CN107656174B - 一种用于变压器绕组变形进行在线诊断方法及系统 - Google Patents

一种用于变压器绕组变形进行在线诊断方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的方法，方法包括：通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号；获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure DDA0001372224430000011
获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电压信号
Figure DDA0001372224430000012
获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure DDA0001372224430000015
利用
Figure DDA0001372224430000013
和
Figure DDA0001372224430000014
构造下列方程，确定随扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线；基于DL/T911中提供的纵向比较法或者横向比较法对比获取的频响曲线，依据现有的成熟的随机向量之间典型相关系数确认频响曲线所对应的向量之间的最大典型相关系数；基于DL/T911中提供的基于相关系数的诊断方法确定变压器绕组的变形情况。

Description

一种用于变压器绕组变形进行在线诊断方法及系统
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，更具体地，涉及一种用于变压器绕组变形进行在线诊断方法及系统。
背景技术
变压器是电力系统中最主要的设备之一，价格昂贵而重要，当变压器发生故障时将会影响电力系统的正常工作，进而给国民经济带来损失。然而变压器绕组是发生故障较多的部件之一，因此，尽早发现变压器绕组的潜在威胁，及时发现变压器绕组变形很重要。当变压器发生出口短路故障时，其绕组所受电动力将会是正常运行时所受到电动力的几十甚至是几百倍。同时由于变压器设计结构不能达到国标规定的承受短路能力，使得变压器绕组在承受短路电流冲击后发生机械变形。某些情况下电动力不至于使绕组直接变形，但由累积效应也会使绕组变形进一步发展，即便未出现系统短路事故，也会导致变压器非正常退出运行。变压器绕组变形是指在电动力和机械力的作用下，绕组的尺寸或形状发生不可逆的变化。它包括轴向和径向尺寸的变化，器身位移，绕组扭曲、鼓包和匝间短路等。此外，绕组变形还具有累积效应，即：在经受一次短路电流冲击后，变压器绕组没有立即损坏，仅有较小的永久变形，但导致其绝缘性能和机械性能下降。在下一次短路电流冲击时，会使得绕组变形加剧，出现恶性循环。因而已有绕组变形的变压器是一种事故隐患，运行时若再遇到较大的过电流作用，则可能发生变压器损坏等重大事故。目前变压器绕组变形故障，已经成为变压器的主要故障之一。
目前，世界上很多国家都对变压器绕组变形检测方法的研究工作上投入了大量的精力，根据变压器是否停运，分在线检测和离线检测。其中，最常用的绕组变形检测方法是频响法。当变压器绕组发生变形之后，绕组的电感、对地电容、匝间电容等参数会发生变化。频响法的工作原理就是通过绕组的频响曲线，反映绕组的分布电感和分布电容的变化，进而判断绕组是否发生变形。在较高频率的电压作用下，变压器的每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感(互感)、电容等分布参数构成的无源线性双口网络，其内部特性可通过传递函数H(jω)描述。若绕组发生变形，绕组内部的分布电感、电容等参数必然改变，导致其等效网络传递函数H(jω)的零点和极点发生变化，使网络的频率响应特性发生变化。频响法所涉及的频带范围，我国行标DL/T911中规定为1kHz～1000kHz。也有学者认为频响法的下限频率可以扩展到10Hz，上限频率可以扩展到10MHz。变压器绕组等效模型及相应的基本测量回路可用如图1所示表示：
如图1中，L表示线圈饼间电感，K表示线圈间的纵向(饼间或匝间)电容，C表示线圈对地电容。应用频响法测变压器绕组可得到一组频率和响应的对应数值，即输出端及电源端电压的比值，通常以对数形式表示：
H(jω)＝20log[|V0(jω)|/|Vi(jω)|]，
其中：│Vo(jω)│和│Vi(jω)│代表频率为ω时，输出电压与输入的电源电压的峰值或有效值。将这些对应值描在以ω为横轴，以H(jω)为纵轴的坐标轴上，便会得到一条曲线，我们称这条曲线为频响曲线。
现有行业标准DLT911-2004明确提出了频响法检测变压器绕组变形的诊断方法。用频率响应分析法判断变压器绕组变形，主要是对绕组的幅频响应特性进行纵向或横向比较，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。根据相关系数的大小，可较直观地反映出变压器绕组幅频响应特性的变化，通常可作为判断变压器绕组变形的辅助手段。
其中，纵向比较法是指对同一台变压器、同一绕组、同一分接开关位置、不同时期的幅频响应特性进行比较，根据幅频响应特性的变化判断变压器的绕组变形。该方法具有较高的检测灵敏度和判断准确性，但需要预先获得变压器原始的幅频响应特性，并应排除因检测条件及检测方式变化所造成的影响。
其中，横向比较法是指对变压器同一电压等级的三相绕组幅频响应特性进行比较，必要时借鉴同一制造厂在同一时期制造的同型号变压器的幅频响应特性，来判断变压器绕组是否变形。该方法不需要变压器原始的幅频响应特性，现场应用较为方便，但应排除变压器的三相绕组发生相似程度的变形或者正常变压器三相绕组的幅频响应特性本身存在差异的可能性。
利用波峰波谷诊断，典型的变压器绕组幅频响应特性曲线，通常包含多个明显的波峰和波谷。经验及理论分析表明，幅频响应特性曲线中的波峰或波谷分布位置及分布数量的变化，是分析变压器绕组变形的重要依据。
在进行横向比较或者纵向比较时，频响曲线之间的相关系数常常被用来表征频响曲线的差异。因此，可以利用频响曲线的相关系数来表征传递函数的变化情况。DL/T911-2004中给出了相关系数的数据分析方法：
设有两个长度为N的传递函数幅度序列X(k)、Y(k)，k＝0，l，……，N-1，且X(k)，Y(k)为实数，相关系数可按照下列公式计算。
计算两个序列的标准方差：
Figure GDA0002767832700000031
Figure GDA0002767832700000032
计算两个序列的协方差：
Figure GDA0002767832700000033
计算两个序列的归一化协方差：
Figure GDA0002767832700000034
按以下公式计算出符合工程需要的相关系数。
Figure GDA0002767832700000041
相关系数与变压器绕组变形程度的关系如表1所示。
表1相关系数与变压器绕组变形程度的关系
Figure GDA0002767832700000042
目前频响法用于离线停运的变压器，需要将变压器与电网断开，从变压器绕组的一端注入扫频激励信号，即频率逐步增加或减小的正弦电压信号，并从绕组的另一端测量响应信号；然后通过计算响应信号与激励信号的幅值之比(即，传递函数中的一种)，获得频响曲线；最后，通过上述诊断方法判断变压器绕组是否存在变形。
发明内容
本申请提供了一种用于变压器绕组变形进行在线诊断方法及系统，以解决如何对变压器绕组变形进行在线诊断的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于变压器绕组变形进行在线诊断方法，包括：
通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号；获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure GDA0002767832700000051
获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电压信号
Figure GDA0002767832700000052
获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000053
通过获取的电流信号
Figure GDA0002767832700000054
电压信号
Figure GDA0002767832700000055
和电流信号
Figure GDA0002767832700000056
构造方程；
构建向量，获取所述向量的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线；
基于DL/T911中提供的纵向比较法或者横向比较法对比获取的所述频响曲线，依据随机向量之间典型相关系数确认所述频响曲线所对应的向量之间的最大典型相关系数；
基于DL/T911中提供的基于相关系数的诊断方法确定所述变压器绕组的变形情况。
优选地，所述通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号，包括：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈，套在所述变压器绕组的中性点引出线套管根部外部，扫频信号源设置在所述线圈两端。
优选地，所述获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure GDA0002767832700000057
包括：
通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的中性点套管根部，测量所述变压器绕组的中性点接地线上的扫频激励电流信号
Figure GDA0002767832700000058
优选地，所述获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000059
包括：
通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的高压套管根部外面，测量变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA00027678327000000510
优选地，所述注入扫频信号的扫频信号源包括：信号发生器或函数发生器或扫描信号源。
优选地，所述通过获取的电流信号
Figure GDA0002767832700000061
电压信号
Figure GDA0002767832700000062
和电流信号
Figure GDA0002767832700000063
构造方程，包括：
Figure GDA0002767832700000064
式(1)中X11是自阻抗的幅值，j为虚部记号；X12是互阻抗的幅值，j为虚部记号；
Figure GDA0002767832700000065
是
Figure GDA0002767832700000066
的实部，
Figure GDA0002767832700000067
是
Figure GDA0002767832700000068
的虚部，
Figure GDA0002767832700000069
是
Figure GDA00027678327000000610
的虚部。
优选地，所述构建向量，获取所述向量的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线，包括：以
Figure GDA00027678327000000611
为X轴坐标，以
Figure GDA00027678327000000612
为y轴坐标，构成向量Y：
Figure GDA00027678327000000613
所述含三个变量的向量Y的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线。
基于本发明的另一方面，提供一种用于变压器绕组变形进行在线诊断系统，所述系统包括：
获取单元，用于通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号；获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure GDA00027678327000000614
获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电压信号
Figure GDA00027678327000000615
获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA00027678327000000616
构造单元，通过获取的电流信号
Figure GDA00027678327000000617
电压信号
Figure GDA00027678327000000618
和电流信号
Figure GDA00027678327000000619
构造方程；
构建向量，获取所述向量的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线；
确认单元，用于基于DL/T911中提供的纵向比较法或者横向比较法对比获取的所述频响曲线，依据随机向量之间典型相关系数确认所述频响曲线所对应的向量之间的最大典型相关系数；
诊断单元，用于基于DL/T911中提供的基于相关系数的诊断方法确定所述变压器绕组的变形情况。
优选地，所述获取单元还用于：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈，套在所述变压器绕组的中性点引出线套管根部外部，扫频信号源设置在所述线圈两端。
优选地，所述获取单元还用于：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的中性点套管根部，测量所述变压器绕组的中性点接地线上的扫频激励电流信号
Figure GDA0002767832700000071
优选地，所述获取单元还用于：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的高压套管根部外面，测量变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000072
优选地，所述注入扫频信号的扫频信号源包括：信号发生器或函数发生器或扫描信号源。
优选地，所述构造单元还用于：通过获取的电流信号
Figure GDA0002767832700000073
电压信号
Figure GDA0002767832700000074
和电流信号
Figure GDA0002767832700000075
构造方程，包括：
Figure GDA0002767832700000076
式(1)中X11是自阻抗的幅值，j为虚部记号；X12是互阻抗的幅值，j为虚部记号；
Figure GDA0002767832700000077
是
Figure GDA0002767832700000078
的实部，
Figure GDA0002767832700000079
是
Figure GDA00027678327000000710
的虚部，
Figure GDA00027678327000000711
是
Figure GDA00027678327000000712
的虚部。
优选地，所述构造单元还用于：构建向量，获取所述向量的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线，包括：以
Figure GDA00027678327000000713
为X轴坐标，以
Figure GDA00027678327000000714
为y轴坐标，构成向量Y：
Figure GDA00027678327000000715
Figure GDA00027678327000000716
所述含三个变量的向量Y的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线。
本申请通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号；通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的中性点套管根部，测量变压器绕组的中性点接地线上的扫频激励电流信号
Figure GDA0002767832700000081
获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电压信号
Figure GDA0002767832700000082
通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的高压套管根部外面，测量变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000083
以及通过利用
Figure GDA0002767832700000084
和
Figure GDA0002767832700000085
构造方程，获取随扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线。本申请基于DL/T911中提供的纵向比较法或者横向比较法对比获取的频响曲线，依据现有的成熟的随机向量之间典型相关系数确认频响曲线所对应的向量之间的最大典型相关系数。基于DL/T911中提供的基于相关系数的诊断方法确定变压器绕组的变形情况。本申请对在线运行的变压器，通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号，并且在检测时，消除了外部设备的影响因素。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的变压器绕组n阶集中参数绕组模型及频响测量回路示意图；
图2为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断方法流程图；
图3为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组的等效网络结构示意图；
图4为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的系统结构图；
图5为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的扫频信号注入原理示意图；
图6为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图2为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断方法流程图。本申请实施方式通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号，以及通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的中性点套管根部，测量变压器绕组的中性点接地线上的扫频激励电流信号
Figure GDA0002767832700000091
并获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电压信号
Figure GDA0002767832700000092
本申请实施方式通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的高压套管根部外面，测量变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000093
本申请实施方式通过利用
Figure GDA0002767832700000094
和
Figure GDA0002767832700000095
构造方程，获取随扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线。本申请实施方式基于DL/T911中提供的纵向比较法或者横向比较法对比获取的频响曲线，依据现有的成熟的随机向量之间典型相关系数确认频响曲线所对应的向量之间的最大典型相关系数。并且基于DL/T911中提供的基于相关系数的诊断方法确定变压器绕组的变形情况，对变压器绕组的严重变形、明显变形、轻度变形、和正常未变形的绕组状态进行判断。本申请的实施方式对在线运行的变压器，通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号，并且在检测时，消除了外部设备的影响因素。如图2所示，一种用于变压器绕组变形进行在线诊断方法200从步骤201开始：
优选地，在步骤201：通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号；获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure GDA0002767832700000101
获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电压信号
Figure GDA0002767832700000102
获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000103
优选地，通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号，包括：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈，套在变压器绕组的中性点引出线套管根部外部，扫频信号源设置在线圈两端。
优选地，获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure GDA0002767832700000104
包括：
通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的中性点套管根部，测量变压器绕组的中性点接地线上的扫频激励电流信号
Figure GDA0002767832700000105
优选地，获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000106
包括：
通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的高压套管根部外面，测量变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000107
优选地，注入扫频信号的扫频信号源包括：信号发生器或函数发生器或扫描信号源。
优选地，在步骤202：利用
Figure GDA0002767832700000108
和
Figure GDA0002767832700000109
构造下列方程：
Figure GDA00027678327000001010
式(1)中X11是自阻抗的幅值，j为虚部记号；X12是互阻抗的幅值，j为虚部记号；
Figure GDA00027678327000001011
是
Figure GDA00027678327000001012
的实部，
Figure GDA00027678327000001013
是
Figure GDA00027678327000001014
的虚部，
Figure GDA00027678327000001015
是
Figure GDA00027678327000001016
的虚部；
以
Figure GDA00027678327000001017
为X轴坐标，以
Figure GDA00027678327000001018
为y轴坐标，构成向量Y：
Figure GDA00027678327000001019
Figure GDA00027678327000001020
含三个变量的向量Y的端点随扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线。
优选地，在步骤203：基于DL/T911中提供的纵向比较法或者横向比较法对比获取的频响曲线，依据现有的成熟的随机向量之间典型相关系数确认频响曲线所对应的向量之间的最大典型相关系数。
优选地，在步骤204：基于DL/T911中提供的基于相关系数的诊断方法确定变压器绕组的变形情况。
本申请实施方式扫频信号的注入和响应信号的测量均不需要与变压器绕组有直接电气连接，从而可以做到变压器高压绕组处于高电压、大电流的运行状态，而扫频信号注入装置、响应信号测量装置和绕组变形诊断系统处于地电位状态，进而实现在线运行变压器的绕组变形情况的实时检测。本申请实施方式采用从变压器绕组的高压引出线注入的扫频电流信号和绕组中性点检测到的响应电流信号构造绕组的传递函数，能够起到消除变压器在线运行时与变压器直接电气连接的外部设备的影响。其原理如图3所示。
图3为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组的等效网络结构示意图。变压器绕组的等效网络可以描述成如图3所示的二端口网络，其中二端口包括：变压器绕组扫频信号在变压器绕组的中性点作为输入端口与获取变压器绕组的高压引出线作为响应输出端口。其基于Z参数的表达公式如(3)所示。
Figure GDA0002767832700000111
在离线FRA方法中该二端口网络的两个端口分别外接了50Ω电阻。将
I2＝-V2/50 (4)
代入(1)并且消去I1，可得：
Figure GDA0002767832700000112
可见，以V1为扫频、V2为响应，得到的传递函数H完全由二端口网络的内部参数Z11～Z22决定。Z11～Z22中任一参数的变化都能在H的幅频曲线上反映出来。
本申请实施方式在线应用FRA方法时，变压器绕组扫频信号在变压器绕组的中性点作为输入端口1是绕组的中性点，端口电压V1等于0；变压器绕组的高压引出线作为响应输出端口2是绕组的高压端，外接了外部设备的输入阻抗Zs。由于Zs随外界设备状态的变化而变化，而且一般情况下是未知的，因此不能再利用公式(5)获取变压器绕组的频响曲线了。而是需要寻找不含Zs、只含有被测变压器绕组网络参数的某种关系式，从而排除外部设备对变压器绕组变形诊断结果的影响。
根据式(3)，有：
Figure GDA0002767832700000121
由于可以忽略绕组的电阻和对地电导，则绕组的Z参数均为电抗或者电纳，可表示为：
Z11＝jX11，Z12＝jX12
式中jX11是变压器绕组扫频信号在变压器绕组的中性点作为输入端口的自阻抗，jX12是变压器绕组扫频信号在变压器绕组的中性点作为输入端口与获取变压器绕组的高压引出线作为响应输出端口之间的互阻抗；
则式(6)的实部和虚部分别构成等式：
Figure GDA0002767832700000122
Figure GDA0002767832700000123
对于这种三变量等式，可以进行进一步转化，(7)可以转化成(9)：
Figure GDA0002767832700000124
以
Figure GDA0002767832700000131
为X轴坐标，以
Figure GDA0002767832700000132
为Xy轴坐标，构成向量Y：
Figure GDA0002767832700000133
Figure GDA0002767832700000134
含三个变量的向量Y的端点随扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线。曲线之间的相关性分析就是向量之间的相关分析。
由于向量Y含有三个变量，不再是现有频响曲线中所体现的传递函数幅值(或者相位)一个变量，因而也不能再采用适用于一元变量的相关系数计算方法。这里用向量之间的最大典型相关系数来表示含多元变量的向量(曲线)之间的相关性。具体计算方法如下：
典型相关分析是处理两个随机向量之间的相互依赖关系的常用的统计方法。设我们需要处理的两个随机向量是X和Y，两者都是二维向量。参考《应用梳理统计》第二版(邰淑彩，孙韫玉、何娟娟编著，武汉大学出版社，2004)，
设
Figure GDA0002767832700000135
的协方差阵为：
Figure GDA0002767832700000136
第一步，计算
Figure GDA0002767832700000137
第二步，求出A的所有非零特征根，记为：
Figure GDA0002767832700000138
λi即为第i个典型相关系数。
我们可以选择最大的一个典型相关系数，即λ1。
当获得实测数据样本后，用样本资料来估计协方差矩阵：
Figure GDA0002767832700000139
Figure GDA0002767832700000141
Figure GDA0002767832700000142
Figure GDA0002767832700000143
其中
Figure GDA0002767832700000144
可见，(3)中没有代表外部设备的Zs，表明依据(9)获得的频响曲线不受变压器直接相连的外部设备的影响，仅受被测变压器绕组自身参数影响。
因此，本申请实施方式所提出的基于频响特性的变压器绕组变形在线诊断方法，能够应用于在线运行的变压器，并且能够消除与该变压器直接电气相连的外部设备的影响，从而实现了电力变压器绕组变形的在线监测与诊断。
以下具体举例说明本发明的实施方式：
图4为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的系统结构图。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
图4为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的系统结构图。如图4所示，变压器结构简化为绕组、油箱(变压器的油箱是接地的)、高压引出线套管、中性点引出线套管，与变压器直接电气连接的外部设备(例如，高压母线、另外一台并联运行的变压器、输电线路等)用等效阻抗Zs来表示。激励线圈[1]套在变压器绕组中性点套管的根部升高座外部，向该线圈施加扫频电压
Figure GDA0002767832700000145
即可在绕组的中性点引出线上感应出电流信号
Figure GDA0002767832700000146
等效于向变压器绕组注入了扫频激励电流信号
Figure GDA0002767832700000147
激励电流信号在变压器绕组中性点的响应电流信号
Figure GDA0002767832700000148
由线圈[2]测量，线圈[2]是一种带磁芯的罗果夫斯基型电流传感器。根据已知的罗果夫斯基型电流传感器的原理，线圈[2]的输出电压
Figure GDA0002767832700000151
与扫频电流
Figure GDA0002767832700000152
成正比。利用套在高压套管根部的线圈[3]测量响应电流信号
Figure GDA0002767832700000153
线圈[3]是一种带磁芯的罗果夫斯基型电流传感器。根据已知的罗果夫斯基型电流传感器的原理，线圈[3]的输出电压
Figure GDA0002767832700000154
与响应电流
Figure GDA0002767832700000155
成正比。同时，测量中性点感应到的激励电压信号
Figure GDA0002767832700000156
因此，公式(9)转变成：
Figure GDA0002767832700000157
其中，利用带磁芯的罗果夫斯基线圈型电流传感器测量电流信号的原理和方法已非常成熟，而利用罗果夫斯基线圈向导体中耦合电压、电流信号的原理如下：
线圈[1]与高压引出线之间存在磁场耦合(互感)，相当于原边n匝、副边1匝的互感器。在实际应用中，罗果夫斯基线圈采用高磁导率磁芯可增强耦合效果，注入的信号更强。激励源
Figure GDA0002767832700000158
为电压源，通过限流电阻R0在线圈中产生电流
Figure GDA0002767832700000159
所产生的磁场在副边(即，绕组的高压引出线)上感应出电动势
Figure GDA00027678327000001510
与电流
Figure GDA00027678327000001511
和
Figure GDA00027678327000001512
之间的关系可用罗氏线圈的传递函数来表达(11)，是确定的、可事先测定的关系。
Figure GDA00027678327000001513
式中：
L为该线圈的电感；
M为线圈与绕组高压引出线之间的互感；
图5为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的扫频信号注入原理示意图。本申请实施方式中，首先，利用扫频电压信号源，包括但不限于：信号发生器、函数发生器、现有扫频信号源等，输出扫频电压信号
Figure GDA0002767832700000161
同时利用示波器或者其他信号采集装置记录线圈[2]和线圈[3]的输出电压信号
Figure GDA0002767832700000162
和
Figure GDA0002767832700000163
以及中性点的感应电压
Figure GDA0002767832700000164
然后，将测到的信号
Figure GDA0002767832700000165
和
Figure GDA0002767832700000166
的实部或虚部带入公式(9)，产生以
Figure GDA0002767832700000167
Figure GDA0002767832700000168
为坐标的向量Y；含三个变量的向量Y的端点随扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为绕组的频响曲线。
对于频率f从1kHz变化到1MHz(增量为1kHz)的过程中测量到的含三个变量的向量Y的序列，采用横向比较法与另一绕组的测量结果向量X(或者采用纵向比较法与此前已经按照同样测量方法获得的向量X)进行相关性分析。首先利用这1000个数据样本求得协方差阵的估计值：
Figure GDA0002767832700000169
Figure GDA00027678327000001610
Figure GDA00027678327000001611
Figure GDA00027678327000001612
其中
Figure GDA00027678327000001613
然后计算
Figure GDA00027678327000001614
求出A的所有非零特征根，记为：
Figure GDA00027678327000001615
其中选择最大的一个特征根λ1作为X与Y的典型相关系数。
最后，按公式(12)计算出符合工程需要的相关系数，并且按照表1中相关系数与变压器绕组变形程度的关系给出最终的绕组变形程度诊断结果。
Figure GDA0002767832700000171
Figure GDA0002767832700000172
表1相关系数与变压器绕组变形程度的关系
图6为根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的系统结构图。本发明提供一种用于变压器绕组变形进行在线诊断系统600，所述系统包括：
获取单元601，用于通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号；获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure GDA0002767832700000173
获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电压信号
Figure GDA0002767832700000174
获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000175
优选地，获取单元601还用于：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈，套在变压器绕组的中性点引出线套管根部外部，扫频信号源设置在线圈两端。
优选地，获取单元601还用于：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的中性点套管根部，测量变压器绕组的中性点接地线上的扫频激励电流信号
Figure GDA0002767832700000181
优选地，获取单元601还用于：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的高压套管根部外面，测量变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure GDA0002767832700000182
优选地，系统600中注入扫频信号的扫频信号源包括：信号发生器或函数发生器或扫描信号源。
构造单元602，利用
Figure GDA0002767832700000183
和
Figure GDA0002767832700000184
构造下列方程：
Figure GDA0002767832700000185
式(1)中X11是自阻抗的幅值，j为虚部记号；X12是互阻抗的幅值，j为虚部记号；
Figure GDA0002767832700000186
是
Figure GDA0002767832700000187
的实部，
Figure GDA0002767832700000188
是
Figure GDA0002767832700000189
的虚部，
Figure GDA00027678327000001810
是
Figure GDA00027678327000001812
的虚部；
以
Figure GDA00027678327000001813
为X轴坐标，以
Figure GDA00027678327000001814
为y轴坐标，构成向量Y：
Figure GDA00027678327000001815
Figure GDA00027678327000001816
含三个变量的向量Y的端点随扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线。
确认单元603，用于基于DL/T911中提供的纵向比较法或者横向比较法对比获取的频响曲线，依据现有的成熟的随机向量之间典型相关系数确认频响曲线所对应的向量之间的最大典型相关系数。
诊断单元604，用于基于DL/T911中提供的基于相关系数的诊断方法确定变压器绕组的变形情况。
根据本发明实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的系统600与本发明另一实施方式的一种用于变压器绕组变形进行在线诊断的方法200相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (14)

1.一种用于的变压器绕组变形进行在线诊断方法，所述方法包括：
通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号；获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure FDA0002767832690000011
获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电压信号
Figure FDA0002767832690000012
获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure FDA0002767832690000013
通过获取的电流信号
Figure FDA0002767832690000014
电压信号
Figure FDA0002767832690000015
和电流信号
Figure FDA0002767832690000016
构造方程；
构建向量，获取所述向量的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线；
基于DL/T911中提供的纵向比较法或者横向比较法对比获取的所述频响曲线，依据随机向量之间典型相关系数确认所述频响曲线所对应的向量之间的最大典型相关系数；
基于DL/T911中提供的基于相关系数的诊断方法确定所述变压器绕组的变形情况。
2.根据权利要求1所述的方法，所述通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号，包括：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈，套在所述变压器绕组的中性点引出线套管根部外部，扫频信号源设置在所述线圈两端。
3.根据权利要求1所述的方法，所述获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure FDA0002767832690000017
包括：
通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的中性点套管根部，测量所述变压器绕组的中性点接地线上的扫频激励电流信号
Figure FDA0002767832690000018
4.根据权利要求1所述的方法，所述获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure FDA0002767832690000019
包括：
通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的高压套管根部外面，测量变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure FDA0002767832690000021
5.根据权利要求1所述的方法，所述注入扫频信号的扫频信号源包括：信号发生器或函数发生器或扫描信号源。
6.根据权利要求1所述的方法，所述通过获取的电流信号
Figure FDA0002767832690000022
电压信号
Figure FDA0002767832690000023
和电流信号
Figure FDA0002767832690000024
构造方程，包括：
Figure FDA0002767832690000025
式(1)中X11是自阻抗的幅值；X12是互阻抗的幅值；
Figure FDA0002767832690000026
是
Figure FDA0002767832690000027
的实部，
Figure FDA0002767832690000028
是
Figure FDA0002767832690000029
的虚部，
Figure FDA00027678326900000210
是
Figure FDA00027678326900000211
的虚部。
7.根据权利要求6所述的方法，所述构建向量，获取所述向量的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线，包括：以
Figure FDA00027678326900000212
为X轴坐标，以
Figure FDA00027678326900000213
为y轴坐标，构成向量Y：
Figure FDA00027678326900000214
所述含三个变量的向量Y的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线。
8.一种用于变压器绕组变形进行在线诊断系统，所述系统包括：
获取单元，用于通过变压器绕组的中性点接地线上注入扫频信号；获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电流信号
Figure FDA00027678326900000215
获取变压器绕组的中性点接地线上感应到的电压信号
Figure FDA00027678326900000216
获取变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure FDA00027678326900000217
构造单元，通过获取的电流信号
Figure FDA00027678326900000218
电压信号
Figure FDA00027678326900000219
和电流信号
Figure FDA00027678326900000220
构造方程；
构建向量，获取所述向量的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线；
确认单元，用于基于DL/T911中提供的纵向比较法或者横向比较法对比获取的所述频响曲线，依据随机向量之间典型相关系数确认所述频响曲线所对应的向量之间的最大典型相关系数；
诊断单元，用于基于DL/T911中提供的基于相关系数的诊断方法确定所述变压器绕组的变形情况。
9.根据权利要求8所述的系统，所述获取单元还用于：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈，套在所述变压器绕组的中性点引出线套管根部外部，扫频信号源设置在所述线圈两端。
10.根据权利要求8所述的系统，所述获取单元还用于：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的中性点套管根部，测量所述变压器绕组的中性点接地线上的扫频激励电流信号
Figure FDA0002767832690000031
11.根据权利要求8所述的系统，所述获取单元还用于：通过带有磁芯的罗果夫斯基的线圈型电流传感器，套在变压器绕组的高压套管根部外面，测量变压器绕组的高压引出线上的电流信号
Figure FDA0002767832690000032
12.根据权利要求8所述的系统，所述注入扫频信号的扫频信号源包括：信号发生器或函数发生器或扫描信号源。
13.根据权利要求8所述的系统，所述构造单元还用于：通过获取的电流信号
Figure FDA0002767832690000033
电压信号
Figure FDA0002767832690000034
和电流信号
Figure FDA0002767832690000035
构造方程，包括：
Figure FDA0002767832690000036
式(1)中X11是自阻抗的幅值；X12是互阻抗的幅值；
Figure FDA0002767832690000037
是
Figure FDA0002767832690000038
的实部，
Figure FDA0002767832690000039
是
Figure FDA00027678326900000310
的虚部，
Figure FDA00027678326900000311
是
Figure FDA00027678326900000312
的虚部。
14.根据权利要求13所述的系统，所述构造单元还用于：构建向量，获取所述向量的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线，包括：以
Figure FDA0002767832690000041
为X轴坐标，以
Figure FDA0002767832690000042
为y轴坐标，构成向量Y：
Figure FDA0002767832690000043
所述含三个变量的向量Y的端点随所述扫频信号的频率f变化的向量的轨迹为变压器绕组的频响曲线。
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