CN105954615A - 一种变压器短路后的状态评估方法及评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器短路后的状态评估方法，包括：S1.获取变压器短路故障时的故障参数，并根据故障参数计算变压器的故障评分值；S2.对变压器进行状态测试，获取该变压器发生故障后的状态参数，并根据状态参数计算变压器的状态评分值；S3.根据故障评分值和状态评分值计算变压器的综合评分值，并根据预设的综合评估标准确定变压器的状态。和该方法对应的状态评估系统，包括被评估变压器、状态参数测试模块、历史状态参数数据库、故障参数数据库、评估模块；被评估变压器与状态参数测试模块连接，状态参数测试模块、历史状态参数数据库、故障参数数据库分别与评估模块连接。本发明具有评估效率高、评估结果准确、可靠性高的优点。

Description

一种变压器短路后的状态评估方法及评估系统

技术领域

本发明涉及一种变压器评估方法及评估系统，尤其涉及一种变压器短路后的状态评估方法及评估系统。

背景技术

变压器是电网的核心设备之一，其稳定、可靠运行将对电力系统意义重大。由于受到设计、制造的工艺水平及运营维护水平限制，或系统故障，变压器的损坏时有发生。统计表明，随着电网的迅猛发展，电力系统短路容量增加，近区短路故障的大电流冲击是近年来造成变压器损坏的主要原因。受到近区短路时大电流下的电动力和机械力的作用，变压器绕组将发生变形，绕组变形后可能引起局部放电，在局部放电的长期作用下，变压器绝缘损伤部位逐渐扩大，最终导致变压器的绝缘发生击穿。同时，当设备遭受过电压时，绕组很有可能发生匝间短路而导致变压器绝缘击穿。因而判断分析变压器遭受短路冲击的情况及其受损情况，对掌握变压器状况，合理决定检修决策具有重要意义。

对于遭受短路冲击的变压器，通常需要对故障进行分析并采取多种试验手段对其健康状况进行诊断。变压器绕组发生变形后，绕组的尺寸及其相对位置将发生改变，与其直接相关的变压器短路阻抗、绕组等值电容量、电压比也将发生改变。同时，变压器受到短路冲击后，等效电路中单位长度的电感和电容必然发生改变，其频率响应特性也将发生变化，因而当下通常进行频率响应测试、短路阻抗测试、电容量测试及电压比测试以判断变压器绕组的变形情况，根据设备的历史运行数据、经受短路的情况等进行综合分析判断。目前的评估模式通常是对单一的状态参数进行评估，通过故障录波与保护等信息对故障进行分析判断，进而从PMS系统(设备(资产)运维精益管理系统)中导出相应变压器的大量试验数据进行分析比较，以上过程均由人工完成，过程繁杂，因而效率低下且准确性难以得到有效保证，难以适应当前电网停电时间限制、高可靠性以及事故严重性等情况的要求。

软件技术的迅速发展为以上流程提供了简单易行的可能，但目前电力设备状态评估在软件方面的发展还处于起步阶段。综合考虑变压器的短路情况、历史试验数据、故障后试验数据等内容，设计一套科学的近区短路后状态评估方法及评估系统，确保评估过程和结果的正确性并提高评估效率是当前亟需解决的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种评估效率高、评估结果准确、可靠性高的变压器短路后的状态评估方法及评估系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种变压器短路后的状态评估方法，包括如下步骤：

S1.获取变压器短路故障时的故障参数，并根据所述故障参数计算变压器的故障评分值；

S2.对变压器进行状态测试，获取该变压器发生故障后的状态参数，并根据所述状态参数计算变压器的状态评分值；

S3.根据所述故障评分值和状态评分值计算变压器的综合评分值，并根据预设的综合评估标准确定变压器的状态。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1的具体步骤包括：

S1.1.获取变压器故障参数的各故障分量；

S1.2.根据预设的故障分量评分标准，确定各故障分量的评分值；

S1.3.对各故障分量的评分值按式(1)所示进行加权求和，计算得到所述故障评分值，

$E=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i{e}_i---\left(1\right)$

式(1)中，E为故障评分值，n为故障分量个数，λ_i为预设的故障分量的加权系数，e_i为故障分量的评分值。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2的具体步骤包括：

S2.1.通过对变压器进行状态测试，获取状态参数中各状态参数分量的当前值；

S2.2.获取变压器故障前的各状态参数分量的历史值；

S2.3.计算所述状态参数分量的当前值与状态参数分量的历史值的差值；

S2.4.根据预设的状态参数分量评分标准，确定各状态参数分量的差值的评分值；

S2.5.对各状态参数分量的差值的评分值按式(2)加权求和，计算各状态参数分量的评分值，

$s=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_j{d}_j---\left(2\right)$

式(2)中，s为状态参数分量的评分值，m为状态参数分量的历史值的个数，ω_j为预设的状态参数分量的差值的评分值的加权系数，d_j为状态参数分量的差值的评分值；

S2.6.对各状态参数分量的评分值按式(3)加权求和，计算得到所述状态评分值，

$S=\underset{k=1}{\overset{h}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_k{s}_k---\left(3\right)$

式(3)中，S为状态评分值，s_k为状态参数分量的评分值，h为状态参数分量的个数，β_k为预设的状态参数分量的加权系数。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中故障参数的故障分量包括所述变压器短路时的短路电流幅值和短路持续时间；所述步骤S2中的状态分量包括频率响应分量、短路阻抗分量、电容量分量和电压比分量。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3的具体步骤包括：计算所述故障评分值与状态评分值之和，得到变压器的综合评分值，并判断所述综合评分值在预设的综合评估标准中的区间，确定变压器的状态。

作为本发明的进一步改进，所述式(2)中的加权系数满足式(4)所示公式，

$\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_j=1---\left(4\right)$

所述式(1)和式(3)中的加权系数满足式(5)所示公式，

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i+\underset{k=1}{\overset{h}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_k=1---\left(5\right).$

一种变压器短路后的状态评估系统，包括被评估变压器、状态参数测试模块、历史状态参数数据库、故障参数数据库、评估模块；所述被评估变压器与状态参数测试模块连接，所述状态参数测试模块、历史状态参数数据库、故障参数数据库分别与所述评估模块连接。所述

作为本发明的进一步改进，所述状态参数测试模块包括频率响应测试模块、和/或短路阻抗测试模块、和/或电容量测试模块、和/或电压比测试模块。

作为本发明的进一步改进，所述评估模块包括：评估指标库、故障评估子模块、状态评估子模块和综合评估子模块；所述评估指标库分别与所述故障评估子模块、状态评估子模块和综合评估子模块连接；所述状态评估子模块分别与所述历史状态参数数据库和状态参数测试模块连接；所述故障评估子模块与所述故障参数数据库连接。

作为本发明的进一步改进，所述历史状态参数数据库为PMS系统数据库；所述故障参数数据库为变压器在线监测系统数据库。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明综合考虑了变压器故障时的故障参数，以及变压器变故前后的状态参数变化情况，评估结果准确，可靠性高；且具有评估效率高的优点。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明实施例预设的评分标准图。

图3为本发明实施例变压器状态评估标准图。

图4为本发明的结构示意图。

图例说明：1、被评估变压器；2、状态参数测试模块；3、历史状态参数数据库；4、故障参数数据库；5、评估模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例一种变压器短路后的状态评估方法，包括如下步骤：S1.获取变压器短路故障时的故障参数，并根据故障参数计算变压器的故障评分值；S2.对变压器进行状态测试，获取该变压器发生故障后的状态参数，并根据状态参数计算变压器的状态评分值；S3.根据故障评分值和状态评分值计算变压器的综合评分值，并根据预设的综合评估标准确定变压器的状态。

在本实施例中，步骤S1的具体步骤为：S1.1.获取变压器故障参数的各故障分量；S1.2.根据预设的故障分量评分标准，确定各故障分量的评分值；S1.3.对各故障分量的评分值按式(1)所示进行加权求和，计算得到故障评分值，

$E=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i{e}_i---\left(1\right)$

式(1)中，E为故障评分值，n为故障分量个数，λ_i为预设的故障分量的加权系数，e_i为故障分量的评分值。

在本实施例中，步骤S1中故障参数的故障分量为所述变压器短路时的短路电流幅值和短路持续时间。短路电流幅值和短路持续时间通过变压器运行在线监测系统获取。当然，可以根据评估的需要，还可以选择其它的故障分量。在本实施例中，短路电流幅值和短路持续时间的获取方法为：获取变压器发生短路时在线监测系统所监测的数据，该数据包括变压器的保护出口、开关动作情况及高压、中压和低压三侧的电压和电流的故障录波图，根据该保护出口及开关动作情况确定该变压器发生短路的时间段；对该时间段内的电压和电流的故障录波图进行数据预处理，消除原始录波图数据中因存在的扰动、涌流等复杂情况而产生的噪声，以及非故障情况下的波形数据，从而得到真正反映故障时的电压和电流的故障录波数据，并进行分析处理，获取短路电流幅值和短路持续时间，短路电流幅值为故障录波图中对应故障时的短路电流的峰值。

如图2所示，在本实施例中，以In表示变压器的额定电流，故障分量的评分标准为：若短路电流幅值大于5In，则短路电流评分值为30分；若短路电流小于等于5In，且大于4In，则短路电流评分值为50分；若短路电流小于等于4In，且大于3In，则短路电流评分值为60分；若短路电流小于等于3In，且大于2In，则短路电流评分值为80分；若短路电流小于等于2In，且大于1In，则短路电流评分值为90分。若短路持续时间小于1.5秒，则短路持续时间评分值为80分；若短路持续时间大于等于1.5秒，且小于2秒，则短路持续时间评分值为60分；若短路持续时间大于等于2秒，且小于3秒，则短路持续时间评分值为30分；若短路持续时间大于等于3秒，且小于4秒，则短路持续时间评分值为10分；若短路持续时间大于等于4秒，则短路持续时间评分值为0分。当然，也可以根据实际情况设定不同的评分标准。

在本实施例中，步骤S2的具体步骤为：S2.1.通过对变压器进行状态测试，获取状态参数中各状态参数分量的当前值；S2.2.获取变压器故障前的各状态参数分量的历史值；S2.3.计算状态参数分量的当前值与状态参数分量的历史值的差值；S2.4.根据预设的状态参数分量评分标准，确定各状态参数分量的差值的评分值；S2.5.对各状态参数分量的差值的评分值按式(2)加权求和，计算各状态参数分量的评分值，

$s=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_j{d}_j---\left(2\right)$

式(2)中，s为状态参数分量的评分值，m为状态参数分量的历史值的个数，ω_j为预设的状态参数分量的差值的评分值的加权系数，d_j为状态参数分量的差值的评分值；S2.6.对各状态参数分量的评分值按式(3)加权求和，计算得到状态评分值，

$S=\underset{k=1}{\overset{h}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_k{s}_k---\left(3\right)$

式(3)中，S为状态评分值，s_k为状态参数分量的评分值，h为状态参数分量的个数，β_k为预设的状态参数分量的加权系数。

在本实施例中，步骤S2中的状态参数分量包括：频率响应分量、短路阻抗分量、电容量分量和电压比分量。当然，也可以根据评估需求，选择其它的状态分量。在本实施例中，状态参数分量的历史值可通过PMS系统(设备(资产)运维精益管理系统)中所记载的对相应变压器所进行的历史测试数据而获得。

状态参数分量的历史值可以为任意多个，在本实施例中，通过测试可获得变压器的频率响应分量的当前值p，并选择PMS系统中所记载的频率响应分量的5个历史值op_j(j＝1,2,3,4,5)，分别计算当前值与历史值的差值得到5个频率响应分量的差值Δp_j(j＝1,2,3,4,5)，计算差值与历史值的比值，当该比值超过预设的评分指标阈值时，该差值的评分值为0分，否则记为100分。即本实施例中，预设的状态参数分量评分标准为：当差值与历史值的比值超过预设的指标阈值时，该项评分值为0分，否则为100分。对5个差值的评分值按照式(2)进行加权求和，计算得到频率响应分量的评分值。同理，计算短路阻抗分量、电容量分量和电压比分量的评分值，并对4个状态参数分量的评分值按照式(3)进行加权求和，计算得到变压器的状态评分值。

在本实施例中，式(2)中的加权系数满足式(4)所示公式，

$\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_j=1---\left(4\right)$

式(1)和式(3)中的加权系数满足式(5)所示公式，

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i+\underset{k=1}{\overset{h}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_k=1---\left(5\right).$

在本实施例中，对于频率响应分量的5个差值的评分值，其加权系数可选择均为0.2，即ω_j＝0.2(j＝1,2,3,4,5)。当然，也可以采用有差别的加权系数，对以时间较早的历史值计算得到的差值的评分值，采用较大的加权系数，对时间较晚的历史值计算得到的差值的评分值，采用较小的加权系数。在变压器的使用生命周期中，各器件的老化、故障是逐步发生的，随着变压器使用时间的延长，状态测试得到的测试值所表征的变压器的状态也是一个由好逐渐变差的变化过程。因此，最初始的状态测试的测试值最能真实反映变压器的完好状态。通过有差别的加权系统，从而保证本发明状态参数分量的评分值真实、准确。

如图2所示，在本实施例中，故障分量短路电流幅值和短路持续时间的评分值的加权系统均为0.2，即λ_i＝0.2(i＝1,2)，状态参数分量中频率响应分量、短路阻抗分量、电容量分量和电压比分量的评分值的加权系统均为0.15，即β_k＝0.15(k＝1,2,3,4)。

如图3所示，在本实施例中，根据变压器的综合评分值评估确定变压器的状态。当综合评分值小于60分时，评估变压器的状态为严重故障；当综合评分值大于等于60分且小于70分时，评估变压器的状态为异常；当综合评分值大于等于70分且小于85分时，评估变压器的状态为注意，表明变压器可使用，但需要特别注意变压器状态；当综合评分值大于等于85分时，评估变压器的状态为正常。

如图4所示，本实施例一种变压器短路后的状态评估系统，包括被评估变压器1、状态参数测试模块2、历史状态参数数据库3、故障参数数据库4、评估模块5；被评估变压器1与状态参数测试模块2连接，状态参数测试模块2、历史状态参数数据库3、故障参数数据库4分别与评估模块5连接。状态参数测试模块2用于对被评估变压器1进行状态参数测试，获取并向评估模块5发送被评估变压器1的状态参数。历史状态参数数据库3用于提供被评估变压器1的历史状态参数数据。故障参数数据库4用于提供被评估变压器1在发生短路故障时的故障参数。评估模块5用于根据状态参数测试模块2提供的状态参数测试结果、历史状态参数数据库3提供的历史状态参数数据、故障参数数据库4提供的故障参数，对被评估变压器1进行评分，并根据评分值确定被评估变压器1的状态。

在本实施例中，状态参数测试模块2包括频率响应测试模块、和/或短路阻抗测试模块、和/或电容量测试模块、和/或电压比测试模块。包括但不限于本实施例中所例举的状态参数测试模块2，可以根据实际需求，选择一个或多个测试模块，对变压器进行状态参数测试。

在本实施例中，评估模块5包括：评估模块5包括：评估指标库、故障评估子模块、状态评估子模块和综合评估子模块；评估指标库分别与故障评估子模块、状态评估子模块和综合评估子模块连接；状态评估子模块分别与历史状态参数数据库3和状态参数测试模块2连接；故障评估子模块与故障参数数据库4连接。

评估指标库存储了如图2所示的评分标准和加权系数，评分标准包括故障分量评分标准和状态参数分量评分标准。

故障评估子模块通过获取故障参数数据库4中所记载的故障参数，根据评估指标库中的评分标准计算各故障分量的评分值，并对故障分量的评分值按式(1)进行加权求和得到故障评分值。

状态评估子模块获取状态参数测试模块2测试得到的状态参数当前值，并从历史状态参数数据库3读取历史值，计算当前值与历史值的差值，并根据评估指标库中的评分标准计算各差值的评分值，并对各差值的评分值按式(2)进行加权求和计算各状态参数分量的评分值，并按式(3)进行加权求和计算变压器的状态评分值。

综合评估子模块对故障评分值和状态评分值求和，计算得到综合评分值，并判断该综合评分值在预设的综合评估标准确定变压器的状态。评估模块5通过显示器、或者打印机等输出设备将评估结果进行输出，供评估人员进行参考。评估结果包括最终确定的变压器的状态和综合评分值，也包括故障评分值、状态评分值、故障分量的评分值和状态分量的评分值。

在本实施例中，历史状态参数数据库3为PMS系统数据库；故障参数数据库4为变压器在线监测系统数据库。变压器在线监测系统数据库中还包括数据预处理模块，用于对在线监测系统数据库中所记录的电压和电流的故障录波图数据进行预处理，消除因存在扰动、涌流等复杂情况而产生的噪声，以及非故障情况下的数据，得到真正故障状态下的短路电流幅值和短路持续时间等故障电压和电流数据，从而保证评估的结果更加准确。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种变压器短路后的状态评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.获取变压器短路故障时的故障参数，并根据所述故障参数计算变压器的故障评分值；

S2.对变压器进行状态测试，获取该变压器发生故障后的状态参数，并根据所述状态参数计算变压器的状态评分值；

S3.根据所述故障评分值和状态评分值计算变压器的综合评分值，并根据预设的综合评估标准确定变压器的状态。

2.根据权利要求1所述的变压器短路后的状态评估方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤包括：

S1.1.获取变压器故障参数的各故障分量；

S1.2.根据预设的故障分量评分标准，确定各故障分量的评分值；

S1.3.对各故障分量的评分值按式(1)所示进行加权求和，计算得到所述故障评分值，

$E=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i{e}_i---\left(1\right)$

式(1)中，E为故障评分值，n为故障分量个数，λ_i为预设的故障分量的加权系数，e_i为故障分量的评分值。

3.根据权利要求2所述的变压器短路后的状态评估方法，其特征在于：所述步骤S2的具体步骤包括：

S2.1.通过对变压器进行状态测试，获取状态参数中各状态参数分量的当前值；

S2.2.获取变压器故障前的各状态参数分量的历史值；

S2.3.计算所述状态参数分量的当前值与状态参数分量的历史值的差值；

S2.4.根据预设的状态参数分量评分标准，确定各状态参数分量的差值的评分值；

S2.5.对各状态参数分量的差值的评分值按式(2)加权求和，计算各状态参数分量的评分值，

$s=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_j{d}_j---\left(2\right)$

式(2)中，s为状态参数分量的评分值，m为状态参数分量的历史值的个数，ω_j为预设的状态参数分量的差值的评分值的加权系数，d_j为状态参数分量的差值的评分值；

S2.6.对各状态参数分量的评分值按式(3)加权求和，计算得到所述状态评分值，

$S=\underset{k=1}{\overset{h}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_k{s}_k---\left(3\right)$

式(3)中，S为状态评分值，s_k为状态参数分量的评分值，h为状态参数分量的个数，β_k为预设的状态参数分量的加权系数。

4.根据权利要求3所述的变压器短路后的状态评估方法，其特征在于：所述步骤S1中故障参数的故障分量包括所述变压器短路时的短路电流幅值和短路持续时间；所述步骤S2中的状态分量包括频率响应分量、短路阻抗分量、电容量分量和电压比分量。

5.根据权利要求4所述的变压器短路后的状态评估方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤包括：计算所述故障评分值与状态评分值之和，得到变压器的综合评分值，并判断所述综合评分值在预设的综合评估标准中的区间，确定变压器的状态。

6.根据权利要求5所述的变压器短路后的状态评估方法，其特征在于：所述式(2)中的加权系数满足式(4)所示公式，

$\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_j=1---\left(4\right)$

所述式(1)和式(3)中的加权系数满足式(5)所示公式，

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i+\underset{k=1}{\overset{h}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_k=1---\left(5\right).$

7.一种变压器短路后的状态评估系统，其特征在于：包括被评估变压器(1)、状态参数测试模块(2)、历史状态参数数据库(3)、故障参数数据库(4)、评估模块(5)；所述被评估变压器(1)与状态参数测试模块(2)连接，所述状态参数测试模块(2)、历史状态参数数据库(3)、故障参数数据库(4)分别与所述评估模块(5)连接。

8.根据权利要求7所述的变压器短路后的状态评估系统，其特征在于：所述状态参数测试模块(2)包括频率响应测试模块、和/或短路阻抗测试模块、和/或电容量测试模块、和/或电压比测试模块。

9.根据权利要求8所述的变压器短路后的状态评估系统，其特征在于，所述评估模块(5)包括：评估指标库、故障评估子模块、状态评估子模块和综合评估子模块；所述评估指标库分别与所述故障评估子模块、状态评估子模块和综合评估子模块连接；所述状态评估子模块分别与所述历史状态参数数据库(3)和状态参数测试模块(2)连接；所述故障评估子模块与所述故障参数数据库(4)连接。

10.根据权利要求7至9任一项所述的变压器短路后的状态评估系统，其特征在于：所述历史状态参数数据库(3)为PMS系统数据库；所述故障参数数据库(4)为变压器在线监测系统数据库。