CN110398649A - 基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法 - Google Patents

Abstract

基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，包括：首先测取标准负载下的电压电流数据，并计算二次侧归算到一次侧的电压电流及一二次侧电压之差；测取不同时刻的电压电流数据，计算二次侧归算到一次侧的电压电流及一二次侧电压之差；将所测得的电压和电流数据分别按本发明所提方法中的公式处理；用经负载标准化公式处理后的电压差正弦量和一次侧电流正弦量构建椭圆轨迹。本发明提出的负载标准化方法可以有效的消除负载大小变化对电压差/电流轨迹图形的影响，提高了该方法在实际应用中的准确性。

Description

基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标 准化方法

技术领域

本发明涉及电力变压器绕组变形故障在线检测领域，具体涉及一种基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法。

背景技术

变压器对电力系统的重要性不言而喻，大型电力变压器高效、可靠、无故障的运行是保证电力供应前提条件。变压器发生轻微绕组变形时虽然可以继续正常的工作，但其进一步承受机械或电气故障的能力将逐渐降低，这也会增加变压器发生灾难性故障的可能性。因而，灵敏准确的监测变压器的绕组状况，及时检测出任何轻微的绕组变形，对排查变压器潜在故障具有十分重要的意义。

为解决在不安装任何额外监测设备的条件下，就能对变压器绕组故障状态进行实时检测的问题，澳大利亚学者Dr.Abu等人于2012年首次提出了利用变压器一二次侧的电压差和一次侧输入电流，来构建轨迹图形的方法反应绕组健康状况。由于该方法能够有效的实现在线实时监测，且不需要专业人员对其结果进行分析，为变压器绕组变形故障的在线检测提供了一个新方向，具有较大的应用前景以及实用价值。然而，该方法在实际应用中存在一个突出的缺点，即负载大小的变化会对椭圆轨迹图形造成较大的干扰。而在电力系统的实际运行中，负载值的大小必然是会发生改变的。因此，为了保持该方法在实际应用中的稳定性，需要研究能够消除负载大小改变对椭圆轨迹图所造成的影响的有效方法。

专利CN 106124924提出一种基于李萨如图形在线检测变压器绕组变形的负荷归一化方法，但是该方法仅将一二次侧的电压差值进行负荷归一化，并与标准负荷时的一次电流来构建椭圆轨迹，这种方法也能够消除负载大小变化对轨迹图形的影响。然而，在构建椭圆轨迹的过程中，选取的是两个正弦量，该方法仅对一个正弦量进行归一化处理，另一正弦量则用标准负荷时不变的电流数据。当变压器绕组变形时，其端口的电压/电流均会发生改变，而用该方法处理时仅有电压改变，即反应绕组变形故障的特征量由两个变为了一个，不仅反应故障的灵敏度不高，而且难以区分匝间短路和多饼绕组同时发生轴向变形故障时的情况，见说明书附图的附图5a所示。因此，该方法在实际应用中的灵敏性和可靠性还有待提高。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，该负载标准化方法是一种优化算法，可以有效的消除负载大小变化对电压差/电流轨迹图形的影响，提高了该方法在实际应用中的准确性。与现有的方法相比，本发明提出的一种基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，在反应绕组变形故障时，其长轴变化量和倾斜角变化量都更大，如附图4所示，即对绕组变形故障的反应更加灵敏。

本发明采取的技术方案为：

基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，包括以下步骤：

步骤1：首先测取变压器二次侧接标准负载时的电压电流数据，变压器一次侧的电压和电流分别为和变压器二次侧的电压和电流为分别和计算变压器二次侧归算到一次侧的电压电流为和计算变压器一次侧、二次侧的电压之差

步骤2：当变压器状态改变时，分别测量两组电压电流数据，测得的变压器一次侧电压值、电流值分别为和计算变压器二次侧归算到一次侧的电压值、电流值分别为和分别计算两种情况下的变压器一次侧、二次侧的电压之差和

步骤3：将步骤1和步骤2得到的电压、电流数据按以下公式处理：

步骤4：用和所表示的正弦量，构建椭圆轨迹。

通过上述步骤，实现基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化处理。

本发明一种基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，技术效果如下：

1)、本发明提出的一种负载标准化方法，该方法消除了变压器二次侧等效负载波动对电压电流特征量造成的干扰，提高了电压差/电流轨迹图法在线检测变压器绕组变形在实际应用中的准确性。

2)、本发明提出的负载标准化方法既适用于仅绕组变形时，又适用于仅二次侧负载改变时，也适用于绕组变形与二次侧负载改变同时发生时；在反应绕组变形故障时，其长轴变化量和倾斜角变化量都更大，对变压器绕组变形故障的反应更加灵敏。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2(a)为仅绕组变形时的电压差/电流轨迹图；

图2(b)为绕组变形和二次侧负载改变同时发生时的电压差/电流轨迹图。

图3(a)为仅二次侧负载改变时，未经负载标准化方法处理的电压差/电流轨迹图；

图3(b)为仅二次侧负载改变时，经过负载标准化方法处理的电压差/电流轨迹图。

图4为本发明提出的负载标准化方法与仅对电压差进行归一化处理方法的对比图。

图5(a)为仅对电压差进行归一化处理方法的故障轨迹图；

图5(b)为本发明所提的对电压差和电流都进行标准化处理的故障轨迹图。

具体实施方式

基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，包括以下步骤：

步骤1：首先测取变压器二次侧接标准负载时的电压电流数据，变压器一次侧的电压和电流分别为和变压器二次侧的电压和电流为分别和计算变压器二次侧归算到一次侧的电压电流为和计算变压器一次侧、二次侧的电压之差

步骤2：当变压器状态改变时，分别测量两组电压电流数据，测得的变压器一次侧电压值、电流值分别为和计算变压器二次侧归算到一次侧的电压值、电流值分别为和分别计算两种情况下的变压器一次侧、二次侧的电压之差和

步骤3：将步骤1和步骤2得到的电压、电流数据按以下公式处理：

步骤4：用和所表示的正弦量，构建椭圆轨迹。

步骤1中，所述的标准负载可以任意选取，为方便比较和计算，一般选择额定负载值或负载波动范围的平均值。

步骤1中，和为变压器二次侧接标准负载时的电压电流数据，和为变压器二次侧归算到一次侧的电压和电流，若为单向变压器，则 其中，K为变压器的变比；若为三相变压器，则根据不同的联结组计算归算后的电压电流的幅值和相位即可。

步骤2中，所述的变压器状态改变，是指变压器绕组发生变形故障或二次侧负载大小改变，或是同时发生上述两种情况；

若只发生绕组变形，则电压电流信号中只含有反应绕组变形的特征量，如图2a所示，不存在判断绕组变形的干扰量；

若仅是二次侧负载改变，则电压电流信号中含有反应二次侧负载改变的特征量，如图3a所示，存在判断绕组变形的干扰量；

若变压器同时发生绕组变形和二次侧负载改变，如图2b所示，则电压电流信号中既含有反应绕组变形的特征量，也含有二次侧负载改变的特征量，存在判断绕组变形的干扰量。

步骤3的具体步骤为：

(3-1)：变压器可以等效为一个线性无源二端口网络，根据替代定理，将变压器一次侧的电压和二次侧电流看作激励源，一次侧的电流看作响应，有：

其中，A,B均以复数进行表示。A,B为表征二端口内部参数的量，仅与二端口本身的元件及它们的连接方式有关，与负载阻抗没有关系。

(3-2)：在绕组正常且二次侧接标准负荷时的二端口的电压电流满足：

(3-3)：仅在二次侧负载变化时，所测得的两组电压电流满足：

(3-4)：则通过解线性方程组有：

(3-5)：由于A,B为表征二端口内部参数的量，与负载阻抗没有关系，故令：

若仅是二次侧负载改变，则必有用所表示的正弦量构建轨迹，也就消除了负载改变对电流的影响。

(3-6)：同理，用所表示的正弦量构建轨迹，消除了负载改变对电压的影响。

该公式既适用于变压器发生绕组变形时，又适用于仅二次侧负载改变时，也适用于变压器绕组变形与二次侧负载改变同时发生时。

步骤4中，和为归算到标准负载下的电压电流数据，以它们的正弦量构建的图形，即为经负载标准化方法处理后的电压差/电流轨迹图，其仅反应变压器绕组变形故障，二次侧负载改变对其没有任何影响。

图3(a)为仅二次侧负载改变时，未经负载标准化方法处理的电压差/电流轨迹图；

图3(b)为仅二次侧负载改变时，经过负载标准化方法处理的电压差/电流轨迹图。

对比图3(a)和图3(b)可知：仅变压器二次侧负载改变时，未经负载标准化方法处理的电压差/电流轨迹图的面积和长短轴会随着负载的变化而改变，无法与绕组正常时的轨迹图进行比较，这会对检测变压器绕组是否变形产生极大的干扰；而经过负载标准化方法处理的电压差/电流轨迹图与标准负载的轨迹图完全重合，消除了负载改变对电压差/电流轨迹图所造成的干扰。

图4为本发明提出的负载标准化方法与仅对电压差进行归一化处理方法的对比图。

从图4中可以看出，与已有的仅对电压差进行归一化处理方法相比，本发明提出的负载标准化方法在反应绕组变形故障时的长轴变化量和倾斜角变化量都更大，对变压器绕组变形故障的反应更加灵敏。

图5(a)为仅对电压差进行归一化处理方法的故障轨迹图；

图5(b)为本发明所提的对电压差和电流都进行标准化处理的故障轨迹图。

如图5(a)、图5(b)所示，当变压器绕组变形时，仅对电压差进行归一化处理方法的轨迹图仅有纵向的电压差变化，其横向的电流不会改变；而本发明所提的对电压差和电流都进行标准化处理的故障轨迹图的电压差和电流都会发生改变，其灵敏度更高。如图5(a)所示，前者难以区分匝间短路和多饼绕组同时发生轴向变形故障时的情况；而如图5(b)所示，在经本发明所提负载标准化方法处理后的轨迹图中很容易看出这两者的区别。

Claims (7)

1.基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：首先测取变压器二次侧接标准负载时的电压电流数据，变压器一次侧的电压和电流分别为和变压器二次侧的电压和电流为分别和计算变压器二次侧归算到一次侧的电压电流为和计算变压器一次侧、二次侧的电压之差

步骤2：当变压器状态改变时，分别测量两组电压电流数据，测得的变压器一次侧电压值、电流值分别为和计算变压器二次侧归算到一次侧的电压值、电流值分别为和分别计算两种情况下的变压器一次侧、二次侧的电压之差和

步骤3：将步骤1和步骤2得到的电压、电流数据按以下公式处理：

步骤4：用和所表示的正弦量，构建椭圆轨迹；

通过上述步骤，实现基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化处理。

2.根据权利要求1所述基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，其特征在于：步骤1中，所述的标准负载可以任意选取，一般选择额定负载或负载波动范围的平均值。

3.根据权利要求1所述基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，其特征在于：步骤1中，和为变压器二次侧接标准负载时的电压电流数据，和为变压器二次侧归算到一次侧的电压和电流，若为单向变压器，则其中，K为变压器的变比；若为三相变压器，则根据不同的联结组计算归算后的电压电流的幅值和相位即可。

4.根据权利要求1所述基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，其特征在于：步骤2中，所述的变压器状态改变，是指变压器绕组发生变形故障或二次侧负载大小改变，或是同时发生上述两种情况；

若只发生绕组变形，则电压电流信号中只含有反应绕组变形的特征量，不存在判断绕组变形的干扰量；

若仅是二次侧负载改变，则电压电流信号中含有反应二次侧负载改变的特征量，存在判断绕组变形的干扰量；

若变压器同时发生绕组变形和二次侧负载改变，则电压电流信号中既含有反应绕组变形的特征量，也含有二次侧负载改变的特征量，存在判断绕组变形的干扰量。

5.根据权利要求1所述基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，其特征在于，步骤3的具体步骤为：

(3-1)：变压器可以等效为一个线性无源二端口网络，根据替代定理，将变压器一次侧的电压和二次侧电流看作激励源，一次侧的电流看作响应，有：

其中，A,B均以复数进行表示；A,B为表征二端口内部参数的量，仅与二端口本身的元件及它们的连接方式有关，与负载阻抗没有关系；

(3-2)：在绕组正常且二次侧接标准负荷时的二端口的电压电流满足：

(3-3)：仅在二次侧负载变化时，所测得的两组电压电流满足：

(3-4)：则通过解线性方程组有：

(3-5)：由于A,B为表征二端口内部参数的量，与负载阻抗没有关系，故令

若仅是二次侧负载改变，则必有用所表示的正弦量构建轨迹，也就消除了负载改变对电流的影响；

(3-6)：同理，用所表示的正弦量构建轨迹，消除了负载改变对电压的影响；

6.根据权利要求1所述基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，其特征在于：步骤4中，和为归算到标准负载下的电压电流数据，以它们的正弦量构建的图形，即为经负载标准化方法处理后的电压差/电流轨迹图。

7.如权利要求1-6所述任意一种基于电压差/电流轨迹图在线检测变压器绕组变形的负载标准化方法，其特征在于：既适用于仅变压器绕组变形时、又适用于仅变压器二次侧负载改变时、也适用于变压器绕组变形与变压器二次侧负载改变同时发生时。