诊断，

若所述第一特征值小于第一整定值且所述第二特征值小于第二整定值，则所述吊罩式变压器绕组松动；

若所示第一特征值大于第一整定值或所述第二特征值大于第二整定值，则所述吊罩式变压器绕组正常；

所述第一整定值是所述吊罩式变压器绕组正常情况下的暂态时间。

所述第二整定值是所述吊罩式变压器绕组正常情况下的第6阶IMF分量瞬时幅值平均值。

上述技术方案的改进是：当在步骤4）中确认所述吊罩式变压器的绕组松动时，则通过第三特征值进行松动程度判断，

若所述第三特征值小于第三整定值M₁，则将所述吊罩式变压器断开，并返回到步骤1），再次对所述吊罩式变压器进行松动诊断；

若所述第三特征值大于第三整定值M₁，则所述吊罩式变压器的绕组松动；

所述第三特征值为由暂态振动信号进行小波变换分解计算出所述暂态振动信号的小波能量熵值；

所述第三整定值M₁为所述吊罩式变压器的正常态与中等松动态分界点制动量，第三整定值M₁取所述吊罩式变压器的正常态和中等松动态的暂态振动信号的小波能量熵的平均值。

上述技术方案的改进是：当判断所述吊罩式变压器的绕组松动时，则通过第三特征值对所述吊罩式变压器的绕组松动程度进行判断，

若所述第三特征值大于第三整定值M₁且小于第三整定值M₂，则所述吊罩式电力变压器绕组为中等松动状态；

若所述地三特征值大于第三整定值M₂，则所述吊罩式电力变压器故障；

所述第三整定值M₁为所述吊罩式变压器的正常态与中等松动态分界点制动量，第三整定值M1取变压器正常态和变压器中等松动态的暂态振动信号的小波能量熵的平均值；

所述第三整定值M₂为所述吊罩式变压器中等松动态和变压器故障态分界点制动量，第三整定值M₂取变压器中等松动态和变压器故障态的暂态振动信号的小波能量熵的平均值。

上述技术方案的改进是：所述第三整定值M₁和M₂至少有12组数据得到，所述小波能量熵通过小波变换得到。

上述技术方案的改进是：所述采样频率大于或等于15kHz，所述采样时间大于或等于5s。

上述技术方案的改进是：在进行希尔伯特-黄变换前，对振动信号消噪处理。

上述技术方案的改进是：在步骤4）中若第一特征值小于第一整定值且第二特征值大于2.5%，则吊罩式变压器绕组松动；

若所示第一特征值大于第一整定值或第二特征值小于2.5%，则吊罩式变压器绕组正常，此处的判定条件在2.5%到3%之间。

本发明的有益效果是：由于本发明是在合闸之时对变压器的绕组进行松动判断，相对于现有的离线检测来说本发明中的检测绕组松动的方法更为及时，避免了变压器在绕组松动时依旧运行工作损伤变压器的情况出现。

此外本方法利用合闸时产生励磁涌流的暂态进行绕组松动的检测，相对于现有技术的利用变压器工作状态的电流稳态值进行判断而言，励磁涌流大小将达到稳态时的6~8倍，但励磁涌流中除含有基波外，还含有大量高次谐波以及在合闸瞬间，至少有两相会出现偏离时间轴一侧的励磁涌流，在变压器合闸时，变压器表面振动响应更加明显，当变压器绕组发生轴向松动后，和正常情况相比，某些特征频段分量幅值会发生明显变化且振动信号衰减加快，因此对检测变压器绕组是否松动而言更为精确。

并且，为了防止绕组检测松动出现误判，在进行绕组松动判断之后进行一次自检，一旦发现问题则回到初始重新判断松动。在确认松动之后进一步确认松动程度，可以为工作人员提供参考，实现变压器的不吊罩检测，降低成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例的流程图。

图2是本发明实施例的吊罩式变压器上的振动传感器的安装位置示意图。

图3是本发明实施例的吊罩式变压器正常状态的暂态振动信号对应各层IMF的瞬时幅值。

图4是本发明实施例的吊罩式变压器中等松动的暂态振动信号对应各层IMF的瞬时幅值。

图5是本发明实施例的吊罩式变压器故障状态的暂态振动信号对应各层IMF的瞬时幅值。

具体实施方式

实施例

本实施例的一种检测吊罩式变压器绕组松动的方法,如图1所示，执行如下步骤：

1）将安装有至少3个振动传感器的吊罩式变压器合闸，如图2所示，并启动振动传感器以及用于测量吊罩式变压器的B相高压绕组电流的钳式电流互感器；

2）采集振动传感器的振动信号和B相高压绕组电流；

3）从振动信号中提取的暂态振动信号，对暂态振动信号进行希特伯特-黄变换，得到第一特征值和第二特征值；

第一特征值为暂态振动信号的时间，第二特征值为所述暂态振动信号的第6阶IMF分量瞬时幅值平均值；

本实施例的第6阶IMF分量的频带范围为1400Hz～1600Hz；

第二整定值是所述吊罩式变压器绕组正常情况下的第6阶IMF分量瞬时幅值平均值；

4)对吊罩式变压器的进行松动诊断，

若所述第一特征值小于第一整定值且所述第二特征值小于第二整定值，则所述吊罩式变压器绕组松动；

若所示第一特征值大于第一整定值或所述第二特征值大于第二整定值，则所述吊罩式变压器绕组正常；

所述第一整定值是所述吊罩式变压器绕组正常情况下的暂态时间。

所述第二整定值是所述吊罩式变压器绕组正常情况下的第6阶IMF分量瞬时幅值平均值。

本实施例的当在步骤4）中确认吊罩式变压器的绕组松动时，则通过第三特征值进行松动程度判断，

若第三特征值小于第三整定值M₁，则将吊罩式变压器断开，并返回到步骤1），再次对吊罩式变压器进行松动诊断；

若第三特征值大于第三整定值M₁，则吊罩式变压器的绕组松动；

第三特征值为由暂态振动信号进行小波变换分解计算出暂态振动信号的小波能量熵值；

第三整定值M₁为吊罩式变压器的正常态与中等松动态分界点制动量，第三整定值M₁取变压器正常态和变压器中等松动态的暂态振动信号的小波能量熵的平均值。

本实施例的当判断吊罩式变压器的绕组松动时，则通过第三特征值对吊罩式变压器的绕组松动程度进行判断，

若第三特征值大于第三整定值M₁且小于第三整定值M₂，则吊罩式电力变压器绕组为中等松动状态；

若第三特征值大于第三整定值M₂，则吊罩式电力变压器故障；

第三整定值M₁为吊罩式变压器的正常态与中等松动态分界点制动量，第三整定值M₁取变压器正常态和变压器中等松动态的暂态振动信号的小波能量熵的平均值；

第三整定值M₂为吊罩式变压器中等松动态和变压器故障态分界点制动量，第三整定值M₂取变压器中等松动态和变压器故障态的暂态振动信号的小波能量熵的平均值。

本实施例的小波能量熵的计算公式为

上式，代表每层分解的高频信号能量值，代表暂态信号总能量值，N代表分解层数。

本实施例的第三整定值M₁和M₂至少有12组数据得到，小波能量熵通过小波变换得到。

本实施例的采样频率大于或等于15kHz，采样时间大于或等于5s。

本实施例在进行数据处理前，对振动信号消噪处理，滤除2000Hz以上信号。

本实施例的步骤4）中若第一特征值小于第一整定值且第二特征值大于2.5%，则吊罩式变压器绕组松动；

若所示第一特征值大于第一整定值或第二特征值小于2.5%，则吊罩式变压器绕组正常，此处的判定条件在2.5%到3%之间。

本实施例中步骤(2)中测量B相高压绕组电流取其峰值，与正常情况下采集的电流信号比较，选择两者峰值接近下的振动信号，误差不超过3%。

在某变压器股份有限公司进行实际110kV电力变压器故障模拟试验，试验变压器型号SFZ10-31500/110。该电力变压器基本参数如表1所示。

表1

额定容量

电压变比

联接组

空载损耗ΔP0

空载电流I0%

短路电压US%

短路损耗ΔPS

31500kVA

110/10.5kV

YN.d11

20.4kW

0.14

10.02

23.2kW

实验所用的振动传感器型号为JF2020，钳式电流互感器信号为CC65汉泰。

本实验电源由一组发电机组提供，为了安全起见，同时考虑电源容量限制，本次试验电压为20%的额定电压，加载在低压侧。因此，上述实施例中的测量B相高压绕组电流，实际测量b相低压绕组电流。用液压泵对变压器绕组调节预紧力，分别设置A相绕组松动50%，对应预紧力降为初始状态一半；A、B、C相绕组完全松开，对应三相绕组预紧力降为0。

不同松动程度的暂态振动信号对应各层IMF的瞬时幅值图如图3、4、5所示，采用本发明的方法，对变压器正常状态，A相绕组松动50%（变压器中等松动），A、B、C相绕组完全松开（变压器故障），各自进行四组实验，计算出分界点制动量整定值M₁为0.83，M₂为0.9。

以实际测量的3号测点为例。由图3、4、5分别计算得到第一特征，第二特征，如表2所示。

表2

特征	变压器正常状态	变压器中等松动	变压器故障
				第一特征	48.1	24.1	24.1
第二特征	0.1546	0.0598	0.0601

根据表2所检测的结果，验证了本发明所提变压器绕组是否松动方法的正确性；

进一步分析，借助小波分解和小波能量熵公式，计算得到变压器绕组正常状态，变压器中等松动，变压器故障三种状态对应小波熵值分别与整定值比较如表3所示。

表3

特征	变压器正常状态	变压器中等松动	变压器故障
				第三特征和整定值比较	0.7343<M 1	M 1<0.875<M 2	M 2<0.9351

根据表3所检测的结果，同样验证本发明所提变压器绕组松动程度检测方法的正确性；

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种检测吊罩式变压器绕组松动的方法，其特征在于执行如下步骤：

1）将安装有至少3个振动传感器的所述吊罩式变压器合闸，并启动所述振动传感器以及用于测量所述吊罩式变压器的B相高压绕组电流的电流互感器；

2）采集所述振动传感器的振动信号和B相高压绕组电流；

3）从所述振动信号中提取的暂态振动信号，对所述暂态振动信号进行希尔伯特-黄变换处理，得到第一特征值和第二特征值；

所述第一特征值为所述暂态振动信号的时间，第二特征值为所述暂态振动信号的第6阶IMF分量瞬时幅值平均值；

4)对所述吊罩式变压器的进行松动诊断，

若所述第一特征值小于第一整定值且所述第二特征值小于第二整定值，则所述吊罩式变压器绕组松动；

若所示第一特征值大于第一整定值或所述第二特征值大于第二整定值，则所述吊罩式变压器绕组正常；

所述第一整定值是所述吊罩式变压器绕组正常情况下的暂态时间；

所述第二整定值是所述吊罩式变压器绕组正常情况下的第6阶IMF分量瞬时幅值平均值。

2.如权利要求1所述的检测吊罩式变压器绕组松动的方法，其特征在于：当在步骤4）中确认所述吊罩式变压器的绕组松动时，则通过第三特征值进行松动程度判断，

若所述第三特征值小于第三整定值M₁，则将所述吊罩式变压器断开，并返回到步骤1），再次对所述吊罩式变压器进行松动诊断；

若所述第三特征值大于第三整定值M₁，则所述吊罩式变压器的绕组松动；

所述第三特征值为由暂态振动信号进行小波变换分解计算出所述暂态振动信号的小波能量熵值；

所述第三整定值M₁为所述吊罩式变压器的正常态与中等松动态分界点制动量，第三整定值M₁取所述吊罩式变压器的正常态与中等松动态的暂态振动信号的小波能量熵的平均值。

3.如权利要求1所述的检测吊罩式变压器绕组松动的方法，其特征在于：当判断所述吊罩式变压器的绕组松动时，则通过第三特征值对所述吊罩式变压器的绕组松动程度进行判断，

若所述第三特征值大于第三整定值M₁且小于第三整定值M₂，则所述吊罩式电力变压器绕组为中等松动状态；

若所述第三特征值大于第三整定值M₂，则所述吊罩式电力变压器故障；

所述第三整定值M₁为所述吊罩式变压器的正常态与中等松动态分界点制动量，第三整定值M₁取变压器正常态和变压器中等松动态的暂态振动信号的小波能量熵的平均值；

所述第三整定值M₂为所述吊罩式变压器中等松动态和变压器故障态分界点制动量，第三整定值M₂取变压器中等松动态和变压器故障态的暂态振动信号的小波能量熵的平均值。

4.如权利要求2或3所述的检测吊罩式变压器绕组松动的方法，其特征在于：所述第三整定值M₁和M₂至少有12组数据得到，所述小波能量熵通过小波变换得到。

5.如权利要求1所述的检测吊罩式变压器绕组松动的方法，其特征在于：所述采样频率大于或等于15kHz，所述采样时间大于或等于5s。

6.如权利要求1所述的检测吊罩式变压器绕组松动的方法，其特征在于：在进行希尔伯特-黄变换前，对振动信号消噪处理。

7.如权利要求1所述的检测吊罩式变压器绕组松动的方法，其特征在于：在步骤4）中若第一特征值小于第一整定值且第二特征值大于2.5%，则吊罩式变压器绕组松动；

若所示第一特征值大于第一整定值或第二特征值小于2.5%，则吊罩式变压器绕组正常，此处的判定条件在2.5%到3%之间。