CN105181120A - 一种高灵敏度的变压器绕组松动判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器绕组松动判定方法，属于电力变压器安全监测技术领域。该方法执行步骤如下：1）为频带变压器安装若干振动传感器；2）获取频带振动传感器的参比振动信号；3）将消噪后的参比振动信号特征频带范围量作为频带变压器的参考值4）判断频带变压器是否已有参考值，若有，则进入5）；若无，则进入1）；5）采集频带振动传感器的振动信号；6）将消噪后的振动信号特征频带范围量与参考值进行比较，以确定频带变压器绕组是否松动。本发明利用变压器空载合闸时的振动信号进行分析，实现了利用空载合闸时线路中产生的励磁涌流对绕组松动进行判断，提高了对绕组松动检测的灵敏度。

Description

一种高灵敏度的变压器绕组松动判定方法

技术领域

本发明涉及一种变压器绕组松动判定方法，属于电力变压器安全监测技术领域。

背景技术

由于外部短路冲击、年久老化等原因，绕组松动是变压器使用中常见缺陷，目前没有有效的在线诊断方法。变压器绕组松动本质上是预紧力的变小和振动信号的变化。振动法在线监测变压器绕组松动具有较好的灵敏度，且简单、方便。

电流产生的电动力会使绕组产生振动，且电动力的大小正比如电流的平方，现有技术一般是利用电流的稳态值来判断变压器绕组是否松动，但若电流变化不明显则部分轻微松动的情况则会被忽略。

所以更大的电流有利于振动特征的监测与提取，即有利于准确地发现更轻微松动。而变压器空载合闸时，会产生很大的励磁涌流，在极其严重的情况下，励磁涌流的暂态值可达到稳态空载电流的几百倍，励磁涌流虽然存在的时间很短，但是数值很大。但是空载合闸所产生的励磁涌流的大小并不仅仅取决于变压器的绕组是否松动，其大小所要考虑的因素包括了变压器的等值阻抗、铁芯内的剩磁大小、合闸时的初相角等众多因素，因此不能单方面从励磁涌流的大小来判断变压器是否有故障的存在。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种利用变压器空载合闸式产生的励磁涌流来实现的具有高灵敏度的变压器绕组松动判定方法。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种高灵敏度的变压器绕组松动判定方法，执行步骤如下：

1)为变压器安装振动传感器，设定采样频率和采样时间，并以预定低频范围和预定高频范围作为变压器的特征频带；

2)将合格状态的变压器空载合闸，在设定采样时间获取所述振动传感器设定频率的振动信号作为参比振动信号；

3)对参比振动信号进行消噪处理，将消噪后参比振动信号特征频带内的振动数值作为变压器参比值；

4)将未运行的变压器空载合闸，在设定采样时间采集所述振动传感器设定频率的振动信号作为实时振动信号；

5)对实时振动信号进行消噪处理，将消噪后实时振动信号特征频带的振动数值与所述参比值进行比较；

若所述实时振动信号特征频带的预定低频范围振动数值小于对应的参比值且所述实时振动信号特征频带范围的预定高频范围振动数值大于对应的参比值，则判定该变压器的绕组松动；

若所述实时振动信号特征频带的预定低频范围振动数值大于对应的参比值或所述实时振动信号特征频带的预定高频范围振动数值小于对应的参比值，则判定该变压器的绕组未松动。

上述技术方案的改进是步骤3)中通过如下方法获取参考值：根据步骤2)中的采样频率在0～5000Hz频带范围内，对消噪后的参比振动信号采用db3小波函数进行3层小波包分解，并得到所述参比振动信号的各频带能量值；各频带能量计算公式如下，

$E_{3i}=\∫{\left|W_{3i}\left(t\right)\right|}^{2}dt=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left|X_{3i}\left(k\right)\right|}^3$

其中，

W_3i(i＝0,1,…,7)为所述参比振动信号经过小波包分解后的各个频带范围；

E_3i(i＝0,1,…,7)为各个频带范围的能量值；

X_3i(k)(i＝0,1,…,7；k＝1,2,…,N)是所述参比振动信号的小波包重构信号各离散点的幅值，N为采样点数；

所述频带范围为0Hz～625Hz的能量值与所述参比振动信号的总能量值为低频范围特征值，所述频带范围为1250Hz～1875Hz的能量值与所述参比振动信号的总能量之比为高频范围特征值。

上述技术方案的改进是：所述预定低频的频率范围为0Hz～625Hz；所述预定高频的频率范围为1250Hz～1875Hz。

上述技术方案的改进是：所述振动传感器等间距的设置于在所述变压器的高压相柱与低压相柱之间。

上述技术方案的改进是：所述参比振动信号和/或所述振动信号通过连续至少3次的对所述变压器进行空载合闸操作时采集。

本发明的有益效果是：本发明利用变压器空载合闸时的振动信号进行分析，借由变压器空载合闸所产生的励磁涌流测得更为明显的振动信号，并借由能量百分比来构造特征量，以避免励磁涌流大小的确定因素众多而无法反应出绕组是否松动这一情况的出现，实现了利用励磁涌流对绕组松动进行判断，提高了对绕组松动检测的灵敏度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的原理图。

图2是本发明实施例的空载合闸实验系统。

图3是本发明实施例的小波包分解树结点与信号子空间频带之间的对应关系图。

图4是本发明实施例的参比振动信号的小波包分解图。

图5是本发明实施例的振动信号的小波包分解图。

图6是本发明实施例的正常装填与松动状态的振动信号频带能量柱状图。

具体实施方式

本实施例的一种高灵敏度的变压器绕组松动判定方法，该方法的原理如图1所示，该方法执行步骤如下：

1)在变压器的高压相柱(A、B、C)与低压相柱(a、b、c)之间安装至少3个振动传感器安装于变压器表面如图2所示的1、2、3位置上，振动传感器采用JF-2020压电式加速传感器，并为NICOLET7700采集仪设定采样频率和采样时间，根据不同情况设置不同的放大器和滤波水平等，设定采样频率和采样时间，本实施例中设定采样频率为10KHz，采样时间为10s；

2)将正常状态下的变压器进在空载状态下合闸，根据采样频率和采样时间获取振动传感器的参比振动信号；

3)对参比振动信号进行消噪处理，将消噪后的参比振动信号特征频带范围量作为变压器的参考值，参考值包括低频范围特征值和高频范围特征值；

4)判断变压器是否已有参考值，

若变压器已有参考值，则进入步骤5)对变压器进行绕组松动判定；

若变压器无参考值，则进入步骤1)进行参考值的设定；

5)将变压器在空载状态下合闸，根据设定好的采样频率和采样时间采集此时振动传感器的振动信号；

6)对振动信号进行消噪处理，将消噪后的振动信号特征频带范围量与参考值进行比较，以确定变压器绕组是否松动；

若振动信号特征频带范围量的低频范围特征值小于参考值的低频范围特征值且振动信号特征频带范围量的高频范围特征值大于参考值的高频范围特征值，则变压器的绕组松动；

若振动信号特征频带范围量的低频范围特征值大于参考值的低频范围特征值或振动信号特征频带范围量的高频范围特征值小于参考值的高频范围特征值，则变压器的绕组正常；

低频范围特征值的频带范围为0Hz～625Hz；

高频范围特征值的频带范围为1250Hz～1875Hz。

本实施例的步骤3)中通过如下方法获取参考值：根据步骤2)中的采样频率在0～5000Hz频带范围内，对消噪后的参比振动信号采用db3小波函数进行3层小波包分解，并得到参比振动信号的各频带能量值，从图3中可看出小波包分解树结点与信号子空间频带对应关系；各频带能量计算公式如下，

$E_{3i}=\∫{\left|W_{3i}\left(t\right)\right|}^{2}dt=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left|X_{3i}\left(k\right)\right|}^3$

其中，

W_3i(i＝0,1,…,7)为参比振动信号经过小波包分解后的各个频带范围；

E_3i(i＝0,1,…,7)为各个频带范围的能量值；

X_3i(k)(i＝0,1,…,7；k＝1,2,…,N)是参比振动信号的小波包重构信号各离散点的幅值，N为采样点数；

频带范围为0Hz～625Hz的能量值与参比振动信号的总能量值为低频范围特征值，频带范围为1250Hz～1875Hz的能量值与参比振动信号的总能量之比为高频范围特征值。

经过上述过程后参比振动信号的小波包分解图如图4所示，振动信号的小波包分解图如图5所示，而图6则是参比振动信号和振动信号各频带的能量的比较图。从图中可以看出参比振动信号(a正常)和振动信号(b松动)在特征频带范围的0～625Hz和1250Hz～1875Hz的差异明显。表1中给出了图3中八个频带占总能量百分比的具体数值。

表1

此外本实施例的参比振动信号和/或振动信号通过连续至少3次的对变压器进行空载合闸操作时采集。

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 (5)

1.一种高灵敏度的变压器绕组松动判定方法，其特征在于执行步骤如下：

1)为变压器安装振动传感器，设定采样频率和采样时间，并以预定低频范围和预定高频范围作为变压器的特征频带；

2)将合格状态的变压器空载合闸，在设定采样时间获取所述振动传感器设定频率的振动信号作为参比振动信号；

3)对参比振动信号进行消噪处理，将消噪后参比振动信号特征频带内的振动数值作为变压器参比值；

4)将未运行的变压器空载合闸，在设定采样时间采集所述振动传感器设定频率的振动信号作为实时振动信号；

5)对实时振动信号进行消噪处理，将消噪后实时振动信号特征频带的振动数值与所述参比值进行比较；

若所述实时振动信号特征频带的预定低频范围振动数值小于对应的参比值且所述实时振动信号特征频带范围的预定高频范围振动数值大于对应的参比值，则判定该变压器的绕组松动；

若所述实时振动信号特征频带的预定低频范围振动数值大于对应的参比值或所述实时振动信号特征频带的预定高频范围振动数值小于对应的参比值，则判定该变压器的绕组未松动。

2.如权利要求1所述的高灵敏度的变压器绕组松动判定方法，其特征在于步骤3)中通过如下方法获取参考值：根据步骤2)中的采样频率在0～5000Hz频带范围内，对消噪后的参比振动信号采用db3小波函数进行3层小波包分解，并得到所述参比振动信号的各频带能量值；各频带能量计算公式如下，

$E_{3i}=\∫{\left|W_{3i}\left(t\right)\right|}^{2}dt=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left|X_{3i}\left(k\right)\right|}^3$

其中，

W_3i(i＝0,1,…,7)为所述参比振动信号经过小波包分解后的各个频带范围；

E_3i(i＝0,1,…,7)为各个频带范围的能量值；

X_3i(k)(i＝0,1,…,7；k＝1,2,…,N)是所述参比振动信号的小波包重构信号各离散点的幅值，N为采样点数；

所述频带范围为0Hz～625Hz的能量值与所述参比振动信号的总能量值为低频范围特征值，所述频带范围为1250Hz～1875Hz的能量值与所述参比振动信号的总能量之比为高频范围特征值。

3.如权利要求1所述的高灵敏度的变压器绕组松动判定方法，其特征在于：所述预定低频的频率范围为0Hz～625Hz；所述预定高频的频率范围为1250Hz～1875Hz。

4.如权利要求1所述的高灵敏度的变压器绕组松动判定方法，其特征在于：所述振动传感器等间距的设置于在所述变压器的高压相柱与低压相柱之间。

5.如权利要求1所述的高灵敏度的变压器绕组松动判定方法，其特征在于：所述参比振动信号和/或所述振动信号通过连续至少3次的对所述变压器进行空载合闸操作时采集。