CN110376454B - 绕组径向变形与振荡波关联性研究平台及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绕组径向变形与振荡波关联性研究平台及其试验方法。研究平台由变压器绕组、铁心，径向变形故障模拟装置控制台、绝缘壳体、机械齿轮滑轨、机械齿轮、绝缘撑条、第一电动机、第二电动机、箱体、套管、变频高压方波电源、数据采集装置、第一链条、第二链条；绕组通过第一套管引出箱体外，并通过第二套管与变频高压方波电源电气连接，同时数据采集装置采集来自输出侧套管和变频高压方波电源的数据，径向变形故障模拟装置控制台控制第一电机和第二电机模拟不同程度的径向变形；本发明可以有效模拟不同径向变形下变压器振荡波的变化，并提取特征参数进行研究，能够作为研究使用并为工程实际提供参考。
Description
技术领域
本发明属于变压器故障模拟技术领域，具体涉及绕组径向变形与振荡波关联性研究平台及其试验方法。
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，尽管微小变形短期内不影响变压器的稳定性，但其具有一定的累积效应，其一旦变形，绕组的机械承受能力就会下降，一旦变形程度加深将影响变压器正常运行，严重时将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。
变压器绕组可以看成无源二端口网络，其可用分布电感、电阻、电容来表征，当这些参数发生变化时，变压器振荡波就会产生变化。而变压器的径向变形不会立即造成破坏性故障，会发生微小变形并有累积效应，这会逐渐导致绕组等值电感、电阻、电容发生变化。因此研究绕组径向变形时变压器振荡波的变化，分析径向变形对变压器绕组的影响很有工程意义。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出绕组径向变形与振荡波关联性研究平台与试验方法，以探究变压器绕组在不同径向变形时绕组振荡波的变化情况，能够有效地研究径向变形与绕组振荡波的变化关系，从而为实际工程提供参考。
本发明采用的技术解决方案：
绕组径向变形与振荡波关联性研究平台，主要由箱体(11)、变压器绕组(1)、铁心(2)，径向变形故障模拟装置控制台(3)、绝缘壳体(4)、机械齿轮滑轨(5)、机械齿轮(6)、绝缘撑条(7)、第一电动机(8)、第二电动机(9)、箱体(10)、套管(11)、变频高压方波电源(12)、数据采集装置(13)、第一链条(15)、第二链条(16)；
所述绕组(1)通过第一套管(10)引出箱体(11)外，并通过第二套管(14)与变频高压方波电源(12)电气连接，同时数据采集装置(13)采集来自输出侧套管(10)和变频高压方波电源(12)的数据；将变形故障发生装置放置到两层变压器绕组(1)之间的油道中，启动径向变形故障模拟装置控制台(3)，控制第一电机(8)拉动第一链条(15)使机械齿轮(6)沿机械齿轮滑轨(5)滑动到故障模拟位置，即变压器绕组(1)的线饼位置，控制第二电机(9)拉动第二链条(16)使机械齿轮(6)转动带动与之连接的绝缘撑条(7)伸出并作用于所述变压器绕组(1)的线饼，实现绕组线饼的径向变形故障；
本发明的目的还在于为上述研究平台提供一种绕组径向变形与振荡波关联性试验方法，包括如下步骤：
1)绕组(1)通过第二套管(14)与变频高压方波电源(12)连接，数据采集装置(13)连接变频高压方波电源(12)与输出侧套管(10)；
2)将变形故障发生装置放置到两层变压器绕组(1)之间的油道中，启动径向变形故障模拟装置控制台(3)，控制第一电机(8)拉动第一链条(15)使机械齿轮(6)沿机械齿轮滑轨(5)滑动到故障模拟位置，即变压器绕组(1)的线饼位置，控制第二电机(9)拉动第二链条(16)使机械齿轮(6)转动带动与之连接的绝缘撑条(7)伸出并作用于所述变压器绕组(1)的线饼，实现绕组线饼的径向变形故障；
3)开启变频高压方波电源(12)，完成径向变形下振荡波试验，使用数据采集装置(13)采集试验数据；
4)重复步骤1)和2)，统计得到不同径向变形下的变压器振荡波曲线；对获得的变压器振荡波进行数据处理；
5)选取振荡波信号U(t)的各个峰值谐振点连接成新曲线x+ i(t)(i＝1,2,3……L)，各个波谷谐振点连接成新曲线x- i(t)(i＝1,2,3……L)，这两条曲线作为振荡波新的特征曲线；设定白噪声分量为u(t)，针对这两条曲线增加和减小不同权重的白噪声得到新的两条曲线x+ ii(t)、x- ii(t)：
x+ ii(t)＝x+ i(t)+ρ+u(t)
x- ii(t)＝x- i(t)-ρ-u(t)
ρ+＝x+ i(t)/U(t)
ρ-＝x- i(t)/U(t)
其中，ρ+表示峰值振荡波噪声系数；ρ-表示谷值振荡波噪声系数；
x+ ii(t)表示峰值振荡波；x- ii(t)表示谷值振荡波；u(t)表示白噪声分量；
上述得到的两条曲线x+ ii(t)、x- ii(t)叠加得到第一次分解的振荡波信号U1(t)：
U1(t)＝(x+ ii(t)+x- ii(t))/2；
6)将新得到的振荡波曲线U1(t)替换原有振荡波曲线U(t)重复上述步骤5)进行下一步的求解，从而获得一条新的振荡波曲线，直至分解到第L条振荡波曲线Ui(t)的最大波峰幅值小于初始振荡波U(t)的最大波峰幅值的20％，停止上述步骤；此时得到L条分解的振荡波信号Ui(t)(i＝1,2,3……L)，针对所有的振荡波信号求取平均值得到A(t)，计算振荡波权重标准差：
其中L表示总共分解得到的L条振荡波曲线；Tdj表示振荡波权重标准差；A(t)表示所有的振荡波均值曲线；
若Tdj≤5％，则判定变压器绕组电气状态良好。A(t)：所有的振荡波均值曲线；
若Tdj≤5％，则判定变压器绕组电气状态良好。
基于本发明平台和试验方法能够模拟并测量不同径向变形下的绕组振荡波，基于不同程度的径向变形下振荡波提取有效特征参量，进行变压器绕组故障诊断与状态评估。
附图说明
图1为本发明实施例的总体结构示意图；
图2为本发明实施例的径向变形模拟装置示意图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，所述绕组(1)通过套管(10)引出箱体(11)外，并与变频高压方波电源(12)电气连接，同时数据采集装置(13)采集来自输出侧套管(10)和变频高压方波电源(12)的数据；
图2为径向变形模拟装置示意图，将变形故障发生装置放置到两层变压器绕组(1)之间的油道中，使用径向变形故障模拟装置控制台(3)控制第一电机(8)和第二电机(9)模拟不同程度的径向变形；
本发明在使用时，主要步骤如下：
1)绕组(1)通过第二套管(14)与变频高压方波电源(12)连接，数据采集装置(13)连接变频高压方波电源(12)与输出侧套管(10)；
2)根据径向变形故障模拟的需要，将变形故障发生装置放置到两层变压器绕组(1)之间的油道中，启动径向变形故障模拟装置控制台(3)，控制第一电机(8)拉动第一链条(15)使机械齿轮(6)沿机械齿轮滑轨(5)滑动到故障模拟位置，即变压器绕组(1)的线饼位置，控制第二电机(9)拉动第二链条(16)使机械齿轮(6)转动带动与之连接的绝缘撑条(7)伸出并作用于所述变压器绕组(1)的线饼，实现绕组线饼的径向变形故障；
3)变频高压方波电源(12)开启，完成径向变形下振荡波试验，数据采集装置(13)采集试验数据；
4)重复步骤1)和2)，统计得到不同径向变形下的变压器振荡波曲线；对获得的变压器振荡波进行数据处理；
5)选取振荡波信号U(t)的各个峰值谐振点连接成新曲线x+ i(t)(i＝1,2,3……L)，各个波谷谐振点连接成新曲线x- i(t)(i＝1,2,3……L)，这两条曲线作为振荡波新的特征曲线；设定白噪声分量为u(t)，针对这两条曲线增加和减小不同权重的白噪声得到新的两条曲线x+ ii(t)、x- ii(t)：
x+ ii(t)＝x+ i(t)+ρ+u(t)
x- ii(t)＝x- i(t)-ρ-u(t)
ρ+＝x+ i(t)/U(t)
ρ-＝x- i(t)/U(t)
其中，ρ+表示峰值振荡波噪声系数；ρ-表示谷值振荡波噪声系数；x+ ii(t)表示峰值振荡波；x- ii(t)表示谷值振荡波；u(t)表示白噪声分量；
上述得到的两条曲线x+ ii(t)、x- ii(t)叠加得到第一次分解的振荡波信号U1(t)：
U1(t)＝(x+ ii(t)+x- ii(t))/2；
6)将新得到的振荡波曲线U1(t)替换原有振荡波曲线U(t)重复上述步骤5)进行下一步的求解，从而获得一条新的振荡波曲线，直至分解到第L条振荡波曲线Ui(t)的最大波峰幅值小于初始振荡波U(t)的最大波峰幅值的20％，停止上述步骤；此时得到L条分解的振荡波信号Ui(t)(i＝1,2,3……L)，针对所有的振荡波信号求取平均值得到A(t)，计算振荡波权重标准差：
其中L表示总共分解得到的L条振荡波曲线；Tdj表示振荡波权重标准差；A(t)表示所有的振荡波均值曲线；
若Tdj≤5％，则判定变压器绕组电气状态良好。
Claims (2)
1.绕组径向变形与振荡波关联性研究平台，其特征在于，包括一个以上变形故障发生装置；
所述变形故障发生装置包括机械齿轮滑轨(5)、机械齿轮(6)、绝缘撑条(7)和绝缘壳体(4)；机械齿轮(6)可滑动地设置在机械齿轮滑轨(5)上，第一电机(8)通过第一链条(15)连接到机械齿轮(6)，用于使机械齿轮(6)沿机械齿轮滑轨(5)滑动；第二电机(9)通过第二链条(16)连接到机械齿轮(6)，用于使机械齿轮(6)转动，带动与之连接的绝缘撑条(7)伸出或缩回；机械齿轮滑轨(5)、机械齿轮(6)和绝缘撑条(7)均设置在绝缘壳体(4)中，绝缘壳体(4)侧面预留有供绝缘撑条(7)伸出或缩回的孔洞；还包括控制所述第一电机(8)和第二电机(9)的径向变形故障模拟装置控制台(3)；
所述变形故障发生装置放置在两层变压器绕组(1)之间的油道中；还包括数据采集装置(13)；最外侧绕组(1)的引出线通过套管(10)引出箱体(11)外与数据采集装置(13)相连接，最内侧绕组(1)的引出线通过第二套管(14)与变频高压方波电源(12)、数据采集装置(13)相连接。
2.采用权利要求1所述的研究平台进行绕组径向变形与振荡波关联性试验方法，包括如下步骤：
1)启动径向变形故障模拟装置控制台(3)，控制第一电机(8)拉动第一链条(15)使机械齿轮(6)沿机械齿轮滑轨(5)滑动到故障模拟位置，即变压器绕组(1)的线饼指定位置；
2)控制第二电机(9)拉动第二链条(16)使机械齿轮(6)转动带动与之连接的绝缘撑条(7)伸出并作用于所述变压器绕组(1)的线饼，实现绕组线饼的径向变形故障；
3)变频高压方波电源(12)开启，进行径向变形下振荡波试验，数据采集装置(13)采集试验数据；
4)重复步骤1)和2)，统计得到不同径向变形下的变压器振荡波曲线U(t)；对获得的变压器振荡波进行数据处理；
5)选取振荡波信号U(t)的各个峰值谐振点连接成新曲线x+ i(t)(i＝1,2,3……L)，各个波谷谐振点连接成新曲线x- i(t)(i＝1,2,3……L)，这两条曲线作为振荡波新的特征曲线；设定白噪声分量为u(t)，针对这两条曲线增加和减小不同权重的白噪声得到新的两条曲线x+ ii(t)、x- ii(t)(ii＝1,2,3……L)：
x+ ii(t)＝x+ i(t)+ρ+u(t)
x- ii(t)＝x- i(t)-ρ-u(t)
ρ+＝x+ i(t)/U(t)
ρ-＝x- i(t)/U(t)
其中，ρ+表示峰值振荡波噪声系数；ρ-表示谷值振荡波噪声系数；
x+ ii(t)表示峰值振荡波；x- ii(t)表示谷值振荡波；u(t)表示白噪声分量；
上述得到的两条曲线x+ ii(t)、x- ii(t)叠加得到第一次分解的振荡波信号U1(t)：
U1(t)＝(x+ ii(t)+x- ii(t))/2；
6)将新得到的振荡波曲线U1(t)替换原有振荡波曲线U(t)重复上述步骤5)进行下一步的求解，从而获得一条新的振荡波曲线，直至分解到第L条振荡波曲线Ui(t)的最大波峰幅值小于初始振荡波U(t)的最大波峰幅值的20％，停止上述步骤；此时得到L条分解的振荡波信号Ui(t)(i＝1,2,3……L)，针对所有的振荡波信号求取平均值得到A(t)，计算振荡波权重标准差：
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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