CN106679558A - 一种变压器绕组变形的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器绕组变形的评价方法，包括以下步骤：1)获取待评价变压器绕组所处环境的温度信息，计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)，N为待评价变压器绕组的传递函数幅度系列的长度；2)计算正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)；3)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy；4)计算待评价变压器绕组在各频段的相关系数；5)计算标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值；6)根据标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值评价变压器绕组的变形程度，该方法能够准确评价变压器绕组的变形。

Description

一种变压器绕组变形的评价方法

技术领域

本发明属于电力变压器故障检测技术领域，涉及一种变压器绕组变形的评价方法。

背景技术

电力变压器时电力系统中十分重要和昂贵的设备之一。它的运行状况不仅影响其本身的安全，而且影响着整个电力系统运行的稳定性和可靠性。长期以来，电力变压器的安全、可靠运行一直受到电力运行和管理部门的普遍重视，这也是系统安全、稳定和经济运行的重要指标。随着国民经济的快速发展，人们对电的需求越来越大，电力变压器所发挥的作用也日益重要，并且朝着电压等级和容量更大的方向发展。实际运行统计结果表明，约25％的变压器故障由绕组变形引起，可靠、准确地检测出变压器绕组变形对于降低电力变压器事故发生率、保障变压器安全运行具有重要意义。目前，世界各国都在积极开展变压器绕组变形诊断工作，国内外常用的测试绕组变形的方法有频率响应分析法以及短路阻抗法等，其中频率响应分析法因具有检测灵敏度高、现场使用方便、可在变压器不吊罩的情况下判断变压器绕组变形等优点，成为我国目前最常用、最有效的检测绕组变形的手段之一。

频率响应分析法检测变压器绕组变形是将一扫频信号从变压器绕组的一端输入，在另一端检测响应信号，并将响应信号的振幅和相位作为频率的函数绘出频响曲线。变压器绕组在较高频率的电压作用下，每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感(互感)、电容分布参数构成的无源线性双端口网络。如果绕组发生变形，绕组内部的分布电感、电容等参数必然改变，导致其等效网络的传递函数H(jω)的零点和极点发生变化，从而使网络的频率响应特性发生变化。其频率响应特性采用扫频检测方式获得。当变压器绕组发生变形或位移等现象时，其变形位置所在的线匝对地电容或其他线匝的电容以及自身的电感也会发生变化，其频率响应特性也随之改变，即频率响应发生幅度变化和频响曲线的谐振点发生改变。故可以通过比较变压器绕组的频响特性来诊断变压器绕组是否变形。

目前对频率响应的分析方法主要是基于幅频响应曲线的分析，通过对绕组的幅频响应曲线进行纵、横向比较，并综合考虑变压器遭受短路冲击的情况、变压器结构、电气试验及油中溶解气体分析等因素，为直观地反映变压器绕组的变形情况，多采用相关系数法定量计算出两条频响曲线的相似程度，据此对变压器绕组是否变形及其变形程度进行判断。然而，考虑到变压器绕组频响曲线的零极点、谐振点分布等特性与绕组内部的电感、电容分布参数密切相关，而上述分布参数值又随着温度的变化而变化，即变压器绕组的频率响应特性与温度密切相关，考虑温度的影响，在实际频响曲线分析中，但是当前普遍采用的确定阈值判断方法存在一定误差，因此急需一种能够准确评价变压器绕组变形的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种变压器绕组变形的评价方法，该方法能够准确评价变压器绕组的变形。

为达到上述目的，本发明所述的变压器绕组变形的评价方法包括以下步骤：

1)获取待评价变压器绕组所处环境的温度信息，并通过频率响应分析法检测待评价变压器绕组的频率响应特性数据，然后再根据待评价变压器绕组的频率响应特性数据计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)，其中，k＝0,1,...N-1，N为待评价变压器绕组的传递函数幅度系列的长度；

2)根据正常变压器绕组的结构参数建立正常变压器绕组的等效电路模型，再根据正常变压器绕组的模型计算正常变压器绕组的频率响应特性数据，然后根据正常变压器绕组的频率响应特性数据计算正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)；

3)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy；

4)根据待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy计算待评价变压器绕组在各频段的相关系数；

5)通过步骤1)获取得到的待评价变压器绕组所处环境的温度信息对待评价变压器绕组在各频段内的相关系数进行修正，得标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值；

6)根据标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值评价变压器绕组的变形程度。

步骤3)的具体操作为：

31)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)的标准方差D_x，并计算正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的标准方差D_y；

32)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的协方差C_xy；

33)根据待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)的标准方差D_x、正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的标准方差D_y、以及待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的协方差C_xy计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy。

待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)的标准方差D_x为：

正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的标准方差D_y为：

待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的协方差C_xy为：

待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy的表达式为：

标准温度下待评价变压器绕组在1kHz-100kHz之间的相关系数折算值R_LF的表达式为：

R_LF＝R_LFO-K_RL·ΔT

其中，R_LFO为待评价变压器绕组在在1kHz-100kHz之间的相关系数。ΔT＝T-T₀，T为待评价变压器绕组所处环境的温度，T₀为标准温度，T₀为20℃，K_RL＝0.01；

标准温度下待评价变压器绕组在100kHz-600kHz之间的相关系数折算值R_MF的表达式为：

R_MF＝R_MF0-K_RM·ΔT

其中，R_MF0为待评价变压器绕组在100kHz-600kHz之间的相关系数,K_RM＝0.01；

标准温度下待评价变压器绕组在600kHz-1000kHz之间的相关系数折算值R_HF的表达式为：

R_HF＝R_HF0-K_RH·ΔT

其中，R_HF0为待评价变压器绕组在600kHz-1000kHz之间的相关系数,K_RH＝0.02。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的变压器绕组变形的评价方法在具体操作时，在频率响应分析法的基础上计算待评价变压器绕组在各频段的相关系数，通过待评价变压器绕组所处环境的温度信息对待评价变压器绕组在各频段内的相关系数进行修正，得标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值，减少采用确定阈值判断方法时产生的误判，然后根据标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值评价变压器绕组的变形程度，从而有效的提高评价变压器绕组变形的准确性，操作较为简单。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的变压器绕组变形的评价方法包括以下步骤：

1)获取待评价变压器绕组所处环境的温度信息，并通过频率响应分析法检测待评价变压器绕组的频率响应特性数据，然后再根据待评价变压器绕组的频率响应特性数据计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)，其中，k＝0,1,...N-1，N为待评价变压器绕组的传递函数幅度系列的长度；

2)根据正常变压器绕组的结构参数建立正常变压器绕组的等效电路模型，再根据正常变压器绕组的模型计算正常变压器绕组的频率响应特性数据，然后根据正常变压器绕组的频率响应特性数据计算正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)；

3)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy；

4)根据待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy计算待评价变压器绕组在各频段的相关系数；

5)通过步骤1)获取得到的待评价变压器绕组所处环境的温度信息对待评价变压器绕组在各频段内的相关系数进行修正，得标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值；

6)根据标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值评价变压器绕组的变形程度。

步骤3)的具体操作为：

31)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)的标准方差D_x，并计算正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的标准方差D_y；

32)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的协方差C_xy；

33)根据待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)的标准方差D_x、正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的标准方差D_y、以及待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的协方差C_xy计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy。

其中，待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)的标准方差D_x为：

正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的标准方差D_y为：

待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的协方差C_xy为：

待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy的表达式为：

标准温度下待评价变压器绕组在1kHz-100kHz之间的相关系数折算值R_LF的表达式为：

R_LF＝R_LFO-K_RL·ΔT

其中，R_LF0为待评价变压器绕组在在1kHz-100kHz之间的相关系数。ΔT＝T-T₀，T为待评价变压器绕组所处环境的温度，T₀为标准温度，T₀为20℃，K_RL＝0.01；

标准温度下待评价变压器绕组在100kHz-600kHz之间的相关系数折算值R_MF的表达式为：

R_MF＝R_MF0-K_RM·ΔT

其中，R_MF0为待评价变压器绕组在100kHz-600kHz之间的相关系数,K_RM＝0.01；

标准温度下待评价变压器绕组在600kHz-1000kHz之间的相关系数折算值R_HF的表达式为：

R_HF＝R_HF0-K_RH·ΔT

其中，R_HF0为待评价变压器绕组在600kHz-1000kHz之间的相关系数,K_RH＝0.02。

根据国家标准提供的“相关系数与变压器绕组变形程度关系”表判断变压器绕组的变形程度，表1为相关系数与变压器绕组变形程度的关系。

表1

Claims (7)

1.一种变压器绕组变形的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取待评价变压器绕组所处环境的温度信息，并通过频率响应分析法检测待评价变压器绕组的频率响应特性数据，然后再根据待评价变压器绕组的频率响应特性数据计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)，其中，k＝0,1,...N-1，N为待评价变压器绕组的传递函数幅度系列的长度；

2)根据正常变压器绕组的结构参数建立正常变压器绕组的等效电路模型，再根据正常变压器绕组的模型计算正常变压器绕组的频率响应特性数据，然后根据正常变压器绕组的频率响应特性数据计算正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)；

3)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy；

4)根据待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy计算待评价变压器绕组在各频段的相关系数；

5)通过步骤1)获取得到的待评价变压器绕组所处环境的温度信息对待评价变压器绕组在各频段内的相关系数进行修正，得标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值；

6)根据标准温度下待评价变压器绕组在各频段内的相关系数折算值评价变压器绕组的变形程度。

2.根据权利要求1所述的变压器绕组变形的评价方法，其特征在于，步骤3)的具体操作为：

31)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)的标准方差D_x，并计算正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的标准方差D_y；

32)计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的协方差C_xy；

33)根据待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)的标准方差D_x、正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的标准方差D_y、以及待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的协方差C_xy计算待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy。

3.根据权利要求2所述的变压器绕组变形的评价方法，其特征在于，待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)的标准方差D_x为：

$D_x=\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}{\[X\left(k\right)-\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}X\left(k\right)\]}^2.$

4.根据权利要求2所述的变压器绕组变形的评价方法，其特征在于，正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的标准方差D_y为：

$D_y=\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}{\[Y\left(k\right)-\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}Y\left(k\right)\]}^2.$

5.根据权利要求2所述的变压器绕组变形的评价方法，其特征在于，待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的协方差C_xy为：

$C_{xy}=\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}\[X\left(k\right)-\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}X\left(k\right)\]\×\[Y\left(k\right)-\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}Y\left(k\right)\].$

6.根据权利要求2所述的变压器绕组变形的评价方法，其特征在于，待评价变压器绕组的传递函数幅度系列X(k)与正常变压器绕组的传递函数幅度系列Y(k)的归一化协方差系数LR_xy的表达式为：

${\mathrm{LR}}_{xy}=C_{xy}/\sqrt{D_x{D}_y}.$

7.根据权利要求1所述的变压器绕组变形的评价方法，其特征在于，

标准温度下待评价变压器绕组在1kHz-100kHz之间的相关系数折算值R_LF的表达式为：

R_LF＝R_LF0-K_RL·ΔT

其中，R_LF0为待评价变压器绕组在1kHz-100kHz之间的相关系数，ΔT＝T-T₀，T为待评价变压器绕组所处环境的温度，T₀为标准温度，T₀为20℃，K_RL＝0.01；

标准温度下待评价变压器绕组在100kHz-600kHz之间的相关系数折算值R_MF的表达式为：

R_MF＝R_MF0-K_RM·ΔT

其中，R_MF0为待评价变压器绕组在100kHz-600kHz之间的相关系数,K_RM＝0.01；

标准温度下待评价变压器绕组在600kHz-1000kHz之间的相关系数折算值R_HF的表达式为：

R_HF＝R_HF0-K_RM·ΔT

其中，R_HF0为待评价变压器绕组在600kHz-1000kHz之间的相关系数,K_RH＝0.02。