CN107064632A - 一种变压器暂态过电压危害的分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种变压器暂态过电压危害的分析方法及装置。本发明实施例方法包括：利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换；划分过电压安全水平，对变换后的暂态过电压进行危害评估；对变换后的暂态过电压进行危害程度计算。该分析方法及装置根据变压器暂态过电压危害评估体系匮乏这一现状，提出了一种基于频域影响因素的变压器绝缘暂态过电压危害评估体系。本发明实施例所涉及的评估体系，获取典型的暂态频谱可帮助系统的设计者避免危险情况的发生，也作为标准绝缘配合分析进行补充。能够对现场不同实测波形进行危害评估，指导现场检修和维护，防止变压器故障发生。

Description

一种变压器暂态过电压危害的分析方法及装置

技术领域

本发明涉及过电压危害评估领域，尤其涉及一种变压器暂态过电压危害的分析方法及装置。

背景技术

变电站内变压器在长期运行过程中，经常会受到多种过电压冲击，如雷电过电压、操作过电压等。过电压冲击会对变压器绝缘造成一定程度的影响，严重时甚至会危害到变压器的正常运行。同时，现场经验表明即使变压器绝缘状况良好、设计精良，仍会有各种故障产生。因此，需要从变压器绝缘的角度评估不同过电压冲击对变压器的危害程度，预防变压器突发性事故的发生。

如何评估过电压冲击对变压器绝缘的危害，主要面临两方面问题。首先，根据GB311.1—2012《绝缘配合第一部分：定义、原则和规则》，目前对变压器绝缘的考察主要从雷电冲击耐受电压、短时工频耐受电压、操作冲击耐受电压、截断雷电冲击耐受电压几个方面进行考察。

而这几种波形均是根据统计结果得到的标准波形，一般用于设备性能考核，无法用于现场过电压危害评估。其次，运行中常见的过电压冲击实测波形与标准波形均有较大差异，如现有雷电标准波形来自于线路上雷电波形实测数据的统计，与现有变压器套管处实测波形结果差距较大。如何使用有效方法对变压器运行所受过电压冲击的危害进行评估，目前没有相关的评估方法。因此，本发明建立一种基于频域影响因素的变压器暂态过电压危害评估体系，可以用于运行中的电力变压器所受过暂态电压的危害评估，预防突发性绝缘故障发生是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种变压器暂态过电压危害的分析方法及装置，该分析方法及装置根据变压器暂态过电压危害评估体系匮乏这一现状，提出了一种基于频域影响因素的变压器绝缘暂态过电压危害评估体系。本发明实施例所涉及的评估体系，获取典型的暂态频谱可帮助系统的设计者避免危险情况的发生，也作为标准绝缘配合分析进行补充。能够对现场不同实测波形进行危害评估，指导现场检修和维护，防止变压器故障发生。

本发明实施例提供了一种变压器暂态过电压危害的分析方法，其特征在于，包括：

利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换；

根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平，将变换后的所述暂态过电压信号波与所述过电压安全水平对比；

对变换后的所述暂态过电压进行危害程度计算。

优选地，所述利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换具体包括：

利用S变换技术对暂态过电压信号波进行时频变换，获取变换后的所述暂态过电压不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间。

优选地，所述根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平具体包括：

获取多种标准冲击电压信号波，对所述多种标准冲击电压信号波进行S变换，将变换后的所述多种标准冲击电压信号波的波形包络面作为过电压安全水平。

优选地，所述对变换后的所述暂态过电压进行危害程度计算应用的计算公式为：

优选地，所述多种标准冲击电压信号波包括：雷电冲击标准波、操作冲击标准波以及三种不同的雷电冲击截波。

优选地，所述雷电冲击标准波波形为波头1.2us，波尾50us；所述操作冲击标准波波形为波头250us，波尾2500us；所述三种不同的雷电冲击截波波尾分别为2us、3us和5us。

本发明实施例提供还了一种变压器暂态过电压危害的分析装置，其特征在于，包括：

变换模块，用于利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换；

划分模块，用于根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平，将变换后的所述暂态过电压信号波与所述过电压安全水平对比；

计算模块，用于对变换后的所述暂态过电压进行危害程度计算。

优选地，所述变换模块包括：

处理子模块，用于利用S变换技术对所述暂态过电压信号波进行处理；

获取子模块，用于获取所述暂态过电压不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间。

优选地，所述划分模块包括：

划分子模块，用于根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平；

对比子模块，用于将变换后的所述暂态过电压信号波与所述过电压安全水平对比。

优选地，所述划分子模块包括：

获取子单元，用于获取多种标准冲击电压信号波；

变换子单元，用于对所述多种标准冲击电压信号波进行S变换；

确定子单元，用于将变换后的所述多种标准冲击电压信号波的波形包络面作为过电压安全水平。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种变压器暂态过电压危害的分析方法及装置，其中，一种变压器暂态过电压危害的分析方法包括：利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换；划分过电压安全水平，对变换后的暂态过电压进行危害评估；对变换后的暂态过电压进行危害程度计算。该分析方法及装置根据变压器暂态过电压危害评估体系匮乏这一现状，提出了一种基于频域影响因素的变压器绝缘暂态过电压危害评估体系。本发明实施例所涉及的评估体系，获取典型的暂态频谱可帮助系统的设计者避免危险情况的发生，也作为标准绝缘配合分析进行补充。能够对现场不同实测波形进行危害评估，指导现场检修和维护，防止变压器故障发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析方法的一个具体流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析方法的另一个具体流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析装置的另一个结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析方法及装置的标准冲击的频域信号以及过电压安全水平的示意图；

图7是暂态过电压频域分析示例图；

图8是不同频率下暂态过电压的危害程度值。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种变压器暂态过电压危害的分析方法及装置，该分析方法及装置根据变压器暂态过电压危害评估体系匮乏这一现状，提出了一种基于频域影响因素的变压器绝缘暂态过电压危害评估体系。本发明实施例所涉及的评估体系，获取典型的暂态频谱可帮助系统的设计者避免危险情况的发生，也作为标准绝缘配合分析进行补充。能够对现场不同实测波形进行危害评估，指导现场检修和维护，防止变压器故障发生。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析方法，包括：

101、利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换；

基于S变换的波形时频变换方法，即利用S变换提取波形信号时域、频域特性。由于，实测的暂态过电压波形都十分复杂，波形信号中包含的不同频率信号复杂多样。时域上虽然可以直观的观测到信号的形状，但不能用有限的参数对信号进行准确的描述。传统的傅里叶变换只能得到信号在频域内的特征，而无法知道各个频率分量出现的时间点、持续时间以及衰减过程。利用S变换技术对暂态过电压进行处理，获取其不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间，能够更有效的对暂态过电压的危害进行评估。

102、根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平，将变换后的暂态过电压信号波与过电压安全水平对比；

暂态过电压危害程度划分方法是为了提取暂态过电压的安全范围，由于实际运行中暂态过电压的形式、参数多种多样，如何利用现有参数划分出暂态过电压安全限十分重要。本发明对设备绝缘常规考察的五种标准冲击电压波形进行时频变换，可以得到五种标准波在不同频率下的电压幅值分布情况，获取其频域信号，根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平，用于不同暂态过电压危害评估。

103、对变换后的暂态过电压进行危害程度计算。

危害程度计算方法，在对不同暂态过电压进行时频变换并与过电压安全水平对比后，提出了一种暂态过电压危害程度计算方法，用于计算分析不同暂态过电压信号对变压器绝缘危害程度的大小，实现了对不同暂态过电压的量化评估。

在本实施例中，多种标准冲击电压信号波包括：雷电冲击标准波、操作冲击标准波以及三种不同的雷电冲击截波，其中雷电冲击标准波形为波头1.2us，波尾50us，操作冲击标准波波形为波头250us，波尾2500us，三种截波波尾分别为2us、3us和5us。

在本实施例中，利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换，能同时获取过电压信号在时域和频域两个部分的分量并给出信号在时域的衰减情况和各频率分量的分布情况。S变换较传统傅里叶变换有明显的优势，适合过电压信号分析。

根据不同设备的标准冲击电压耐受水平，对标准冲击电压波形进行S变换并划出过电压安全水平，将变换后的所述暂态过电压信号波与所述过电压安全水平对比。

依次对比侵入暂态过电压及标准冲击波形S变换时域和频域结果，综合时频结果，之后对于多次侵入暂态过电压结果进行综合累计计算分析，最终实现对所述暂态过电压进行危害程度评估。

图6示出了标准冲击的频域信号以及过电压安全水平。为了评估不同暂态过电压的危害程度，需要确定过电压安全水平。对设备绝缘常规考察的五种标准冲击电压波形进行时频变换，可以得到五种标准波在不同频率下的电压幅值分布情况。为了综合这五种波形评估暂态过电压，选取五种波形S变换后得到波形的包络面作为暂态过电压的安全水平，图6示出了安全水平的频域波形。如果，变压器在运行中所受暂态过电压经时频变换后，各频率下电压值均未超过安全水平则认为该暂态过电压对变压器绝缘没有危害；反之，如果超过则认为该暂态过电压对变压器绝缘产生了一定的损伤。

图7示出了暂态过电压频域分析示例，该暂态过电压为高频振荡波形，电压幅值最高达到了80kV。通过S变换后的过电压信号与过电压安全水平在频域下进行对比可以发现，其中有一部分频率下，暂态过电压信号的电压幅值要超过标准波形的频域信号包络线，因此认为该侵入波对变压器绝缘有较大的危害。

又通过S可以得到该频率下波形的时域信息，因此可以得到该频率下过电压幅值超出安全水平的时间t，持续时间越长对变压器绝缘危害越大。

图8示出了不同频率下暂态过电压的危害程度值值。为了能够对暂态过电压的危害程度量化评价，引入计算公式：

即频域下暂态过电压幅值与过电压安全水平幅值的比值。

图8说明，在0.1MHz左右危害程度值值过高对绝缘有很大的影响，其余频率下对绝缘影响较小。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析方法的一个具体实施例，包括：

201、利用S变换技术对暂态过电压信号波进行时频变换，获取变换后的暂态过电压不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间；

利用S变换技术对暂态过电压进行处理，获取其不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间，能够更有效的对暂态过电压的危害进行评估。

202、根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平，将变换后的暂态过电压信号波与过电压安全水平对比；

在利用S变换技术对暂态过电压信号波进行时频变换，获取变换后的暂态过电压不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间后，根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平，将变换后的暂态过电压信号波与过电压安全水平对比。

203、对变换后的暂态过电压进行危害程度计算。

根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平，将变换后的暂态过电压信号波与过电压安全水平对比后，对变换后的暂态过电压进行危害程度计算。

请参阅图3，本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析方法的另一个具体实施例，包括：

301、利用S变换技术对暂态过电压信号波进行时频变换，获取变换后的暂态过电压不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间；

利用S变换技术对暂态过电压进行处理，获取其不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间，能够更有效的对暂态过电压的危害进行评估。

302、获取多种标准冲击电压信号波，对多种标准冲击电压信号波进行S变换，将变换后的多种标准冲击电压信号波的波形包络面作为过电压安全水平，将变换后的暂态过电压信号波与过电压安全水平对比；

利用S变换技术对暂态过电压信号波进行时频变换，获取变换后的暂态过电压不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间后，获取多种标准冲击电压信号波，对多种标准冲击电压信号波进行S变换，将变换后的多种标准冲击电压信号波的波形包络面作为过电压安全水平，将变换后的暂态过电压信号波与过电压安全水平对比。

303、对变换后的暂态过电压进行危害程度计算。

将变换后的暂态过电压信号波与过电压安全水平对比后，对变换后的暂态过电压进行危害程度计算。

请参阅图4，本发明实施例提供了一种变压器暂态过电压危害的分析装置，包括：

401、变换模块，用于利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换；

402、划分模块，用于划分过电压安全水平，对变换后的暂态过电压进行危害评估；

403、计算模块，用于对变换后的暂态过电压进行危害程度计算。

请参阅图5，本发明实施例提供的一种变压器暂态过电压危害的分析装置的另一个实施例，包括：

501、变换模块，包括：

处理子模块5011，用于利用S变换技术对暂态过电压信号波进行处理；

获取子模块5012，用于获取暂态过电压不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间。

502、划分模块包括：

划分子模块5021，用于根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平；

对比子模块5022，用于将变换后的暂态过电压信号波与过电压安全水平对比。

其中，划分子模块5021包括：

获取子单元50211，用于获取多种标准冲击电压信号波；

变换子单元50212，用于对多种标准冲击电压信号波进行S变换；

确定子单元50213，用于将变换后的多种标准冲击电压信号波的波形包络面作为过电压安全水平。

以上为一种变压器暂态过电压危害的分析方法及装置的具体实施例，本发明根据变压器暂态过电压危害评估体系匮乏这一现状，提出了一种基于频域影响因素的变压器绝缘暂态过电压危害评估体系。本发明实施例所涉及的评估体系，获取典型的暂态频谱可帮助系统的设计者避免危险情况的发生，也作为标准绝缘配合分析进行补充。能够对现场不同实测波形进行危害评估，指导现场检修和维护，防止变压器故障发生。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种变压器暂态过电压危害的分析方法，其特征在于，包括：

利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换；

根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平，将变换后的所述暂态过电压信号波与所述过电压安全水平对比；

对变换后的所述暂态过电压进行危害程度计算。

2.根据权利要求1所述的变压器暂态过电压危害的分析方法，其特征在于，所述利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换具体包括：

利用S变换技术对暂态过电压信号波进行时频变换，获取变换后的所述暂态过电压不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间。

3.根据权利要求2所述的变压器暂态过电压危害的分析方法，其特征在于，所述根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平具体包括：

获取多种标准冲击电压信号波，对所述多种标准冲击电压信号波进行S变换，将变换后的所述多种标准冲击电压信号波的波形包络面作为过电压安全水平。

4.根据权利要求1所述的变压器暂态过电压危害的分析方法，其特征在于，所述对变换后的所述暂态过电压进行危害程度计算应用的计算公式为：

<mrow> <mi>F</mi> <mi>D</mi> <mi>S</mi> <mi>F</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <mi>X</mi> <msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>T</mi> <mi>r</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mo>|</mo> <mi>X</mi> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

5.根据权利要求3所述的变压器暂态过电压危害的分析方法，其特征在于，所述多种标准冲击电压信号波包括：雷电冲击标准波、操作冲击标准波以及三种不同的雷电冲击截波。

6.根据权利要求5所述的变压器暂态过电压危害的分析方法，其特征在于，所述雷电冲击标准波波形为波头1.2us，波尾50us；所述操作冲击标准波波形为波头250us，波尾2500us；所述三种不同的雷电冲击截波波尾分别为2us、3us和5us。

7.一种变压器暂态过电压危害的分析装置，其特征在于，包括：

变换模块，用于利用S变换对暂态过电压信号波进行时频变换；

划分模块，用于根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平，将变换后的所述暂态过电压信号波与所述过电压安全水平对比；

计算模块，用于对变换后的所述暂态过电压进行危害程度计算。

8.根据权利要求7所述的变压器暂态过电压危害的分析装置，其特征在于，所述变换模块包括：

处理子模块，用于利用S变换技术对所述暂态过电压信号波进行处理；

获取子模块，用于获取所述暂态过电压不同频率下信号特性以及不同频率下信号的持续时间。

9.根据权利要求7所述的变压器暂态过电压危害的分析装置，其特征在于，所述划分模块包括：

划分子模块，用于根据不同设备的标准冲击电压耐受水平划出过电压安全水平；

对比子模块，用于将变换后的所述暂态过电压信号波与所述过电压安全水平对比。

10.根据权利要求9所述的变压器暂态过电压危害的分析装置，其特征在于，所述划分子模块包括：

获取子单元，用于获取多种标准冲击电压信号波；

变换子单元，用于对所述多种标准冲击电压信号波进行S变换；

确定子单元，用于将变换后的所述多种标准冲击电压信号波的波形包络面作为过电压安全水平。