CN110161351A - 一种振荡波下变压器绕组故障试验系统和诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种振荡波下变压器绕组故障试验系统和诊断方法，采用最小二乘法对振荡波进行曲线拟合，该方法既可以提高精度同时也降低了拟合的阶数，然后通过计算不同工况下振荡波的衰减系数和等效面积相似度，提出故障识别的特征指标，并且利用裕度指标，提高变压器绕组状态的检测精度。

Description

一种振荡波下变压器绕组故障试验系统和诊断方法
技术领域
本申请涉及电力设备故障诊断技术领域，尤其涉及一种振荡波下变压器绕组故障试验系统和诊断方法。
背景技术
在电力系统中，变压器是最重要的设备之一，其运行状态的好坏直接决定了电力系统的安全性与稳定性。因此如何有效监测变压器运行过程中的各种故障，定期的跟踪绕组状态，在其出现严重问题之前做出预警，是变压器绕组状态监测、故障诊断中亟需解决的技术问题。
频率响应分析法因其能够灵敏地反映变压器绕组和铁芯的变化而受到很多的学者研究，其数据测量技术已经日趋成熟，但其受到现场测试干扰较为严重，需要经验丰富的电力专家去试验才能有效检测变压器绕组状态，并且检测结果的精度较低。
发明内容
本申请提供了一种振荡波下变压器绕组故障试验系统和诊断方法，以解决现有的故障诊断方法受到现场测试干扰较为严重，需要经验丰富的电力专家去试验才能有效检测变压器绕组状态，并且检测结果的精度较低。
第一方面，本申请提供了一种振荡波下变压器绕组故障试验系统，包括：底座、变压器模型、矩形波发生器和示波器；
所述变压器模型安装在底座上；
所述变压器模型包括叠铁芯、变压器绕组和套管；
所述变压器绕组缠绕在所述叠铁芯的两侧，所述变压器绕组和叠铁芯之间设有绝缘层；
所述变压器绕组相邻的线圈之间设有垫块，所述垫块用于模拟变压器绕组故障；
所述变压器绕组底端的引出线通过套管与矩形发生器连接；
所述变压器绕组顶端的引出线与所述套管的末屏电容处连接。
第二方面，本申请提供了一种振荡波下变压器绕组故障诊断方法，所述方法包括：
获取振荡波；
对所述振荡波进行去燥处理，得到去燥后的振荡波；
将所述去燥后的振荡波利用最小二乘法进行曲线拟合，得到对应的曲线函数；
根据所述曲线函数，计算得到振荡波的衰减系数；
如果所述衰减系数大于或等于1.23，则确定所述变压器绕组处于正常状态；
如果所述衰减系数小于1.23，则将所述去噪后的振荡波确定为故障振荡波；
根据所述故障振荡波与正常振荡波，得到归一化参数；
根据归一化参数，确定对应的变压器绕组的缺陷。
进一步地，所述去噪后的振荡波为
其中，a是伸缩因子，b是平移因子，ψ(t)是Molert小波基函数，Wf(a,b)是f(t)在连续小波变换后的函数，Cψ是小波变换系数，H(t)是Wf(a,b)经过逆变换得到的数组，即去噪后的振荡波，f(t)是去燥前的振荡波。
进一步地，所述曲线函数为X(t)＝U0e-σtsin(wt)，其中，U0为去噪后的故障振荡波的拟合电压参数，W为去噪后的故障振荡波的角频率，σ为振荡波的拟合衰减系数,t为时间变量，X(t)为去噪后的故障振荡波对应的曲线函数。
进一步地，所述根据所述曲线函数，计算得到振荡波的衰减系数包括：
利用所述曲线函数，按照如下公式进行计算，计算得到预设频率下的衰减系数；
其中，X(tnm)为第n个谐振点峰值,X(tn+1m)是第n+1个谐振点峰值，f是振荡波频，σn为预设频率下的衰减系数；
根据所述预设频率下的衰减系数，计算得到振荡波的衰减系数；
其中，σa为振荡波的衰减系数，σi为是每个振荡周期的衰减系数，n为振荡波振荡次数。
进一步地，所述根据所述故障振荡波与正常振荡波，得到归一化参数包括：
根据故障振荡波与正常振荡波，按照如下预设公式，计算得到故障振荡波与正常振荡波的等效面积相似度；
其中，L2(t)为变压器绕组在正常情况下的振荡波数据组，L1(t)为变压器绕组在故障下的振荡波数据组，ts为保留预设裕度后的振荡波衰减至稳定时刻的时间参数，L2(ts)为振荡波在绕组正常下衰减至稳定的幅值参数,L1(ts)为振荡波在绕组故障下衰减至稳定的幅值参数,D为等效面积相似度；
将所述等效面积相似度按照如下公式进行归一化处理，得到归一化参数；
其中，L2(t)为变压器绕组在正常情况下的振荡波数据组，L1(t)为变压器绕组在故障下的振荡波数据组，ts为保留预设裕度后的振荡波衰减至稳定时刻的时间参数，L2(ts)为振荡波在绕组正常下衰减至稳定的幅值参数,L1(ts)为振荡波在绕组故障下衰减至稳定的幅值参数,D为等效面积相似度，R为归一化参数。
进一步地，所述根据归一化参数，确定对应的变压器绕组的缺陷包括：
如果所述归一化参数小于1且大于或等于0.92，则对应的变压器绕组为轻微变形；
如果所述归一化参数大于或等于0.65且小于0.92，则对应的变压器绕组发生短路故障；
如果所述归一化参数大于0且小于0.65，则对应的变压器绕组为严重变形。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种振荡波下变压器绕组故障试验系统和诊断方法，采用最小二乘法对振荡波进行曲线拟合，该方法既可以提高精度同时也降低了拟合的阶数，然后通过计算不同工况下振荡波的衰减系数和等效面积相似度，提出故障识别的特征指标，并且利用裕度指标，提高变压器绕组状态的检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。
图1为本申请提供的一种振荡波下变压器绕组故障试验系统的结构示意图；
图2为本申请提供的一种振荡波下变压器绕组故障诊断方法的流程图。
其中，1-变压器绕组，2-叠铁芯，3-绝缘层，4-底座，5-套管，6-示波器，7-矩形发生器,8-垫块。
具体实施方式
第一方面，参见图1，本申请提供了一种振荡波下变压器绕组故障试验系统，包括：底座4、变压器模型、矩形波发生器和示波器6，示波器6可用来获取振荡波信号。
所述变压器模型安装在底座4上；
所述变压器模型包括叠铁芯2、变压器绕组1和套管5；
所述变压器绕组1缠绕在所述叠铁芯2的两侧，所述变压器绕组1和叠铁芯2之间设有绝缘层3；
所述变压器绕组1相邻的线圈之间设有垫块8，所述垫块8用于模拟变压器绕组1故障，例如，垫块可为导体，进而模拟线圈间的短路故障。
所述变压器绕组1底端的引出线通过套管5与矩形发生器7连接；
所述变压器绕组1顶端的引出线与所述套管5的末屏电容处连接。
第二方面，参见图2，本申请提供了一种振荡波下变压器绕组故障诊断方法，所述方法包括：
步骤21：获取振荡波。振荡波可由上述的振荡波下变压器绕组故障试验系统产生。
步骤22：对所述振荡波进行去燥处理，得到去燥后的振荡波。
具体地，所述去噪后的振荡波为
其中，a是伸缩因子，b是平移因子，ψ(t)是Molert小波基函数，Wf(a,b)是f(t)在连续小波变换后的函数，Cψ是小波变换系数，H(t)是Wf(a,b)经过逆变换得到的数组，即去噪后的振荡波，f(t)是去燥前的振荡波。
所述曲线函数为X(t)＝U0e-σtsin(wt)，其中，U0为去噪后的故障振荡波的拟合电压参数，W为去噪后的故障振荡波的角频率，σ为振荡波的拟合衰减系数,t为时间变量，X(t)为去噪后的故障振荡波对应的曲线函数。
步骤23：将所述去燥后的振荡波利用最小二乘法进行曲线拟合，得到对应的曲线函数。
步骤24：根据所述曲线函数，计算得到振荡波的衰减系数。
具体的计算过程如下：
利用所述曲线函数，按照如下公式进行计算，计算得到预设频率下的衰减系数；
其中，X(tnm)为第n个谐振点峰值,X(tn+1m)是第n+1个谐振点峰值，f是振荡波频，σn为预设频率下的衰减系数；
根据所述预设频率下的衰减系数，计算得到振荡波的衰减系数；
其中，σa为振荡波的衰减系数，σi为是每个振荡周期的衰减系数，n为振荡波振荡次数。
步骤25：如果所述衰减系数大于或等于1.23，则确定所述变压器绕组处于正常状态。
步骤26：如果所述衰减系数小于1.23，则将所述去噪后的振荡波确定为故障振荡波。
步骤27：根据所述故障振荡波与正常振荡波，得到归一化参数。
具体的计算过程如下：
其中，L2(t)为变压器绕组在正常情况下的振荡波数据组，L1(t)为变压器绕组在故障下的振荡波数据组，ts为保留预设裕度后的振荡波衰减至稳定时刻的时间参数，L2(ts)为振荡波在绕组正常下衰减至稳定的幅值参数,L1(ts)为振荡波在绕组故障下衰减至稳定的幅值参数,D为等效面积相似度；
将所述等效面积相似度按照如下公式进行归一化处理，得到归一化参数；
其中，L2(t)为变压器绕组在正常情况下的振荡波数据组，L1(t)为变压器绕组在故障下的振荡波数据组，ts为保留预设裕度后的振荡波衰减至稳定时刻的时间参数，L2(ts)为振荡波在绕组正常下衰减至稳定的幅值参数,L1(ts)为振荡波在绕组故障下衰减至稳定的幅值参数,D为等效面积相似度，R为归一化参数。
步骤28：根据归一化参数，确定对应的变压器绕组的缺陷。
具体的判别过程为：如果所述归一化参数小于1且大于或等于0.92，则对应的变压器绕组为轻微变形；如果所述归一化参数大于或等于0.65且小于0.92，则对应的变压器绕组发生短路故障；如果所述归一化参数大于0且小于0.65，则对应的变压器绕组为严重变形。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种振荡波下变压器绕组故障试验系统和诊断方法，采用最小二乘法对振荡波进行曲线拟合，该方法既可以提高精度同时也降低了拟合的阶数，然后通过计算不同工况下振荡波的衰减系数和等效面积相似度，提出故障识别的特征指标，并且利用裕度指标，提高变压器绕组状态的检测精度。

Claims (7)

1.一种振荡波下变压器绕组故障试验系统，其特征在于，包括：底座(4)、变压器模型、矩形波发生器和示波器(6)；
所述变压器模型安装在底座(4)上；
所述变压器模型包括叠铁芯(2)、变压器绕组(1)和套管(5)；
所述变压器绕组(1)缠绕在所述叠铁芯(2)的两侧，所述变压器绕组(1)和叠铁芯(2)之间设有绝缘层(3)；
所述变压器绕组(1)相邻的线圈之间设有垫块(8)，所述垫块(8)用于模拟变压器绕组(1)故障；
所述变压器绕组(1)底端的引出线通过套管(5)与矩形发生器(7)连接；
所述变压器绕组(1)顶端的引出线与所述套管(5)的末屏电容处连接。
2.一种振荡波下变压器绕组故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括：
获取振荡波；
对所述振荡波进行去燥处理，得到去燥后的振荡波；
将所述去燥后的振荡波利用最小二乘法进行曲线拟合，得到对应的曲线函数；
根据所述曲线函数，计算得到振荡波的衰减系数；
如果所述衰减系数大于或等于1.23，则确定所述变压器绕组处于正常状态；
如果所述衰减系数小于1.23，则将所述去噪后的振荡波确定为故障振荡波；
根据所述故障振荡波与正常振荡波，得到归一化参数；
根据归一化参数，确定对应的变压器绕组的缺陷。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去噪后的振荡波为
其中，a是伸缩因子，b是平移因子，ψ(t)是Molert小波基函数，Wf(a,b)是f(t)在连续小波变换后的函数，Cψ是小波变换系数，H(t)是Wf(a,b)经过逆变换得到的数组，即去噪后的振荡波，f(t)是去燥前的振荡波。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曲线函数为X(t)＝U0e-σtsin(wt)，其中，U0为去噪后的故障振荡波的拟合电压参数，W为去噪后的故障振荡波的角频率，σ为振荡波的拟合衰减系数,t为时间变量，X(t)为去噪后的故障振荡波对应的曲线函数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述曲线函数，计算得到振荡波的衰减系数包括：
利用所述曲线函数，按照如下公式进行计算，计算得到预设频率下的衰减系数；
其中，X(tnM)为第n个谐振点峰值,X(tn+1M)是第n+1个谐振点峰值，f是振荡波频，σn为预设频率下的衰减系数；
根据所述预设频率下的衰减系数，计算得到振荡波的衰减系数；
其中，σa为振荡波整体的衰减系数，σi为是每个振荡周期的衰减系数，n为振荡波振荡次数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述故障振荡波与正常振荡波，得到归一化参数包括：
根据故障振荡波与正常振荡波，按照如下预设公式，计算得到故障振荡波与正常振荡波的等效面积相似度；
其中，L2(t)为变压器绕组在正常情况下的振荡波数据组，L1(t)为变压器绕组在故障下的振荡波数据组，ts为保留预设裕度后的振荡波衰减至稳定时刻的时间参数，L2(ts)为振荡波在绕组正常下衰减至稳定的幅值参数,L1(ts)为振荡波在绕组故障下衰减至稳定的幅值参数,D为等效面积相似度；
将所述等效面积相似度按照如下公式进行归一化处理，得到归一化参数；
其中，L2(t)为变压器绕组在正常情况下的振荡波数据组，L1(t)为变压器绕组在故障下的振荡波数据组，ts为保留预设裕度后的振荡波衰减至稳定时刻的时间参数，L2(ts)为振荡波在绕组正常下衰减至稳定的幅值参数,L1(ts)为振荡波在绕组故障下衰减至稳定的幅值参数,D为等效面积相似度，R为归一化参数。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据归一化参数，确定对应的变压器绕组的缺陷包括：
如果所述归一化参数小于1且大于或等于0.92，则对应的变压器绕组为轻微变形；
如果所述归一化参数大于或等于0.65且小于0.92，则对应的变压器绕组发生短路故障；
如果所述归一化参数大于0且小于0.65，则对应的变压器绕组为严重变形。
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