CN108872764A - 一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法，其具体步骤如下：建立变压器绕组等效电路模型；建立扫频阻抗测试系统；通过调节信号发生器发出不同频率的正弦信号，测量计算出正常筒式绕组谐振频率时的阻抗值；通过调节信号发生器发出不同频率的正弦信号，测量计算出有短路故障的筒式绕组谐振频率时的阻抗值；再对故障点定位。采用本技术方案，本发明在扫频阻抗法的基础上，提出了一种新的变压器筒式绕组故障定位的方法，该方法通过比对变压器绕组故障前后频率阻抗的变化，得到不同故障点处阻抗的变化规律，进而实现了绕组缺陷故障定位，可以及时修复变压器的故障位置。

Description

一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法
技术领域
本发明涉及一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法，应用于变压器筒式绕组故障定位的技术领域。
背景技术
电力变压器故障多数是绕组绝缘故障，操作或雷击过电压、浪涌电流是影响它寿命的重要因素。 随着对电力系统高质量和高可靠性供电需求的不断增加， 电力变压器绕组故障的研究显得尤为必要。
引起变压器绕组绝缘恶化的因素较多，包括主变长期过载、机械振动、高频瞬态过电压、短路故障大电流、主变油温持续过高等等。绕组早期缺陷对变压器性能的影响基本上可以忽略不计， 但如不及时修复，变压器绝缘会逐步遭到破坏，最终可能引起永久性故障。
因此，对绕组缺陷的早期故障诊断及定位，防止缺陷进一步扩大，是保障电力变压器安全运行、 减少停运时间以及延长变压器寿命的非常重要的手段。对变压器绕组故障诊断的方法有频域响应法、短路阻抗法和低压脉冲法。近年来，有部分学者结合频域响应法和短路阻抗法提出了新的研究方法：扫频阻抗。该方法克服了频域响应法不直观，无定量标准而且易受测量方式影响以及短路阻抗法灵敏度低的缺点。
目前对扫频阻抗法的研究大都停留在绕组故障诊断，鲜有故障定位的探讨，为此，我们设计一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法。
发明内容
为解决现有技术方案的缺陷，本发明公开了一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法。
本发明公开了一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法，其具体步骤如下：
S1、建立变压器绕组等效电路模型，变压器在不同的频段有着不同的等效电路模型，如低频段、高频段电路模型，通过建立的变压器绕组等效电路模型可以预先获得无故障时变压器绕组的阻抗特性；
S2、建立扫频阻抗测试系统，该系统是由信号发生器发出 50Hz～1MHz 的正弦信号，经功率放大器处理放大后施加在待测的变压器绕组电路模型上，再由数据采集卡测量到变压器绕组的电压 和电流，通过计算机计算可得到该模型的阻抗值；
S3、待测的变压器绕组电路模型为给定的正常筒式绕组变压器时，其正常运行时的阻抗特性和谐振频率是一定的，采用S2中的扫频阻抗测试系统，通过调节信号发生器发出不同频率的正弦信号，测量计算出正常筒式绕组谐振频率时的阻抗值；
S4、待测的变压器绕组电路模型为有短路故障的筒式绕组变压器时，采用S2中的扫频阻抗测试系统，通过调节信号发生器发出不同频率的正弦信号，测量计算出有短路故障的筒式绕组谐振频率时的阻抗值，使得有短路故障发生时，谐振频率增加，短路的层数越多，谐振频率越高；
S5、故障点定位：
1）筒式绕组变压器的半径方向定位：通过计算式（a）获得故障点半径的R数值，其式（a）中为正常筒式绕组谐振频率时的阻抗值，为有短路故障的筒式绕组谐振频率时的阻抗值；
2）筒式绕组变压器的中心的轴方向定位：通过计算式（b）获得故障点远离筒式绕组中心距离的L数值，其式（b）中为筒式绕组的高度；
3）可以根据公式（a）和（b），即可计算得出对应出筒式绕组半径及中心的轴方向故障位置，实现变压器筒式绕组的故障定位。
优选的，所述S1步骤中变压器绕组等效电路模型在低频段时，变压器可以看作是电阻、电感等元件的组合，其中电感阻抗大小与频率成正比，所以随着频率的增加，变压器的阻抗随之增加。
优选的，所述S1步骤中变压器绕组等效电路模型在高频时，变压器可表征为一系列电阻、电抗以及电容等分布参数的组合，由于同时存在电抗和电容，频率阻抗曲线呈现出谐振特性。
优选的，所述S2步骤中计算机是通过计算式（1）获得该模型的阻抗值；再经归一化处理后，对于单相变压器，通过计算式（2）获得其阻抗值；而对于三相变压器，线电压与相电压进行转换后，通过计算式（3）获得其阻抗值。
优选的，所述计算式（3）中，为变压器的额定电压，V；为变压器的额定电流，A。
有益效果是：本发明在扫频阻抗法的基础上，提出了一种新的变压器筒式绕组故障定位的方法，该方法通过比对变压器绕组故障前后频率阻抗的变化，得到不同故障点处阻抗的变化规律，进而实现了绕组缺陷故障定位，可以及时修复变压器的故障位置。
附图说明
图1是本发明一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法的测试系统图；
图2是本发明一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法的低频时变压器等效电路模型图；
图3是本发明一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法的高频时变压器等效电路模型图。
具体实施方式
本发明公开了一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法，其具体步骤如下：
S1、如图2、图3所示建立变压器绕组等效电路模型，变压器在不同的频段有着不同的等效电路模型，如低频段、高频段电路模型，通过建立的变压器绕组等效电路模型可以预先获得无故障时变压器绕组的阻抗特性；
其中变压器绕组等效电路模型在低频段时，变压器可以看作是电阻、电感等元件的组合，其中电感阻抗大小与频率成正比，所以随着频率的增加，变压器的阻抗随之增加；
变压器绕组等效电路模型在高频时，变压器可表征为一系列电阻、电抗以及电容等分布参数的组合，由于同时存在电抗和电容，频率阻抗曲线呈现出谐振特性；
S2、如图1所示建立扫频阻抗测试系统，该系统是由信号发生器发出 50Hz～1MHz 的正弦信号，经功率放大器处理放大后施加在待测的变压器绕组电路模型上，再由数据采集卡测量到变压器绕组的电压 和电流，通过计算机计算可得到该模型的阻抗值；
其中计算机是通过计算式（1）获得该模型的阻抗值；再经归一化处理后，对于单相变压器，通过计算式（2）获得其阻抗值；而对于三相变压器，线电压与相电压进行转换后，通过计算式（3）获得其阻抗值，计算式（3）中，为变压器的额定电压，V；为变压器的额定电流，A；
S3、待测的变压器绕组电路模型为给定的正常筒式绕组变压器时，其正常运行时的阻抗特性和谐振频率是一定的，采用S2中的扫频阻抗测试系统，通过调节信号发生器发出不同频率的正弦信号，测量计算出正常筒式绕组谐振频率时的阻抗值；
S4、待测的变压器绕组电路模型为有短路故障的筒式绕组变压器时，采用S2中的扫频阻抗测试系统，通过调节信号发生器发出不同频率的正弦信号，测量计算出有短路故障的筒式绕组谐振频率时的阻抗值，使得有短路故障发生时，谐振频率增加，短路的层数越多，谐振频率越高；
S5、故障点定位：
1）筒式绕组变压器的半径方向定位：通过计算式（a）获得故障点半径的R数值，其式（a）中为正常筒式绕组谐振频率时的阻抗值，为有短路故障的筒式绕组谐振频率时的阻抗值；
2）筒式绕组变压器的中心的轴方向定位：通过计算式（b）获得故障点远离筒式绕组中心距离的L数值，其式（b）中为筒式绕组的高度；
3）可以根据公式（a）和（b），即可计算得出对应出筒式绕组半径及中心的轴方向故障位置，实现变压器筒式绕组的故障定位。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (5)

1.一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法，其特征在于：其具体步骤如下：
S1、建立变压器绕组等效电路模型，变压器在不同的频段有着不同的等效电路模型，如低频段、高频段电路模型，通过建立的变压器绕组等效电路模型可以预先获得无故障时变压器绕组的阻抗特性；
S2、建立扫频阻抗测试系统，该系统是由信号发生器发出 50Hz～1MHz 的正弦信号，经功率放大器处理放大后施加在待测的变压器绕组电路模型上，再由数据采集卡测量到变压器绕组的电压 和电流，通过计算机计算可得到该模型的阻抗值；
S3、待测的变压器绕组电路模型为给定的正常筒式绕组变压器时，其正常运行时的阻抗特性和谐振频率是一定的，采用S2中的扫频阻抗测试系统，通过调节信号发生器发出不同频率的正弦信号，测量计算出正常筒式绕组谐振频率时的阻抗值；
S4、待测的变压器绕组电路模型为有短路故障的筒式绕组变压器时，采用S2中的扫频阻抗测试系统，通过调节信号发生器发出不同频率的正弦信号，测量计算出有短路故障的筒式绕组谐振频率时的阻抗值，使得有短路故障发生时，谐振频率增加，短路的层数越多，谐振频率越高；
S5、故障点定位：
1）筒式绕组变压器的半径方向定位：通过计算式（a）获得故障点半径的R数值，其式（a）中为正常筒式绕组谐振频率时的阻抗值，为有短路故障的筒式绕组谐振频率时的阻抗值；
2）筒式绕组变压器的中心的轴方向定位：通过计算式（b）获得故障点远离筒式绕组中心距离的L数值，其式（b）中为筒式绕组的高度；
3）可以根据公式（a）和（b），即可计算得出对应出筒式绕组半径及中心的轴方向故障位置，实现变压器筒式绕组的故障定位。
2.根据权利要求1所述的一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法，其特征在于：所述S1步骤中变压器绕组等效电路模型在低频段时，变压器可以看作是电阻、电感等元件的组合，其中电感阻抗大小与频率成正比，所以随着频率的增加，变压器的阻抗随之增加。
3.根据权利要求1所述的一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法，其特征在于：所述S1步骤中变压器绕组等效电路模型在高频时，变压器可表征为一系列电阻、电抗以及电容等分布参数的组合，由于同时存在电抗和电容，频率阻抗曲线呈现出谐振特性。
4.根据权利要求1所述的一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法，其特征在于：所述S2步骤中计算机是通过计算式（1）获得该模型的阻抗值；再经归一化处理后，对于单相变压器，通过计算式（2）获得其阻抗值；而对于三相变压器，线电压与相电压进行转换后，通过计算式（3）获得其阻抗值。
5.根据权利要求4所述的一种变压器筒式绕组故障定位的扫频阻抗法，其特征在于：所述计算式（3）中，为变压器的额定电压，V；为变压器的额定电流，A。
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