CN109061424A - 一种变压器绕组局部放电源电气定位方法 - Google Patents

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郑能
陈文华
殷亮
孙仕辉
陈江峰
龙川
张周胜
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation

Abstract

本发明涉及一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，该方法包括如下步骤：(1)对于待诊断的变压器绕组，确定局部放电源定位因子与变压器绕组套管电流和中性点电流的函数关系，形成定位函数，对变压器绕组进行局部放电仿真，确定该变压器绕组的定位因子与局部放电源位置的定位关系曲线；(2)在应用现场，采集变压器绕组套管电流和中性点电流，根据定位函数获取定位因子测定值，利用定位因子测定值从定位关系曲线中获取局部放电源位置。与现有技术相比，本发明方法简便，定位结果准确可靠，便于工程应用。

Description

一种变压器绕组局部放电源电气定位方法
技术领域
本发明涉及变压器局部放电检测技术，尤其是涉及一种变压器绕组局部放电源电气定位方法。
背景技术
变压器是电力系统中重要的设备之一，其安全运行意义重大。变压器的运行可靠性在很大程度上取决于其绝缘系统的性能，而绝缘薄弱环节中的局部放电现象则是影响绝缘性能的重要因素之一。对变压器绕组局部放电进行定位，能及时发现故障隐患，避免突发事故的发生。
获取变压器绕组局部放电源的位置是变压器局部放电检测的必要功能之一，也是变压器局部放电故障识别与诊断以及维修策略制定的必要条件。根据局部放电过程中所产生的诸如电磁波、声波、光、热和化学变化等现象，其定位方法有电气定位、超声定位、光定位、热定位和DGA定位等。目前，国内外研究较多也比较成熟的是超声定位和电气定位。
超声波定位方法是目前研究最多，也是比较成熟的一种方法，并得到了广泛的应用。当变压器绕组发生局部放电时，会产生电磁波、放电脉冲和超声波等信号，超声波在变压器中的不同介质中传播(油纸、绕组和隔板等)，到达固定在变压器油箱壁上的超声传感器。通过多个超声传感器测量不同传感器测量到信号的时间延时，经过定位算法的计算，就能够确定局放源的位置。
电气定位是指当变压器绕组发生局部放电时，所产生的放电脉冲沿绕组传播到达测量端。该放电脉冲包含了放电特性和局部放电定位所需要的一些信息，通过对此脉冲进行分析，可确定局放源的具体位置。传统的电气定位方法很多，诸如起始电压法、极性法、行波法、电容分量法等。随着研究的逐渐深入和数字测量技术的进一步发展，改进电容分量法和端点电流脉冲频谱分析法这两种方法得到了更多的研究和应用。
一些新的定位方法的出现也为进一步研究局部放电的定位提供了新的思路，国内外研究提出了多种变压器绕组局部放电源定位方法，如分层绕组模型变焦遗传算法的参数辨识法，基于传输函数理论的变压器绕组局部放电定位法、数值滤波技术法、利用中性点电流和套管电流实现变压器绕组的定位方法等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种变压器绕组局部放电源电气定位方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，该方法包括如下步骤：
(1)对于待诊断的变压器绕组，确定局部放电源定位因子与变压器绕组套管电流和中性点电流的函数关系，形成定位函数，对变压器绕组进行局部放电仿真，确定该变压器绕组的定位因子与局部放电源位置的定位关系曲线；
(2)在应用现场，采集变压器绕组套管电流和中性点电流，根据定位函数获取定位因子测定值，利用定位因子测定值从定位关系曲线中获取局部放电源位置。
步骤(1)具体为：
(11)建立变压器绕组阶梯网络等效电路；
(12)建立套管电流、中性点电流与局部放电源电流的数学模型；
(13)确定局部放电源定位因子与变压器绕组套管电流和中性点电流的函数关系，形成定位函数；
(14)搭建变压器绕组阶梯网络仿真模型，选取多个不同的放电注入点注入放电电流模拟局部放电源，并得到不同位置局部放电源下对应的套管电流和中性点电流；
(15)根据数学模型获取各放电注入点对应的局部放电源位置，同时根据定位函数获取各放电注入点的定位因子；
(16)对定位因子和局部放电源位置进行曲线拟合获取定位关系曲线。
步骤(11)具体为：
(11a)将变压器绕组按照长度平均划分为n段，形成n+1个节点；
(11b)相邻节点之间分别串联由电感和电容组成的并联结构；
(11c)首端节点串联耦合电容一端，耦合电容另一端为套管电流输出端，首端节点还通过套管电容接地，末端节点为中性点电流输出端，除首端节点和末端节点的其余节点均分别通过一个接地电容接地。
步骤(12)中数学模型为：
ib(jw)为套管电流的频域值，ig(jw)为中性点电流的频域值，ipd(jw)为局部放电源电流的频域值，cm为耦合电容，cd为对地电容，cB为套管电容，r为变压器绕组单位长度电阻，L为变压器绕组总长度，x0为局部放电源位置，x0也即为变压器套管终端到局部放电源的距离，sinh双曲正弦函数，cosh为双曲余弦函数。
所述的局部放电源定位因子设置2个，分别为C1和C2，C1和C2均分别与变压器绕组套管电流和中性点电流存在函数关系，进而形成分别对应于C1和C2定位函数。
步骤(14)具体为：
(14a)在Matlab软件中搭建变压器绕组阶梯网络仿真模型；
(14b)将变压器绕组阶梯网络等效电路中的某个节点作为放电注入点模拟局部放电源；
(14c)测量套管电流输出端和中性点电流输出端的输出电流，得到对应局部放电源下的套管电流和中性点电流。
步骤(16)中分别对2个定位因子与局部放电源位置进行曲线拟合获取相应的定位关系曲线；
进而，在应用现场，利用两条定位关系曲线分别确定局部放电源位置，若获得的两个局部放电源位置误差在设定范围则定位成功，否则定位失败。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明首先利用仿真确定变压器绕组的定位因子与局部放电源位置的定位关系曲线，进而在实际应用现场，直接采集变压器绕组套管电流和中性点电流，并利用预先确定的定位关系曲线即可完成定位，从而更简便、有效地检测到变压器的局部放电源；
(2)本发明引入定位因子，定位因子可以真实反映不同变压器的局部放电源的位置，而定位因子与变压器绕组套管电流和中性点电流存在函数关系，由此，将局部放电源的位置这一不可直接测量量转换为变压器绕组套管电流和中性点电流的测量，从而反推局部放电源的位置，方法巧妙，易于实现，便于工程应用；
(3)本发明设计了2个定位因子，进而拟合出2条定位关系曲线，理论上，2条定位关系曲线确定的局部放电源位置应相同，由此，在现场应用时，当采用两条定位关系曲线确定的局部放电源位置差异较大时便能提示定位失败，实现自检，提高了定位的可靠性。
附图说明
图1为本发明变压器绕组局部放电源电气定位方法的流程框图；
图2为本实施例变压器绕组仿真结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
如图1，一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，该方法包括如下步骤：
(1)对于待诊断的变压器绕组，确定局部放电源定位因子与变压器绕组套管电流和中性点电流的函数关系，形成定位函数，对变压器绕组进行局部放电仿真，确定该变压器绕组的定位因子与局部放电源位置的定位关系曲线；
(2)在应用现场，采集变压器绕组套管电流和中性点电流，根据定位函数获取定位因子测定值，利用定位因子测定值从定位关系曲线中获取局部放电源位置。
步骤(1)具体为：
(11)建立变压器绕组阶梯网络等效电路；
(12)建立套管电流、中性点电流与局部放电源电流的数学模型；
(13)确定局部放电源定位因子与变压器绕组套管电流和中性点电流的函数关系，形成定位函数；
(14)搭建变压器绕组阶梯网络仿真模型，选取多个不同的放电注入点注入放电电流模拟局部放电源，并得到不同位置局部放电源下对应的套管电流和中性点电流；
(15)根据数学模型获取各放电注入点对应的局部放电源位置，同时根据定位函数获取各放电注入点的定位因子；
(16)对定位因子和局部放电源位置进行曲线拟合获取定位关系曲线。
步骤(11)具体为：
(11a)将变压器绕组按照长度平均划分为n段，形成n+1个节点；
(11b)相邻节点之间分别串联由电感和电容组成的并联结构；
(11c)首端节点串联耦合电容一端，耦合电容另一端为套管电流输出端，首端节点还通过套管电容接地，末端节点为中性点电流输出端，除首端节点和末端节点的其余节点均分别通过一个接地电容接地。
步骤(12)中数学模型为：
ib(jw)为套管电流的频域值，ig(jw)为中性点电流的频域值，ipd(jw)为局部放电源电流的频域值，cm为耦合电容，cd为对地电容，cB为套管电容，r为变压器绕组单位长度电阻，L为变压器绕组总长度，x0为局部放电源位置，x0也即为变压器套管终端到局部放电源的距离，sinh双曲正弦函数，cosh为双曲余弦函数。
局部放电源定位因子设置2个，分别为C1和C2，C1和C2均分别与变压器绕组套管电流和中性点电流存在函数关系，进而形成分别对应于C1和C2定位函数。套管电流中性点电流的均值与方差不是可逆函数，因此不能直接作为局部放电定位的判定依据，而上述均值和方差可以通过变换找到可以作为局部放电定位的定位因子C1和C2，由此定位因子C1和C2与局部放电源存在一一对应的函数关系，因此这两个定位因子都能用于局部放电源的定位。
步骤(14)具体为：
(14a)在Matlab软件中搭建变压器绕组阶梯网络仿真模型，如图2所示，在Matlab软件中绘制变压器绕组阶梯网络等效电路，本实施例中变压器单相绕组长300m，每20m为一段，共15段，想成16个节点(用0,1,2,……,15表示)，套管电容cB＝500uF，耦合电容cm＝1000uF，对地电容cd＝68.2667uF，串联电容ck＝6000uF；
(14b)将变压器绕组阶梯网络等效电路中的某个节点作为放电注入点模拟局部放电源，例如图2中在节点0处注入放电信号来模拟局部放电，图中Conn1即为模拟的局部放电源；
(14c)测量套管电流输出端和中性点电流输出端的输出电流，得到对应局部放电源下的套管电流和中性点电流，图2中分别通过Scope1和Scope2读取套管电流和中性点电流。
步骤(16)中分别对2个定位因子与局部放电源位置进行曲线拟合获取相应的定位关系曲线，本实施例中定位因子C1与局部放电源位置呈线性关系，定位因子C2与局部放电源位置近似呈线性关系；
进而，在应用现场，利用两条定位关系曲线分别确定局部放电源位置，理论上，2条定位关系曲线确定的局部放电源位置应相同，因此，若获得的两个局部放电源位置误差在设定范围则定位成功，否则定位失败，由此实现自检，提高了定位的可靠性。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (7)

1.一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)对于待诊断的变压器绕组，确定局部放电源定位因子与变压器绕组套管电流和中性点电流的函数关系，形成定位函数，对变压器绕组进行局部放电仿真，确定该变压器绕组的定位因子与局部放电源位置的定位关系曲线；
(2)在应用现场，采集变压器绕组套管电流和中性点电流，根据定位函数获取定位因子测定值，利用定位因子测定值从定位关系曲线中获取局部放电源位置。
2.根据权利要求1所述的一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，其特征在于，步骤(1)具体为：
(11)建立变压器绕组阶梯网络等效电路；
(12)建立套管电流、中性点电流与局部放电源电流的数学模型；
(13)确定局部放电源定位因子与变压器绕组套管电流和中性点电流的函数关系，形成定位函数；
(14)搭建变压器绕组阶梯网络仿真模型，选取多个不同的放电注入点注入放电电流模拟局部放电源，并得到不同位置局部放电源下对应的套管电流和中性点电流；
(15)根据数学模型获取各放电注入点对应的局部放电源位置，同时根据定位函数获取各放电注入点的定位因子；
(16)对定位因子和局部放电源位置进行曲线拟合获取定位关系曲线。
3.根据权利要求2所述的一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，其特征在于，步骤(11)具体为：
(11a)将变压器绕组按照长度平均划分为n段，形成n+1个节点；
(11b)相邻节点之间分别串联由电感和电容组成的并联结构；
(11c)首端节点串联耦合电容一端，耦合电容另一端为套管电流输出端，首端节点还通过套管电容接地，末端节点为中性点电流输出端，除首端节点和末端节点的其余节点均分别通过一个接地电容接地。
4.根据权利要求2所述的一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，其特征在于，步骤(12)中数学模型为：
ib(jw)为套管电流的频域值，ig(jw)为中性点电流的频域值，ipd(jw)为局部放电源电流的频域值，cm为耦合电容，cd为对地电容，cB为套管电容，r为变压器绕组单位长度电阻，L为变压器绕组总长度，x0为局部放电源位置，x0也即为变压器套管终端到局部放电源的距离，sinh双曲正弦函数，cosh为双曲余弦函数。
5.根据权利要求2所述的一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，其特征在于，所述的局部放电源定位因子设置2个，分别为C1和C2，C1和C2均分别与变压器绕组套管电流和中性点电流存在函数关系，进而形成分别对应于C1和C2定位函数。
6.根据权利要求3所述的一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，其特征在于，步骤(14)具体为：
(14a)在Matlab软件中搭建变压器绕组阶梯网络仿真模型；
(14b)将变压器绕组阶梯网络等效电路中的某个节点作为放电注入点模拟局部放电源；
(14c)测量套管电流输出端和中性点电流输出端的输出电流，得到对应局部放电源下的套管电流和中性点电流。
7.根据权利要求5所述的一种变压器绕组局部放电源电气定位方法，其特征在于，步骤(16)中分别对2个定位因子与局部放电源位置进行曲线拟合获取相应的定位关系曲线；
进而，在应用现场，利用两条定位关系曲线分别确定局部放电源位置，若获得的两个局部放电源位置误差在设定范围则定位成功，否则定位失败。
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