CN108027401A - 用于对电力变压器的绕组夹具的状态分类的方法 - Google Patents
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Abstract
用于对电力变压器的绕组夹具的状态分类的方法。本发明涉及用于对沉浸在充满油(14)的变压器箱(12)中的电力变压器的绕组夹具(100)的状态分类的方法，其中，电力变压器包括至少一个变压器线圈(16,18,20)，变压器线圈具有布置在变压器芯(22)上的至少一个夹持的(102‑104)电绕组(106)，方法包括以下步骤：对变压器箱(12)的冲击区域(28,30,32,34)应用机械力脉冲(24)，使得至少绕组(106)以机械的方式受到激励而振动，并且随之在至少一个绕组(106)内引起(40,42,44,52)电压；在振动期间的一段时期里测量至少一个绕组(106)的感应电压(40,42,44,52)；将那些测量数据从时域转换(58)成频域，并且提供包括处于频域(58)的测量数据的相应的数据集；在数据集的处于频域的测量数据内搜索局部最大值(88,90,92)；在局部最大值内不存在独特最大值(74)的情况下，将至少一个绕组(106)的绕组夹具(100)的状态分类为有缺陷；在局部最大值内存在恰好一个独特最大值(74)的情况下，将至少一个绕组(106)的绕组夹具(100)的状态分类为至少可能足够。
Description
技术领域
本发明涉及用于对沉浸在充满油的变压器箱中的电力变压器的绕组夹具的状态分类的方法，其中，电力变压器包括至少一个变压器线圈，变压器线圈具有布置在变压器芯上的至少一个夹持的电绕组，方法包括以下步骤：对变压器箱的冲击区域应用机械力脉冲，使得至少绕组以机械的方式受到激励而振动，并且随之在至少一个绕组内引起电压；测量在振动期间的一段时期里至少一个绕组的感应电压；将那些测量数据从时域转换成频域，并且提供包括处于频域的测量数据的相应的数据集；以及在数据集的处于频域的测量数据内搜索局部最大值。
背景技术
已经知道典型地通过所谓的绕组夹具来固定电力变压器(例如具有300MVA的额定功率，一级侧的额定电压为380 kV，并且二级侧的额定电压为110 kV)的绕组，以便确保在相邻绕组圈之间有足够的隔离距离。在绕组夹具不足够的情况下，变压器的带电部件不被设置来应对由于电能分配网络中发生的高电流而引起的电应力所导致的机械应力。在短路或者甚至负载电流变化大的情况下，在相邻绕组圈之间会发生强大的机械力。为了防止绕组(相应地，其绕组圈)的任何机械移动，相应地，变型，在绕组的轴向端处被以相应的压力夹持。绕组圈本身经受住大部分的径向方向上的压力。在径向相邻的绕组层之间和/或在沿轴向相邻的绕组圈之间预见性地使用例如由压制板制成的间隔元件，以便确保足够的隔离距离，而且以便固定绕组结构以防发生机械移动。
由于在绕组的圈之间发生的力的原因，变压器的绕组夹具随着多年的运行会老化，使得有一天其功能可能不足以确保相应的变压器无故障地运行。在这种情况下，对绕组施加的压力典型地过低，使得绕组圈不再足够地固定。
变压器的绕组夹具老化不会遭受可良好地预测的持续的老化过程。此外老化受相应的变压器的各个绕组上的单独的机械应力冲击的影响，并且于是不可良好地计算老化。因而在若干情况下，需要单独分析变压器的绕组夹具的状态，以便证明它是否仍然足够。在绕组夹具的状态不足够的情况下，必须进行改造，以便确保变压器在今后无故障地运行。
分析绕组夹具是相当困难的工作，因为电力变压器典型地布置在充满油的变压器箱内，并且于是不容易接近。因而在不从电力变压器的充满油的变压器箱中移除它的情况下，例如基于视觉或人工控制来直接评定绕组夹具是不可行的。
已经了解到一些评定方法，其中通过机械力脉冲的冲击或者通过对待评定的绕组应用电流脉冲，来以机械的方式(相应地，以电的方式)对绕组(相应地，绕组夹具)进行激励而使其振动。待评定的绕组布置在电力变压器的变压器芯上。由于变压器芯的剩磁，当绕组振动时会在绕组中引起电压。绕组振动在很大程度上取决于绕组夹具的状态。
专利文献RU 2117955公开了一种用于分析相应的感应电压的方法，其中，电力变压器的线圈被其油箱上的机械力脉冲激励而振动。测量感应电压且将其转换成频域。假设感应电压的特征在于在频域中在对应于绕组的共振频率的预定频率下具有高峰。基于这个高峰的幅度，提供公式来计算绕组夹具的剩余压力，作为绕组夹具的状态的指标。
不利的是在现有技术中，电力变压器典型地不仅仅具有一个共振频率：电力变压器典型地具有经受不同的压力且随之经受不同的共振频率的若干绕组，至少一级绕组和二级绕组。因而根据现有技术的方法在许多情况下会失效。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于对电力变压器的绕组夹具的状态分类的改进的方法。
问题由用于对前面提到的类型的电力变压器的绕组夹具的状态分类的方法解决。此方法的特征在于以下步骤：
•在局部最大值内不存在独特(distinct)最大值的情况下，将至少一个绕组的绕组夹具的状态分类为有缺陷，
•在局部最大值内存在恰好一个独特最大值的情况下，将至少一个绕组的绕组夹具的状态分类为至少可能足够。
根据本发明的思想不采用在频域中在预定频率下的高峰，此外，本发明假设具有足够绕组夹具的绕组的感应电压的特征在于在频域中仅仅一个很大的独特最大值，而独特最大值的频率是次相关的。另一方面，本发明假设，没有独特最大值，相应地具有若干局部最大值(由此没有一个最大值比其它最大值显著更独特)的感应电压是关于绕组夹具不够的明确指标。
这个假设的背景是，绕组或绕组区段的绕组夹具典型地在其整个延伸中不具有同样的缺陷，此外已经发现，在绕组夹具不足够的情况下，存在一些具有缺陷的局部区域，其不同于无缺陷(相应地具有不同程度缺陷)的其它区域。因而在绕组夹具具有相应的不同状态的不足够的绕组内存在不同的区域，其会引起不同的共振频率。
根据本发明，预见到通过对变压器箱的外表面的冲击区域应用机械力脉冲，最简单的是通过使用锤子等，来使电力变压器的绕组进行机械振动。因而电力变压器的所有绕组将以类似的方式振动，例如振动几秒钟的时间跨度，直到振动已经消除。这使得能够并行地同步分析电力变压器的若干绕组，使得例如还可分析三相电力变压器的三个一级和二级绕组之间的相互关联。
在频域中的感应电压典型地特征在于具有一个或多个局部最大值的2 kHz和更高的相关频谱。各个最大值不是只在一个频率明显地形成，此外可认为最大值是围绕相应的频率的高斯分布的高峰，其中，高峰在高峰的一半高度处的宽度可能为例如30 Hz。认为明显地越过其它局部最大值的局部最大值(如果存在的话)是独特最大值。
感应电压典型地在几伏和更低的范围中。可通过使用具有某个取样频率(例如在5kHz和更高的范围内)的自动测量电路来测量那些电压。必须确保正确地对可能具有例如2kHz的最大值频率的相关频谱取样，也就是说，至少以相关最高频率的两倍的取样频率取样。例如可通过使用PSD(功率频谱密度)、FFT(快速傅利叶变换)或DFT(离散傅利叶变换)的方法来完成从时域到频域的转换。
因而根据本发明，在局部最大值内没有独特最大值的情况上，将至少一个绕组的绕组夹具的状态分类为有缺陷。在这种情况下，可假设存在两个或更多个相关共振频率，其表明在绕组内存在至少两个具有不同状态的绕组夹具的区域。
因此，在局部最大值内正好有一个独特最大值的情况下，将至少一个绕组的绕组夹具的状态分类为至少可能足够。在一个频域中存在正好一个独特最大值是绕组夹具的状态也足够的必要条件但不一定是充分条件。
根据本发明的另一个实施例，频域覆盖至少1.5 kHz的最大值频率，优选至少2kHz。已经发现，迄今为止，在频域中的测量电压的最相关的局部最大值位于这个频率范围之内。优选地，用于测量感应电压的信号的过程的取样频率应当为至少10 kHz，以确保频域内的数据品质足够高。
根据本发明的另一个实施例，电力变压器包括若干绕组，其中，针对那些绕组中的至少两个同步提供相应的数据集，以及其中，对那至少两个绕组的绕组夹具的状态分类。这意味着在一个振动时期期间，同步分析两个或更多个绕组内的感应电压。因而在不同的测量电压的频谱之间的交叉关系分析随之得到促进，因为它不依赖于所应用的机械力脉冲的强度。因而在重复测量的情况下，机械力脉冲的强度不必是相同的。
根据本发明的另一个实施例，电力变压器是3相变压器。这是电力变压器的普遍实施例，因为电能供应网络典型地是3相的。因而对于三相变压器而言，可轻易地对例如三相绕组的感应电压进行同步测量且同步地提供相应的数据集。
根据本发明的另一个实施例，以及在至少两个可用数据集具有相应的独特最大值的情况下，当对相应的绕组夹具的状态分类时，在独特最大值的频率之间进行对照。在三相变压器的情况下，这可为例如在频域中针对一级和/或二级绕组的感应电压同步地产生数据集。如果例如一个或多个测量的所有数据集都在相似频率包括独特最大值，则可假设，变压器的绕组夹具处于足够状况。通过这种对照，相应地通过重复测量，识别和消除错误测量也是可行的。
根据本发明的另一个实施例，在相应的独特最大值的频率彼此的差不超过30 Hz的情况下，将相应的绕组夹具分类为足够的。已经发现，在重复测量的情况下，或者在针对同一变压器的不同绕组同步进行若干测量的情况下，独特最大值的频率可能有微小偏差。根据本发明，可假设，例如，在重复测量几次且在不超过30 Hz的带宽内具有相应的独特频率最大值的情况下，相应的绕组夹具处于足够状况。
根据本发明的另一个方面，以及在3相变压器的情况下，在相应的相导体和实际或虚拟中性点之间测量相应的绕组内的感应电压。因而在不对链接的相电压产生不利影响的情况下按相位进行测量是可行的。
根据本发明的另一个实施例，电力变压器包括抽头转换开关，并且方法以不同的抽头转换开关设定按顺序重复。取决于相应的抽头转换开关设定，额外的绕组节段与变压器的相应的绕组串联电连接。各个绕组节段因而可能遭受单独的故障。通过在若干抽头转换开关设定下重复相应的测量几次，可行的是识别绕组的相应的缺陷，并且将其分派给由抽头转换开关切换的某个绕组节段。
根据本发明的另一个实施例，方法的步骤重复至少两次，其中，相应的机械力脉冲的冲击区域经历改变或不经历改变。通过增加进行测量的次数，更容易检测和消除错误测量。绕组夹具的状态分类的可靠性随之得到改进。
根据本发明的另一个实施例，至少一个冲击区域位于变压器箱的跨过待分析的至少一个夹持的绕组的侧壁上。机械力脉冲在这种情况下以优选的方式传播到夹持的绕组。
根据本发明的另一个实施例，机械力脉冲的能量在小于500J的范围中。已经发现，一方面，绕组的振动足够高，以产生相应的感应电压，而在另一方面。随之有利地避免对变压器箱的表面的损伤。
根据本发明的另一个实施例，通过相应的标准化脉冲器件以可重现的方式应用机械力脉冲。这种器件可为例如可移动砝码，在一定距离上用弹簧使其加速。因而在砝码碰到变压器箱的表面的情况下随之产生的机械力脉冲始终是相同的。
根据本发明的另一个实施例，在频域中的局部最大值为同一数据集的在频域内的相应的其它最大值的至少两倍的情况下，将频域中的局部最大值分类为一个独特最大值。
根据本发明的另一个实施例，在两个相邻局部最大值的频率差不超过30 Hz的情况下，将两个相邻局部最大值分类为一个局部最大值。例如如果150 Hz存在最大值的高峰且在180Hz存在另一个高峰，则可假设，在165 Hz存在普通高峰。因而避免了频率内的小偏差导致对绕组夹具的状态分类有误。这个进程可重复，所以如果存在各自彼此差异不超过30 Hz的两个已经合并的最大高峰，则那些最大高峰可再次合并。取决于变压器的大小和其它框架条件，极限也可能为50 Hz而非30 Hz。
在从属权利要求中记载了本发明的另外的有利实施例。
附图说明
现在将借助于示例性实施例且参照附图来进一步解释本发明，其中：
图1显示箱中的示例性电力变压器，
图2显示测量数据的示例性处理，
图3显示在频域中的测量数据的示例性独特最大值，
图4显示在频域中的测量数据的示例性局部最大值，以及
图5显示示例性绕组夹具的组件。
具体实施方式
图1显示充满油14的箱12中的示例性电力变压器。电力变压器包括变压器芯22，它们具有三个线圈16、18、20，线圈围绕变压器芯22的相应的分支布置。在变压器箱12的一侧上指示了脉冲器件26(在此例中是锤子)应用机械力冲击24(相应地，脉冲)在变压器箱12的冲击区域28上。在此例中，机械力冲击24的能量为300 J。但当然其它量的能量也是可行的。因而所应用的脉冲通过机械连接，诸如油箱壁和线圈14的支承件，传播到线圈16、18、20，并且激励它们振动例如几秒钟。用参考标号30、32、34指示冲击区域的另外的可行变型，它们位于变压器箱12的跨过线圈16、18、20(它们的相应的夹持的绕组要被分析)的侧壁上。
线圈16、18、20的绕组包括电绕组连接件36，针对每个线圈一个相应的绕组指示了其中两个电绕组连接件，其中，线圈典型地包括至少一级和二级绕组。相应的绕组的相应的第一连接件连接到公共中性点38上，其中相应的连接连接是按三角形电连接的。在各个线圈16、18、20的第一和第二连接件之间，相应地在中性点38和相应的第二连接件之间测量相应的感应电压40、42、44。
感应电压40、42、44由相应的测量器件测量，并且未显示的计算单元将感应电压从时域转换为频域，并且将感应电压存储到相应的数据集中。
图2在草图50中显示测量数据的示例性处理。在时域中测量感应电压52，使得依赖于时间t来获得测量数据54。那些测量数据54从时域转换56成频域。这可通过例如使用快速傅利叶变换(FFT)的方法来完成。由此得到在频域f中的相应的测量数据58。用在相应的频率的竖线来指示相应的最大值，由此可认为在中间的最大值与其它最大值相比是独特最大值。
图3在草图60中显示在频域中的测量数据的示例性独特最大值。图显示了频域内的三个不同的测量数据62、64、66，其中认为最大频率为2.2 kHz。在图中，描绘了取决于频率68的电压70。测量数据表示在对其变压器箱的外部应用机械力脉冲之后，三相电力变压器的三个一级绕组的同步测量的感应电压。可清楚地看到，所有三个测量数据都包括大约380 Hz的相应的显著局部最大值，它明显不同于所有其它相应的局部最大值，因为它们的相应的高度是相应的其它最大值的高度的至少两倍。因而各个测量数据在大约380 Hz的频率72下具有独特最大值。在第二测量数据64内可找到所有测量数据的最独特的最大值74。在第一测量数据62内可找到不那么独特的最大值，但它与其它最大值的差异仍然使得可认为它是独特最大值。因而可认为相应的电力变压器的绕组夹具是足够的。
图4在草图80中显示在频域中的测量数据的示例性最大值。图显示了在频域内的三个不同的测量数据82、84、86，其中认为最大值频率为2.5 kHz。已经同步记录了所有测量数据且它们与三相变压器的相应的线圈相关联。在图中，描绘了取决于频率94的电压96。可清楚地看到，第一测量数据82和第二测量数据84在相应的频率88、90下具有相应的独特最大值，这与在大约1.1 kHz的测量数据相同。第三测量数据86具有若干局部最大值，由此最大是在大约2.2 kHz的频率92。这与第三电压86的其它局部最大值不那么明显地不同，使得其可认为是独特最大值。所以可假设，与第三测量数据有关的线圈具有不处于足够状况的绕组夹具，而其它两个线圈的绕组夹具则处于足够状况。
图5在草图100中显示示例性绕组夹具的组件。电力变压器的线圈的绕组由若干层沿轴向相邻的绕组线材106表示，它们围绕旋转轴线112缠绕。在高电流例如在短路期间流过绕组线材106的情况下，在绕组线材106之间应用高机械力。为了防止在绕组线材106之间有任何机械移动，预见性地使用绕组夹具，包括由例如压制板制成的若干电绝缘器件108，以及用于施加轴向压力102、104来固定绕组线材106的夹板。因而在绕组夹具处于足够状况的情况下禁止那些绕组线的机械移动。
图6在草图120中显示了三个同步感应电压随着时间推移的过程，其中监测的时间跨度为60毫秒。
部件列表
10箱中的示例性电力变压器
12变压器箱
14油
16第一线圈
18第二线圈
20第三线圈
22变压器芯
24机械力冲击
26脉冲器件
28第一冲击区域
30第二冲击区域
32第三冲击区域
34第四冲击区域
36绕组连接部
38中性点
40第一感应电压
42第二感应电压
44第三感应电压
46支承件
50测量数据的示例性处理
52感应电压
54感应电压随着时间推移的测量数据
56转换成频域
58处于频域的感应电压的测量数据
60处于频域的测量数据的示例性独特最大值
62处于频域的第一测量数据
64处于频域的第二测量数据
66处于频域的第三测量数据
68频率
70幅度
72独特最大值的频率
74独特最大值
80处于频域的测量数据的示例性最大值
82处于频域的第四测量数据
84处于频域的第五测量数据
86处于频域的第六测量数据
88第四测量数据的独特最大值的频率
90第五测量数据的独特最大值的频率
92第六测量数据的独特最大局部最大值的频率
94频率
96幅度
100示例性绕组夹具的组件
102第一压力
104第二压力
106具有绕组线材的绕组
108电绝缘器件
110夹板
112旋转轴线
120感应电压随着时间推移的过程。
Claims (13)
1. 一种用于对电力变压器的绕组夹具(100)的状态分类的方法，所述电力变压器沉浸在充满油(14)的变压器箱(12)中，其中，所述电力变压器包括至少一个变压器线圈(16,18, 20)，至少一个夹持的(102-104)电绕组(106)布置在变压器芯(22)上，所述方法包括以下步骤：
对所述变压器箱(12)的冲击区域(28, 30, 32, 34)应用机械力脉冲(24)，使得所述至少绕组(106)以机械的方式受到激励而振动，并且在随之在所述至少一个绕组(106)内引起电压(40, 42, 44, 52)，
测量在振动期间的一段时期里所述至少一个绕组(106)的感应电压(40, 42, 44,52)，将那些测量数据从时域转换(58)成频域，并且提供包括处于频域(58)的测量数据的相应的数据集，
在所述数据集的处于频域的测量数据内搜索局部最大值(88, 90, 92)，
其特征在于以下步骤：
在所述局部最大值内不存在独特最大值(74)的情况下，将所述至少一个绕组(106)的所述绕组夹具(100)的状态分类为有缺陷，
在所述局部最大值内存在恰好一个独特最大值(74)的情况下，将所述至少一个绕组(106)的所述绕组夹具(100)的状态分类为至少可能足够。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频域(68, 94)覆盖至少1.5 kHz的最大值频率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电力变压器包括若干绕组(106)，其中，针对那些绕组(106)中的至少两个同步提供相应的数据集，以及其中，对那至少两个绕组(106)的所述绕组夹具(100)的状态分类。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电力变压器是3相变压器。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在至少两个数据集具有相应的独特最大值(74)的情况下，当对相应的绕组夹具(100)的状态分类时，在所述独特最大值(74)的频率之间进行对照。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在3相变压器的情况下，在相应的相导体和实际或虚拟中性点(38)之间测量相应的绕组(106)内的感应电压(40, 42,44, 52)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述电力变压器包括抽头转换开关，并且所述方法以不同的抽头转换开关设定按顺序重复。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法重复至少两次，其中，相应的机械力脉冲(24)的所述冲击区域(28, 30, 32, 34)经历改变或不经历改变。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，至少一个冲击区域(28, 30, 32, 34)位于所述变压器箱(12)的跨过待分析的至少一个夹持的(102-104)绕组(106)的侧壁上。
10. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述机械力脉冲(24)的能量在小于500 J的范围中。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过相应的标准化脉冲器件(26)以可重现的方式应用所述机械力脉冲(24)。
12. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在处于频域的局部最大值(88, 90, 92)为相应的其它最大值至少两倍的情况下，将所述局部最大值(88, 90, 92)分类为一个独特最大值(74)。
13. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在两个相邻局部最大值的频率差不超过30 Hz的情况下，将这两个相邻局部最大值分类为一个局部最大值。
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