CN110361610A - 变压器绕组径向变形测试系统及其测试评估方法 - Google Patents

变压器绕组径向变形测试系统及其测试评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了变压器绕组径向变形测试系统及其测试评估方法，主要包括变压器绕组径向变形测试系统及径向变形评估方法；本发明的方法是通过使用径向变形装置替换绕组间的绝缘筒，完成变压器绕组线饼径向变形的故障模拟，并通过振荡波测试系统获得正常情况与待识别情况的振荡波数据。最后根据本发明公开的一种评估方法，计算正常与待识别情况振荡波的相关系数corr，积分差值序列Ak和不同计算区段的衰减系数，从而获得径向变形系数Z的表达式，对待识别振荡波的绕组状态进行评估。

Description

变压器绕组径向变形测试系统及其测试评估方法
技术领域
本发明属于变压器故障模拟领域，特别是一种变压器绕组径向变形测试系统及其测试评估方法。
背景技术
电力变压器在电力系统中是最重要的大型设备之一，在长期服役过程中暂态脉冲过电压或短路冲击电流产生的强大机械力作用下绕组可能产生一定程度变形。变压器从出厂到现场安装运输时同样可能造成绕组的变形，且其微小变形具有积效应，其一旦变形，绕组的机械承受能力就会下降，严重时将影响变压器的正常工作，并最终影响整个电网的安全稳定运行。为避免灾难性后果，对变压器进行常规例行检测至关重要，径向变形时变压器绕组最为常见的故障形式之一，但目前仍缺乏不同的径向变形情况与绕组状态检测方法的关联性研究，因此通过径向变形故障模拟，并得到故障下的电气参数特征将会极大地提高对该类故障检测的准确性。
目前针对变压器绕组径向变形故障模拟的工作，均是通过直接绕制径向变形的绕组，并套装在铁心上进行测量，但此种方式与实际工况差异较大，且径向变形模拟的工程量大，没有单独的径向变形故障模拟装置来减少工作量，也缺乏直接应用于变压器内的故障模拟装置,针对振荡波下径向变形的评估方法也有所欠缺。
发明内容
本发明的目的是，提供一种变压器绕组径向变形测试系统及其测试评估方法，克服现有技术中在变压器绕组内直接进行径向变形故障方法的不足，并提供一种可区分待识别振荡波绕组状态的评估方法。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：发明的方法是通过使用径向变形装置替换绕组间的绝缘筒，完成变压器绕组线饼径向变形的故障模拟，并通过振荡波测试系统获得正常情况与待识别情况的振荡波数据。最后根据本发明公开的一种评估方法，计算正常与待识别情况振荡波的相关系数corr，积分差值序列Ak和不同计算区段的衰减系数，从而获得径向变形系数Z的表达式，对待识别振荡波的绕组状态进行评估。
变压器绕组径向变形测试系统包括铁心1、绝缘筒2、低压绕组3、中压绕组4、高压绕组5、电机控制平台7、信号发生器8、数据采集装置9、高、中压径向变形装置61、中、低压径向变形装置62；高、中压径向变形装置61，中、低压绕组径向变形装置62，分别置于高、中压绕组，中、低压绕组间，替换原有绝缘筒；高、中压径向变形装置61包括传动电机611、绝缘螺杆612、机械齿轮613、机械齿轮滑轨614、传动链条615、绝缘外壳616，中、低压径向变形装置62结构与高、中压径向变形装置61相同；绕组线饼之间相互串联，信号发生器8经过套管7连接在高压绕组顶部，在高压绕组递部经套管7连接到数据采集装置9；
所述高、中压径向变形装置61中，绝缘螺杆612、机械齿轮滑轨614、传动链条615设置在绝缘外壳616内，绝缘螺杆612置于机械齿轮滑轨614上，传动链条615连接机械齿轮613和传动电机611；电机控制平台7控制传动电机611；实施绕组径向变形时，通过机械齿轮滑轨614将绝缘螺杆612移动到相应线饼处，电机控制平台7控制传动电机611，使转动绝缘螺杆612旋转伸出挤压线饼，从而导致绕组发生径向变形故障；
变压器绕组径向变形测试系统的测试评估方法，其测试与评估过程包括：
1)所述变压器径向变形测试系统的测试方法，具体步骤如下：
S1:正常情况下，利用信号发生器(8)产生方波信号，在高压绕组顶部经套管(10)注入方波信号，在高压绕组底部套管(10)经数据采集装置(9)，获得正常情况振荡波数据；
S2:启动电机控制平台(7)，控制传动电机(611)使机械齿轮(613)转动，绝缘螺杆(612)旋转伸出，使绕组径向变形；
S3:利用信号发生器(8)在高压绕组顶部经套管(10)注入方波信号，在高压绕组底部套管(10)经数据采集装置(9)，获得径向变形振荡波信号；
S4:重复步骤S2和S3，改变绝缘螺杆(612)伸出长度，获得径向变形不同程度的振荡波信号；
2)所述变压器绕组径向变形评估方法，根据过程1)获得的正常情况与待识别的振荡波数据，对变压器状态进行评估，具体步骤如下：
步骤一：根据振荡波试验，获得随时间t变化的正常情况的振荡波幅值数据h(t)与待识别的振荡波幅值数据g(t)，计算正常情况与待识别的振荡波相关系数corr：
其中，ha为正常情况振荡波h(t)的平均值，ga为待识别的振荡波g(t)的平均值，h(i)为时间为i时正常情况的振荡波幅值，g(i)为时间为i时待识别的振荡波幅值，i为范围为0～0.001s的振荡时间；
步骤二：根据步骤一中计算得到的相关系数corr大小来判断变压器绕组是否发生故障，若corr＞0.97，则变压器绕组状态良好，为正常情况；相反则存在绕组发生径向变形的可能，需进一步判断绕组的状态；
步骤三：根据振荡波的衰减程度大小，将0～0.001s范围内的振荡波曲线均等划分为10个计算区段，计算每个计算区段内h(i)与g(i)的差值的积分，得到积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]，计算公式如下：
其中，k∈[1,10]，表示不同计算区段，Ak表示积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]中的第k个差值；
步骤四：计算不同计算区段内正常情况与待识别的振荡波的衰减系数：
其中，Pk表示正常情况不同计算区段衰减常数，Qk表示待识别的振荡波衰减系数，hmax为正常情况该计算区段内最大波峰幅值，Thmax为hmax时的振荡时间，hmin为正常情况该计算区段内最大波谷幅值，Thmin为hmin时的振荡时间，gmax为待识别时该计算区段内最大波峰幅值，Tgmax为gmax时的振荡时间，gmin为待识别时该计算区段内最大波谷幅值，Tgmin为gmin时的振荡时间；
步骤五：考虑待识别振荡波与正常情况振荡波的相对衰减系数Ck，计算积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的平均值M
其中，Pk和Qk根据步骤四得出的结果，M为积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的平均值；
步骤六：计算正常情况与待识别振荡波的径向变形系数Z
式中，Amax为积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的最大值，Amin为积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的最小值，Pa，Qa为正常情况与待识别振荡波的平均振荡系数，满足
步骤七：根据变压器绕组径向变形测试系统获得的径向变形故障振荡波数据，经过计算表明，径向变形系数Z的大小与径向变形程度相关，其值反映径向变形程度。因此待识别绕组corr＜0.97时，可进一步判断径向变形系数Z的大小，当0＜Z＜0.3时为轻度径向变形，当0.3＜Z＜1时绕组中度径向变形，Z＞1时绕组严重径向变形。
附图说明
图1为本发明中变压器径向变形测试系统示意图。
图2为本发明中变压器与径向变形装置俯视图。
图3为本发明中径向变形装置正视图。
图4为本发明中测试系统的测试评估方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步举例说明：
如图1所示，变压器绕组径向变形测试系统包括铁心1、绝缘筒2、低压绕组3、中压绕组4、高压绕组5、电机控制平台7、信号发生器8、数据采集装置9、高、中压径向变形装置61、中、低压径向变形装置62；绕组线饼之间相互串联，信号发生器8和经过套管7连接在高压绕组顶部，在高压侧底部经套管7连接到数据采集装置9。
如图2所示，高、中压径向变形装置61，中、低压绕组径向变形装置62，分别置于高、中压绕组，中、低压绕组间，替换原有绝缘筒。
如图3所示，高、中压径向变形装置61包括传动电机611、绝缘螺杆612、机械齿轮613、机械齿轮滑轨614、传动链条615、绝缘外壳616，中、低压径向变形装置62结构与高、中压径向变形装置61相同。
所述高、中压径向变形装置61中，绝缘螺杆612、机械齿轮滑轨614、传动链条615设置在绝缘外壳616内，绝缘螺杆612置于机械齿轮滑轨614上，传动链条615连接机械齿轮613和传动电机611；电机控制平台7控制传动电机611；实施绕组径向变形时，通过机械齿轮滑轨614将绝缘螺杆612移动到相应线饼处，电机控制平台7控制传动电机611，转动绝缘螺杆612旋转伸出挤压线饼，从而导致绕组发生径向变形故障；
所述变压器绕组径向变形测试系统的具体测试步骤包括：
S1:正常情况下，利用信号发生器8产生方波信号，在高压绕组顶部经套管10处注入方波信号，在高压绕组底部套管10经数据采集装置9，获得正常情况振荡波数据；
S2:启动电机控制平台7，控制传动电机611使机械齿轮613转动，绝缘螺杆612旋转伸出，使绕组径向变形；
S3:利用信号发生器8在高压绕组顶部经套管10处注入方波信号，在高压绕组底部套管10经数据采集装置9，获得径向变形振荡波信号；
S4:重复步骤S2和S3，获得径向变形不同程度的振荡波信号；
所述的变压器绕组径向变形评估方法，根据测试系统获得的正常情况与待识别的振荡波数据，对变压器状态进行评估，具体步骤如下：
步骤一：根据振荡波试验，获得随时间t变化的正常情况的振荡波幅值数据h(t)与待识别的振荡波幅值数据g(t)，计算正常情况与待识别的振荡波相关系数corr：
其中，ha为正常情况振荡波h(t)的平均值，ga为待识别的振荡波g(t)的平均值，h(i)为时间为i时正常情况的振荡波幅值，g(i)为时间为i时待识别的振荡波幅值，i为范围为0～0.001s的振荡时间；
步骤二：根据步骤一中计算得到的相关系数corr大小来判断变压器绕组是否发生故障，若corr＞0.99，则变压器绕组状态良好，为正常情况；相反则存在绕组发生径向变形的可能，需进一步判断绕组的状态；
步骤三：将0～0.001s范围内的振荡波曲线均等划分为10个计算区段，计算每个计算区段内h(i)与g(i)的差值的积分，得到积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]，计算公式如下：
其中，k∈[1,10]，表示不同计算区段，Ak表示积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]中的第k个差值；
步骤四：计算不同计算区段内正常情况与待识别的振荡波的衰减系数：
其中，Pk表示正常情况不同计算区段衰减常数，Qk表示待识别的振荡波衰减系数，hmax为正常情况该计算区段内最大波峰幅值，Thmax为hmax时的振荡时间，hmin为正常情况该计算区段内最大波谷幅值，Thmin为hmin时的振荡时间，gmax为待识别时该计算区段内最大波峰幅值，Tgmax为gmax时的振荡时间，gmin为待识别时该计算区段内最大波谷幅值，Tgmin为gmin时的振荡时间；
步骤五：考虑待识别振荡波与正常情况振荡波的相对衰减系数Ck，计算积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的平均值M
其中，Pk和Qk根据步骤四得出的结果，M为积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的平均值；
步骤六：计算正常情况与待识别振荡波的径向变形系数Z
式中，Amax为积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的最大值，Amin为积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的最小值，Pa，Qa为正常情况与待识别振荡波的平均振荡系数，满足
步骤七：判断径向变形系数Z大小，当0＜Z＜0.3时为轻度径向变形，当0.3＜Z＜1时绕组中度径向变形，Z＞1时绕组严重径向变形。

Claims (2)

1.变压器绕组径向变形测试系统，其特征在于，包括铁心(1)、绝缘筒(2)、低压绕组(3)、中压绕组(4)、高压绕组(5)、电机控制平台(7)、信号发生器(8)、数据采集装置(9)、高、中压径向变形装置(61)、中、低压径向变形装置(62)；高、中压径向变形装置(61)，中、低压绕组径向变形装置(62)，分别置于高、中压绕组，中、低压绕组间，替换原有绝缘筒；高、中压径向变形装置(61)包括传动电机(611)、绝缘螺杆(612)、机械齿轮(613)、机械齿轮滑轨(614)、传动链条(615)、绝缘外壳(616)，中、低压径向变形装置(62)结构与高、中压径向变形装置(61)相同；绕组线饼之间相互串联，信号发生器(8)经套管(7)连接高压绕组顶部，在高压绕组底部经套管(7)连接到数据采集装置(9)；
所述高、中压径向变形装置(61)中，绝缘螺杆(612)、机械齿轮滑轨(614)、传动链条(615)设置在绝缘外壳(616)内，绝缘螺杆(612)置于机械齿轮滑轨(614)上，传动链条(615)连接机械齿轮(613)和传动电机(611)；电机控制平台(7)控制传动电机(611)；通过机械齿轮滑轨(614)将绝缘螺杆(612)移动到相应线饼处，电机控制平台(7)控制传动电机(611)转动，使绝缘螺杆(612)旋转伸出挤压线饼，发生绕组径向变形。
2.变压器绕组径向变形测试系统的测试评估方法，其测试与评估过程包括：
1)所述变压器径向变形测试系统的测试方法，具体步骤如下：
S1:正常情况下，利用信号发生器(8)产生方波信号，在高压绕组顶部经套管(10)注入方波信号，在高压绕组底部套管(10)经数据采集装置(9)，获得正常情况振荡波数据；
S2:启动电机控制平台(7)，控制传动电机(611)使机械齿轮(613)转动，绝缘螺杆(612)旋转伸出，使绕组径向变形；
S3:利用信号发生器(8)在高压绕组顶部经套管(10)注入方波信号，在高压绕组底部套管(10)经数据采集装置(9)，获得径向变形振荡波信号；
S4:重复步骤S2和S3，改变绝缘螺杆(612)伸出长度，获得径向变形不同程度的振荡波信号；
2)所述变压器绕组径向变形评估方法，根据过程1)获得的正常情况与待识别的振荡波数据，对变压器状态进行评估，具体步骤如下：
步骤一：根据振荡波试验，获得随时间t变化的正常情况的振荡波幅值数据h(t)与待识别的振荡波幅值数据g(t)，计算正常情况与待识别的振荡波相关系数corr：
其中，ha为正常情况振荡波h(t)的平均值，ga为待识别的振荡波g(t)的平均值h(i)为时间为i时正常情况的振荡波幅值，g(i)为时间为i时待识别的振荡波幅值，i为范围为0～0.001s的振荡时间；
步骤二：根据步骤一中计算得到的相关系数corr大小来判断变压器绕组是否发生故障，若corr＞0.97，则变压器绕组状态良好，为正常情况；相反则存在绕组发生径向变形的可能，需进一步判断绕组的状态；
步骤三：将0～0.001s范围内的振荡波曲线均等划分为10个计算区段，计算每个计算区段内h(i)与g(i)的差值的积分，得到积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]，计算公式如下：
其中，k∈[1,10]，表示不同计算区段，Ak表示积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]中的第k个差值；
步骤四：计算不同计算区段内正常情况与待识别的振荡波的衰减系数：
其中，Pk表示正常情况不同计算区段衰减常数，Qk表示待识别的振荡波衰减系数，hmax为正常情况该计算区段内最大波峰幅值，Thmax为hmax时的振荡时间，hmin为正常情况该计算区段内最大波谷幅值，Thmin为hmin时的振荡时间，gmax为待识别时该计算区段内最大波峰幅值，Tgmax为gmax时的振荡时间，gmin为待识别时该计算区段内最大波谷幅值，Tgmin为gmin时的振荡时间；
步骤五：考虑待识别振荡波与正常情况振荡波的相对衰减系数Ck，计算积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的平均值M
其中，Pk和Qk为步骤四得出的结果，M为积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的平均值；
步骤六：计算正常情况与待识别振荡波的径向变形系数Z
式中，Amax为积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的最大值，Amin为积分差值序列A＝[A1,A2,…,A10]的最小值，Pa，Qa为正常情况与待识别振荡波的平均振荡系数，满足
其中，Pk和Qk为步骤四计算得出的正常与待识别振荡波的衰减系数；步骤七：判断径向变形系数Z的大小，当0＜Z＜0.3时为轻度径向变形，当0.3＜Z＜1时绕组中度径向变形，Z＞1时绕组严重径向变形。
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