CN106291164A - 利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法及系统，方法步骤包括：检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号，根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数；将直流偏磁噪声特征参数和预设的直流偏磁噪声特征参数阈值比较，如果直流偏磁噪声特征参数超过直流偏磁噪声特征参数阈值，则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态；系统包括对应的噪声检测单元、噪声特征参数提取单元和直流偏磁状态判断单元。本发明具有无需改变设备运行状态，无需接触带电设备，检测操作安全性高，安全准确、不会造成误判、不依赖感官判断及工作人员运行经验、测试方便、节约人力和物力的优点。

Description

利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力安全监测技术领域，具体涉及一种利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法及系统。

背景技术

特高压换流站以单极大地回路方式运行时直流电流经接地中性点流入交流变压器引起直流偏磁问题。出现直流偏磁时，变压器励磁电流发生畸变并产生大量谐波，铁心磁通过饱和，引起变压器噪声与振动加剧，严重威胁变压器的安全运行。

为了对直流偏磁问题进行诊断，目前主要采用的方法包括变压器高压侧中性点电流检测法以及噪声检测法2种。中性点电流检测法直接对中性点直流进行检测，对直流偏磁状态判断的准确性较高，但在检测之前需要改变变压器中性点的运行方式，即将待检测主变中性点接地刀闸拉开并在接地端安装霍尔传感器，因此检测的实时性与安全性较差。现有的噪声检测方法采用声级计测量变压器声压级，通过直流偏磁前后变压器声压级的差异判断直流偏磁状态，该方法依赖感官判断，要求工作人员具有丰富的运行经验，在中性点直流较小时容易造成误判。此外，现有的检测方法均需要工作人员前往现场，由于受影响变电站数量多、分布广，该方法缺乏灵活性，容易造成人力与物力资源浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种无需改变设备运行状态，无需接触带电设备，检测操作安全性高，安全准确、不会造成误判、不依赖感官判断及工作人员运行经验、测试方便、节约人力和物力的利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法，步骤包括：

1）检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号；

2）根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数；

3）将直流偏磁噪声特征参数和预设的直流偏磁噪声特征参数阈值比较，如果直流偏磁噪声特征参数超过直流偏磁噪声特征参数阈值，则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态。

优选地，所述步骤2）中提取直流偏磁噪声特征参数时，所述直流偏磁噪声特征参数为噪声信号的奇偶次谐波比，所述奇偶次谐波比为频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值。

优选地，所述步骤1）中变压器指定的噪声检测点位于变压器不含冷却装置的一侧，且所述噪声检测点位于1/2变压器高度、距离变压器0.3m。

优选地，所述步骤3）中预设的直流偏磁噪声特征参数阈值的确定步骤包括：

S1）检测变压器是否处于直流偏磁状态，在变压器未出现直流偏磁状态下，检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号，根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数得到第一直流偏磁噪声特征参数，取出第一直流偏磁噪声特征参数的最大值；

S2）检测变压器是否处于直流偏磁状态，在变压器出现直流偏磁状态下，检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号，根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数得到第二直流偏磁噪声特征参数，取出第二直流偏磁噪声特征参数的最小值；

S3）在第一直流偏磁噪声特征参数的最大值、第二直流偏磁噪声特征参数的最小值之间选择直流偏磁噪声特征参数阈值作为预设的直流偏磁噪声特征参数阈值。

优选地，所述步骤S3）中选择直流偏磁噪声特征参数阈值时，选择的直流偏磁噪声特征参数阈值为第一直流偏磁噪声特征参数的最大值的1.1倍。

优选地，所述步骤S1）和S2）中检测变压器是否处于直流偏磁状态具体是指通过检测变压器的中性点是否存在直流电流来判断变压器的直流偏磁状态，如果变压器的中性点存在直流电流则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态。

一种利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的系统，包括：

噪声检测单元，用于检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号；

噪声特征参数提取单元，用于根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数；

直流偏磁状态判断单元，用于将直流偏磁噪声特征参数和预设的直流偏磁噪声特征参数阈值比较，如果直流偏磁噪声特征参数超过直流偏磁噪声特征参数阈值，则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态。

本发明利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法具有下述优点：

1、本法通过检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号，根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数，将直流偏磁噪声特征参数和预设的直流偏磁噪声特征参数阈值比较，如果直流偏磁噪声特征参数超过直流偏磁噪声特征参数阈值，则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态，通过噪声检测即可判断变压器直流偏磁状态，具有无需改变设备运行状态，无需接触带电设备，检测操作安全性高，安全准确、不会造成误判、不依赖感官判断及工作人员运行经验、测试方便、节约人力和物力的优点。

2、本发明利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法可以方便地与远程传输技术相结合，能够实现变压器直流偏磁状态的实时监测与预警，有利于提高变压器状态检修工作的自动化程度。

本发明利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的系统为本发明利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法完全对应的系统，因此同样也具有本发明利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法的前述优点，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例方法变压器直流偏磁前后噪声频谱对比图。

图3为本发明实施例方法变压器直流偏磁前后噪声特征参数对比图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法的步骤包括：

1）检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号；

2）根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数；

3）将直流偏磁噪声特征参数和预设的直流偏磁噪声特征参数阈值比较，如果直流偏磁噪声特征参数超过直流偏磁噪声特征参数阈值，则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态。

本实施例中，步骤2）中提取直流偏磁噪声特征参数时，直流偏磁噪声特征参数为噪声信号的奇偶次谐波比，奇偶次谐波比为变压器的噪声信号频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值。由于铁心的磁致伸缩以及绕组间的周期性电动力的交互作用，对于工频50Hz交流系统，变压器的噪声频谱主要集中在2kHz范围内的50Hz及其整数倍频率上，上述频率点的幅值变化能够反映出变压器的不同运行状态。变压器出现直流偏磁时或者负载电流谐波含量较高时，变压器噪声信号频谱的奇偶次谐波比将发生明显变化。但直流偏磁现象一般出现在220kV及以上变压器中，对于220kV变压器，其负载电流谐波含量较低，不足以引起变压器噪声信号频谱奇偶次谐波比的明显改变。

本实施例中，步骤1）中变压器指定的噪声检测点位于变压器不含冷却装置的一侧，且所述噪声检测点位于1/2变压器高度、距离变压器0.3m。变压器冷却装置噪声水平与变压器本体相当，变压器散热片对于噪声传播具有一定的阻挡作用，因此本实施例选择靠近变压器不含冷却装置的一侧布置噪声检测点能够降低冷却装置对变压器本体噪声信号检测的干扰。

本实施例中，步骤3）中预设的直流偏磁噪声特征参数阈值的确定步骤包括：

S1）检测变压器是否处于直流偏磁状态，在变压器未出现直流偏磁状态下，检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号，根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数得到第一直流偏磁噪声特征参数，取出第一直流偏磁噪声特征参数的最大值；

S2）检测变压器是否处于直流偏磁状态，在变压器出现直流偏磁状态下，检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号，根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数得到第二直流偏磁噪声特征参数，取出第二直流偏磁噪声特征参数的最小值；

S3）在第一直流偏磁噪声特征参数的最大值、第二直流偏磁噪声特征参数的最小值之间选择直流偏磁噪声特征参数阈值作为预设的直流偏磁噪声特征参数阈值。

直流偏磁前后变压器#1与变压器#2的噪声信号频谱变化情况如图2所示。直流偏磁前，变压器#1与变压器#2噪声频谱中几乎不含50Hz及其奇数倍频率，频率成分相对简单；发生直流偏磁后，变压器#1与变压器#2噪声频谱中出现大量50Hz及其奇数倍频率，频谱复杂度增加。因此，选取噪声信号奇偶次谐波比作为特征参数能够取得较好的判断效果。

为了实现对变压器直流偏磁状态的判断，在变压器中性点预先安装霍尔传感器检测是否存在直流电流。步骤S1）和S2）中检测变压器是否处于直流偏磁状态具体是指通过检测变压器的中性点是否存在直流电流来判断变压器的直流偏磁状态，如果变压器的中性点存在直流电流则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态。

本实施例中，假设s _n(i)(i=1,2,…,k)为变压器正常运行时噪声信号的第一直流偏磁噪声特征参数的值，k为信号总数，s _{n_max}为此时特征参数中的最大值；假设s _a(i)(i=1,2,…,m)为直流偏磁条件下变压器噪声信号的第二直流偏磁噪声特征参数的值，m为信号总数。步骤S3）中选择直流偏磁噪声特征参数阈值时，通过对比直流偏磁前后第一直流偏磁噪声特征参数s _n(i)(i=1,2,…,k)与第二直流偏磁噪声特征参数s _a(i)(i=1,2,…,m)的大小，选取直流偏磁噪声特征参数的判别阈值。例如，对变压器#1与变压器#2直流偏磁前噪声的特征参数进行计算，特征参数值s _n(i)分别为0.0162与0.1588，此时s _{n_max}为0.1588；对变压器#1与变压器#2直流偏磁后的噪声特征参数进行计算，特征参数值s _a(i)分别为0.7886与0.4743。直流偏磁后的噪声特征参数远大于直流偏磁前的噪声特征参数。

本实施例中，步骤S3）中选择直流偏磁噪声特征参数阈值时，选择的直流偏磁噪声特征参数阈值为第一直流偏磁噪声特征参数的最大值的1.1倍(即0.17468)。变压器#1、变压器#2直流偏磁前后直流偏磁噪声特征参数的对比情况如图3所示，通过选取未出现直流偏磁时第一直流偏磁噪声特征参数的最大值s _{n_max}的1.1倍(即0.17468)作为所述特征参数的直流偏磁判别阈值，可实现直流偏磁状态的判断。例如，对另一台处于直流偏磁状态变压器(变压器#3) 的噪声信号进行检测，假设变压器#3直流偏磁状态未知，此时计算变压器#3噪声信号的直流偏磁噪声特征参数为0.7639，由于变压器#3噪声信号的直流偏磁噪声特征参数大于1.1 s _{n_max} (即0.17468)，因此，认为变压器#3处于直流偏磁状态（参见图3），经过验证该结果与实际情况相符。进一步地，本实施例还采用GPRS无线通讯网络将检测结果远程传输至监测中心，从而实现变压器直流偏磁状态的远程监测判断。

本实施例利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法在具体实施时，是通过计算机程序来实现的，通过计算机程序来实现的利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的系统包括：

噪声检测单元，用于检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号；

噪声特征参数提取单元，用于根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数；

直流偏磁状态判断单元，用于将直流偏磁噪声特征参数和预设的直流偏磁噪声特征参数阈值比较，如果直流偏磁噪声特征参数超过直流偏磁噪声特征参数阈值，则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法，其特征在于步骤包括：

1）检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号；

2）根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数；

3）将直流偏磁噪声特征参数和预设的直流偏磁噪声特征参数阈值比较，如果直流偏磁噪声特征参数超过直流偏磁噪声特征参数阈值，则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态。

2.根据权利要求1所述利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法，其特征在于，所述步骤2）中提取直流偏磁噪声特征参数时，所述直流偏磁噪声特征参数为噪声信号的奇偶次谐波比，所述奇偶次谐波比为频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值。

3.根据权利要求2所述利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法，其特征在于，所述步骤1）中变压器指定的噪声检测点位于变压器不含冷却装置的一侧，且所述噪声检测点位于1/2变压器高度、距离变压器0.3m。

4.根据权利要求1或2或3所述利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法，其特征在于，所述步骤3）中预设的直流偏磁噪声特征参数阈值的确定步骤包括：

S1）检测变压器是否处于直流偏磁状态，在变压器未出现直流偏磁状态下，检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号，根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数得到第一直流偏磁噪声特征参数，取出第一直流偏磁噪声特征参数的最大值；

S2）检测变压器是否处于直流偏磁状态，在变压器出现直流偏磁状态下，检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号，根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数得到第二直流偏磁噪声特征参数，取出第二直流偏磁噪声特征参数的最小值；

S3）在第一直流偏磁噪声特征参数的最大值、第二直流偏磁噪声特征参数的最小值之间选择直流偏磁噪声特征参数阈值作为预设的直流偏磁噪声特征参数阈值。

5.根据权利要求4所述利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法，其特征在于，所述步骤S3）中选择直流偏磁噪声特征参数阈值时，直流偏磁噪声特征参数阈值为第一直流偏磁噪声特征参数的最大值的1.1倍。

6.根据权利要求4所述利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的方法，其特征在于，所述步骤S1）和S2）中检测变压器是否处于直流偏磁状态具体是指通过检测变压器的中性点是否存在直流电流来判断变压器的直流偏磁状态，如果变压器的中性点存在直流电流则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态。

7.一种利用噪声检测判断变压器直流偏磁状态的系统，其特征在于包括：

噪声检测单元，用于检测变压器指定的噪声检测点的噪声信号；

噪声特征参数提取单元，用于根据噪声信号提取直流偏磁噪声特征参数；

直流偏磁状态判断单元，用于将直流偏磁噪声特征参数和预设的直流偏磁噪声特征参数阈值比较，如果直流偏磁噪声特征参数超过直流偏磁噪声特征参数阈值，则判定变压器处于直流偏磁状态，否则判定变压器处于正常状态。