CN107037313B - 建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征对应关系的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征对应关系的方法,该方法包括以下步骤:建立变压器绕组等效电路模型;电路参数故障模拟;绕组变形故障的扫频阻抗测试与仿真;采用相关系数法计算扫频阻抗曲线变化前后的相关系数;采用三维有限元方法计算绕组变形状态下的电参数;并通过以上两者的对比分析得到电参数变化与变压器绕组变形故障类型之间的对应关系。与现有技术相比,本发明可以直观、定量的建立绕组变形与扫频阻抗变化特征之间的关系,对扫频阻抗特征曲线进行深入解释,提高变压器绕组变形诊断精度,并且有效减少变压器离线检修时,排油吊罩花费的大量人力、物力和财力。

Description

建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征对应关系的方法

技术领域

本发明属于变压器技术领域,特别涉及一种用于建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征对应关系的方法。

背景技术

电力变压器是电力系统中能量转换和传输的重要枢纽设备,然而实际运行中,变压器不可避免的会遭受到各种短路电流的冲击,导致变压器内部绕组可能出现不同程度的变形。随着电力系统容量的不断增加,电网短路电流水平也随之增大,变压器绕组变形问题也会更加严峻。

当前变压器绕组变形的检测方法主要有以下几种:

1、吊罩检修,该方法费时费力,且效果一般;

2、根据前后两次测试电容量的变化情况,判断变压器绕组状态的电容量变化法;

3、利用变压器箱体振动信号分析绕组状态的振动信号分析法;

4、通过比较变压器的漏抗变化,诊断绕组变形的短路阻抗法;

5、向变压器内部注入稳定扫频信号,并比较响应变化的频率响应分析法。

其中后两种方法由于测试设备简单易携、抗干扰能力强等优点,得到了广泛的应用和研究。但在实际应用中,两者也具有一些缺点:频率响应分析法的测试结果不直观,无定量判断标准可用,需经验丰富的测试人员对历史数据进行横向与纵向比较;短路阻抗法虽判据明确,但无法定位绕组故障,且灵敏度较低;频率相应分析法虽在国内外得到了推广和应用,取得了一定成效,但在测试频率响应曲线的过程中仍存在一些不确定因素,使测试结果仍有不确定性。

因此,为了能够比较准确地掌握变压器内部绕组的健康状态,尽早发现变压器故障隐患、有效减小对变压器绕组变形的误判,提高变压器绕组变形诊断精度,发明一种新的方法来实现对电力变压器绕组变形故障的准确判断是目前特需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征值对应关系的分析方法,本发明可以直观、定量的建立绕组变形与扫频阻抗变化特征之间的关系,对扫频阻抗特征曲线进行深入解释,进而实现对变压器绕组变形的准确判断,提高变压器绕组变形诊断精度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

一种建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征对应关系的方法,包括以下步骤:

S1、建立变压器绕组等效电路模型,所述的等效电路模型是以饼为单元建立的,该模型包括电感、电阻、每个单元的对地电容和纵向电容以及高低压绕组之间的饼间电容;

S2、通过改变等效电路模型中扫频阻抗特征电参数的值对不同类型绕组变形故障进行电路参数故障模拟,所述电参数包括电感值和对地电容值,改变所述电感值可模拟饼间短路故障,改变所述对地电容值可模拟绕组的辐向变形;

S3、采用扫频阻抗法对不同绕组变形故障进行测试与仿真,得到不同变形故障类型下的扫频阻抗曲线;

S4、采用相关系数法计算扫频阻抗曲线变化前后的相关系数;

S5、采用三维有限元方法计算绕组变形状态下的电参数,把这个参数再重新代入到步骤(1)所述等效电路模型中,通过仿真得到另外的一条扫频阻抗曲线,将所述的扫频阻抗曲线与绕组正常状态下的扫频阻抗曲线进行对比,利用相关系数法得到相关系数;

S6、通过步骤S4与步骤S5的对比计算分析,得到扫频阻抗特征电参数变化与变压器绕组变形故障类型之间的对应关系。

较佳地,所述等效电路模型中对应的电感、电阻、对地电容、纵向电容电参数通过有限元法计算得到。

较佳地,所述相关系数法是引入相关系数指标来表征故障前后扫频阻抗曲线之间的偏差程度,相关系数RXY可按下列公式计算:

(3-1)设有2个长度为N的传递函数幅值序列X(k)、Y(k)、k=0,1,2·····,N-1,且X(k)、Y(k)为实数,则两个序列的方差分别为:

(3-2)计算两个序列的协方差:

(3-3)计算两个序列的归一化协方差系数:

(3-3)按照如下公式计算相关系数RXY

当所述RXY≥1.0时,扫频阻抗曲线相似程度很好,变压器绕组无变形;

当所述0.6<RXY<1.0,扫频阻抗曲线相异程度很小,变压器绕组轻度变形;

当所述RXY≤0.6时,扫频阻抗曲线相异程度很大,变压器绕组严重变形。

本发明提出的一种建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征关系的方法,其优点是:该分析方法可以直观、定量的建立绕组变形与扫频阻抗变化特征之间的关系,对扫频阻抗特征曲线进行深入解释,提高变压器绕组变形诊断精度,并且有效减少变压器离线检修时,排油吊罩花费的大量人力、物力和财力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是变压器绕组等效电路图;

图2是变压器绕组扫频阻抗法测试接线示意图;

图3是一种变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征值对应关系的分析方法流程图;

图4为分析得到的绕组变形故障与等效电路参数变化之间的对应关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1、图2、图3、图4所示,一种建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征对应关系的方法,包括以下步骤:

S1、如图1所示,建立变压器绕组等效电路模型,所述的等效电路模型是以饼为单元建立的,该模型包括电感、电阻、每个单元的对地电容和纵向电容以及高低压绕组之间的饼间电容,图1中RH为高压侧每饼的电阻,RL为低压侧每饼的电阻,Csh与Cls分别为高压侧与低压侧的纵向电容,Lhs和Lls分别是高压侧与低压侧每饼的电感参数,Cgh和Cgl分别是高压侧和低压侧的每一饼对地电容参数,Clh是高低压绕组间的饼间电容,为高压侧绕组间的互感,为低压绕组间的互感,为高低压绕组间的互感;

S2、通过改变如图1所示等效电路模型中扫频阻抗特征电参数的值对不同类型绕组变形故障进行电路参数故障模拟,所述电参数包括电感值和对地电容值,通过改变所述电感值Lhs和Lls可模拟饼间短路故障,通过改变所述对地电容值Cgh和Cgl可模拟绕组的辐向变形;

S3、如图2所示搭建扫频阻抗测试系统,该系统包括扫频信号源、功率放大器、数据采集卡、采样电阻Rc1、采样电阻Rc2、计算机和若干测试连接线及夹具,采用扫频阻抗法对不同绕组变形故障进行测试与仿真,得到不同变形故障类型下的变压器绕组扫频阻抗和扫频阻抗曲线;

S4、采用相关系数法计算扫频阻抗曲线变化前后的相关系数;

S5、采用三维有限元方法计算绕组变形状态下的电参数,把这个参数再重新代入到步骤(1)所述等效电路模型中,通过仿真得到另外的一条扫频阻抗曲线,将所述的扫频阻抗曲线与绕组正常状态下的扫频阻抗曲线进行对比,利用相关系数法得到相关系数;

S6、通过步骤S4与步骤S5的对比计算分析,得到电参数变化与变压器绕组变形故障类型之间的对应关系,按如图3所示流程,可得到如图4所示对比关系。

作为优选的实施方式,所述等效电路模型中对应的电感、电阻、对地电容、纵向电容电路参数通过公式法或有限元法计算得到。

作为优选的实施方式,所述相关系数法是引入相关系数指标来表征故障前后扫频阻抗曲线之间的偏差程度,相关系数RXY可按下列公式计算:

(3-1)设有2个长度为N的传递函数幅值序列X(k)、Y(k)、k=0,1,2·····,N-1,且X(k)、Y(k)为实数,则两个序列的方差分别为:

(3-2)计算两个序列的协方差:

(3-3)计算两个序列的归一化协方差系数:

(3-3)按照如下公式计算相关系数RXY

当所述RXY≥1.0时,扫频阻抗曲线相似程度很好,变压器绕组无变形;

当所述0.6<RXY<1.0,扫频阻抗曲线相异程度很小,变压器绕组轻度变形;

当所述RXY≤0.6时,扫频阻抗曲线相异程度很大,变压器绕组严重变形。

Claims (3)

1.一种建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征对应关系的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、建立变压器绕组等效电路模型,所述的等效电路模型是以饼为单元建立的,该模型包括电感、电阻、每个单元的对地电容和纵向电容以及高低压绕组之间的饼间电容;
S2、通过改变等效电路模型中扫频阻抗特征电参数的值对不同类型绕组变形故障进行电路参数故障模拟,所述电参数包括电感值和对地电容值,改变所述电感值可模拟饼间短路故障,改变所述对地电容值可模拟绕组的辐向变形;
S3、采用扫频阻抗法对不同绕组变形故障进行测试与仿真,得到不同变形故障类型下的扫频阻抗曲线;
S4、采用相关系数法计算扫频阻抗曲线变化前后的相关系数;
S5、采用三维有限元方法计算绕组变形状态下的电参数,把这个参数再重新代入到步骤S1所述等效电路模型中,通过仿真得到另外一条扫频阻抗曲线;将所述另外一条扫频阻抗曲线与绕组正常状态下的扫频阻抗曲线进行对比,利用相关系数法又可以得到相关系数;
S6、通过步骤S4和步骤S5的对比计算分析,得到扫频阻抗特征电参数变化与变压器绕组变形故障类型之间的对应关系。
2.根据权利要求1所述的建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征对应关系的方法,其特征在于,所述等效电路模型中对应的电感、电阻、对地电容、纵向电容电参数通过有限元法计算得到。
3.根据权利要求1所述的建立变压器绕组变形故障与扫频阻抗特征对应关系的方法,其特征在于,所述相关系数法是引入相关系数指标来表征故障前后扫频阻抗曲线之间的偏差程度,所述相关系数RXY可按下列公式计算:
(3-1)设有2个长度为N的传递函数幅值序列X(k)、Y(k),k=0,1,2·····,N-1,且X(k)、Y(k)为实数,则两个序列的方差分别为:
(3-2)计算两个序列的协方差:
(3-3)计算两个序列的归一化协方差系数:
(3-3)按照如下公式计算相关系数RXY
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