CN112649761B - 基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，包括：采集油路管道的流速值、压强值和重瓦斯信号；施加不同程度的外部激励源至油路管道上，产生不同的涌动油流；基于实时采集的流速值、压强值和重瓦斯信号，分别生成不同涌动油流下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；基于流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图，确定重瓦斯动作的流速整定值和压强整定值；基于流速整定值、压强整定值、以及实时采集的流速值和压强值，判定变压器的故障等级。本发明结合变压器故障时油压、油流变化，能够为瓦斯继电器瓦斯报警信号的辅助决策提供依据，并提高电力变压器运行的安全可靠性。

Description

基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法

技术领域

本发明涉及变压器故障诊断技术领域，更具体的说是涉及一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法。

背景技术

瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的管道上，瓦斯保护是变压器的主流非电量保护方式，主要用以应对变压器内部短路故障的情况。

据统计，我国近几年已经发生了数起500kV变压器瓦斯保护因区外故障误动作跳闸的事故。由于传统瓦斯继电器从感知到流速至触发保护进行跳闸整个过程亦有延时过长、有可能错过最佳跳闸时间的问题，一旦变压器内部发生严重的匝间短路或套管内部电弧短路故障，故障电弧能量急剧释放，瓦斯继电器通常难以及时感知油流涌动的变化，来不及动作，而此时故障点附近油箱箱壁已经发生塑性形变、开裂甚至发生爆炸。现阶段，关于涌动油流对瓦斯继电器的作用机理，国内学者纷纷展开了研究，但均是对瓦斯继电器重瓦斯动作流速值进行分析，而忽略了变压器故障时油压变化对瓦斯继电器的影响。

因此，如何提供一种综合考虑油压、油流速变化的变压器重瓦斯动作整定方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，结合变压器故障时油压、油流变化对瓦斯继电器的影响，能够为瓦斯继电器瓦斯报警信号的辅助决策提供依据，并提高电力变压器运行的安全可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，包括：

搭建变压器故障模拟实验平台；所述变压器故障模拟实验平台用于模拟变压器故障和变压器油路；

利用流速传感器、压力传感器和瓦斯继电器分别采集所述变压器故障模拟实验平台中油路管道的流速值、压强值和重瓦斯信号；

施加不同程度的外部激励源至所述油路管道上，产生不同的涌动油流；

基于所述流速传感器、所述压力传感器和所述瓦斯继电器实时采集的流速值、压强值和重瓦斯信号，分别生成不同涌动油流下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；

基于所述流速曲线图、所述压强曲线图和所述重瓦斯动作曲线图，分析比较不同涌动油流下恰好使重瓦斯信号开始动作时所对应的流速值、压强值及变化趋势，确定重瓦斯动作的流速整定值v_st和压强整定值p_st；

基于所述流速整定值v_st、所述压强整定值p_st、所述流速传感器所采集的实时流速值和所述压力传感器所采集的实时压强值，判定变压器的故障等级。

优选的，所述瓦斯继电器采用QJ-80型瓦斯继电器；所述流速传感器采用FLEXIM超声波流量计；所述压强传感器采用YD-322H14V514BG压力变送器。

优选的，所述变压器模拟试验平台包括依次连接的空气炮、涌动油流发生腔、所述油路管道和油枕；所述流速传感器、所述压力传感器和所述瓦斯继电器分别安装在所述油路管道上；所述空气炮用于提供不同压强的压缩空气；所述涌动油流发生腔用于为压缩空气提供膨胀做功空间，并激励所述油路管道产生涌动油流；所述油枕用于储油或补油；所述油枕的出油口处安装有蝶阀。

优选的，所述油路管道靠近所述油枕出油口的一端安装有波纹管；所述波纹管用于对所述油路管道进行纠偏及抑振处理。

优选的，基于所述流速传感器、所述压力传感器和所述瓦斯继电器实时采集的流速值、压强值和重瓦斯信号，分别生成不同涌动油流下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图，还包括：

对所述流速传感器、所述压力传感器和所述瓦斯继电器实时采集的流速值、压强值和重瓦斯信号进行预处理，并基于预处理后的数据点生成不同涌动油流下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；所述预处理包括插值处理和平滑去噪处理。

优选的，随外部激励源程度的不断增强，取恰好使重瓦斯信号出现时所对应的外部激励源为临界激励源；在所述临界激励源作用下，取恰好使重瓦斯信号开始动作时所对应的流速值，作为所述流速整定值v_st。

优选的，当外部激励源程度大于所述临界激励源时，所述油路管道的压强值趋于稳定；取恰好使重瓦斯信号开始动作时所对应的稳定压强值，作为所述压强整定值p_st。

优选的，基于所述流速整定值v_st、所述压强整定值p_st、所述流速传感器所采集的实时流速值和所述压力传感器所采集的实时压强值，判定变压器的故障等级，包括：

分别采集不同涌动油流下的流速值v和压强值p，并与所述流速整定值v_st和所述压强整定值p_st进行比较；

当满足0<v<v_st，且0<p<p_st时，重瓦斯信号不动作，变压器的故障等级为Ⅰ等级；

当满足v≥v_st，且p<p_st时，重瓦斯信号动作，变压器的故障等级为Ⅱ等级；

当满足v<v_st，且p≥p_st时，重瓦斯信号动作，变压器的故障等级为Ⅲ等级。

优选的，基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，分别限定变压器油路的流速整定值和压强整定值，即流速或压强达到各自整定值时，重瓦斯动作，相比于现有单纯基于流速整定值方法，可全面反应瓦斯继电器重瓦斯动作的实际情况，实现对变压器内部运行状态的监测，并反映故障程度，减少误报和拒报的概率，提高变压器运行的安全可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法的流程图；

图2附图为本发明提供的变压器故障模拟实验平台的结构示意图；

图3附图为本发明提供的在激励压强为0.10Mpa下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；

图4附图为本发明提供的在激励压强为0.12Mpa下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；

图5附图为本发明提供的在激励压强为0.14Mpa下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；

图6附图为本发明提供的在激励压强为0.18Mpa下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；

图7附图为本发明提供的在激励压强为0.26Mpa下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；

图8附图为本发明提供的不同激励压强下的重瓦斯信号开始动作时的压强曲线和流速曲线；

图9附图为本发明提供的不同激励压强下的重瓦斯信号结束动作时的压强曲线和流速曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开了一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，包括以下步骤：

S1、搭建变压器故障模拟实验平台；变压器故障模拟实验平台用于模拟变压器故障和变压器油路；

S2、利用流速传感器、压力传感器和瓦斯继电器分别采集变压器故障模拟实验平台中油路管道的流速值、压强值和重瓦斯信号。

S3、施加不同程度的外部激励源至油路管道上，产生不同的涌动油流；

S4、基于流速传感器、压力传感器和瓦斯继电器实时采集的流速值、压强值和重瓦斯信号，分别生成不同涌动油流下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；

S5、基于流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图，分析比较不同涌动油流下恰好使重瓦斯信号开始动作时所对应的流速值、压强值及变化趋势，确定重瓦斯动作的流速整定值v_st和压强整定值p_st。

随外部激励源程度的不断增强，取恰好使重瓦斯信号出现时所对应的外部激励源为临界激励源；在临界激励源作用下，重瓦斯信号开始动作时流速达到重瓦斯动作整定值，而压强较小；取此临界激励源下恰好使重瓦斯信号开始动作时所对应的流速值，作为流速整定值v_st。

当外部激励源大于临界激励源时，随外部激励源程度的不断增强，油路管道压力波的传导快于流速，压强比流速先达到最大值，重瓦斯信号开始动作时所对应的流速值小于流速整定值v_st，而压强值较大且趋于稳定，取此激励源下恰好使重瓦斯信号开始动作时所对应的稳定压强值，作为压强整定值p_st。

S6、基于流速整定值v_st、压强整定值p_st、流速传感器所采集的实时流速值和压力传感器所采集的实时压强值，判定变压器的故障等级。

分别采集不同涌动油流下的流速v和压强p，并与流速整定值v_st和压强整定值p_st进行比较；

当满足0<v<v_st，且0<p<p_st时，重瓦斯信号不动作，但是变压器内部出现轻微故障，可以停机检修，故障等级为Ⅰ等级；

当满足v≥v_st，且p<p_st时，重瓦斯信号动作，说明变压器内部故障较为严重，必须切断电源，此时，故障等级为Ⅱ等级；

当满足v<v_st，且p≥p_st时，重瓦斯信号动作，说明变压器内部故障非常严重，必须切断电源，此时，故障等级为Ⅲ等级。

S4还包括：数据预处理。

具体为：将流速传感器、压力传感器和瓦斯继电器实时采集的流速值、压强值和重瓦斯信号进行插值、去噪等预处理，获得多个数据点，并基于多个数据点分别生成不同涌动油流下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图。

为了获取重瓦斯开始动作瞬间对应的管道流速整定值、压强整定值，搭建了变压器故障模拟实验平台，如图2所示，变压器模拟试验平台包括依次连接的空气炮1、涌动油流发生腔2、油路管道3和油枕4；流速传感器5、压力传感器6和瓦斯继电器7分别安装在油路管道3上；空气炮1用于提供不同压强的压缩空气；涌动油流发生腔2用于为压缩空气提供膨胀做功空间，并激励油路管道3产生涌动油流；油枕4用于储油或补油；油枕的出油口处安装有蝶阀8。油路管道3靠近油枕4出油口的一端安装有波纹管9；波纹管9用于对油路管道3进行纠偏及抑振处理。

其中，瓦斯继电器采用QJ-80型瓦斯继电器；流速传感器采用FLEXIM超声波流量计，响应时间为20ms；压强传感器采用YD-322H14V514BG压力变送器，响应频率为500Hz。空气炮选用KTM-50，容积为50L，量程为0～0.8Mpa，最大冲击力为4120N。

设置空气炮激励压强为0.10～0.28Mpa进行试验，将试验采集到的管道流速、压强以及重瓦斯信号进行插值、平滑去噪等处理并绘制成图3-7，并从图中提取重瓦斯开始动作和结束瞬间对应的压强值、流速值以及重瓦斯动作响应时间，数据如下表1所示。

表1重瓦斯动作和结束时压强值和流速值

由图3～图7可知，压强比流速先达到最大值，得到压力波的传导快于流速。由表1得到，当激励压强为0.10Mpa时，管道的最大流速为0.4967m/s，最大压强为1.549Kpa，均未达到重瓦斯动作整定值，瓦斯不动作，此时反应变压器内部仅出现轻微故障；只有当激励压强大于等于0.12Mpa时，重瓦斯动作切断电源，此时反应变压器内部出现严重故障。因此把0.12Mpa当作重瓦斯动作的临界激励压强。

当激励压强为0.12Mpa时，重瓦斯动作响应时间约为0.7s，动作对应的管道流速达到整定值0.80m/s，而压强值较小，因此当变压器内部故障较小时，重瓦斯动作由流速值决定。将流速0.80m/s作为重瓦斯动作流速整定值，即v_st＝0.80m/s。激励压强为0.14Mpa时，重瓦斯动作响应时间约为0.4s，动作时对应的管道流速为0.5m/s未达到整定值，压强值约为10Kpa；激励压强为0.16Mpa时，重瓦斯动作响应时间约为0.1s，动作时对应的管道流速为0.1m/s未达到整定值，压强值约为10Kpa；当激励压强大于0.18Mpa，重瓦斯动作响应时间均小于0.1s，动作时对应的管道流速约为0.1m/s未达到整定值，压强值约为10Kpa，所以变压器内部故障较大时，重瓦斯动作完全依赖于涌动油流压强的作用，所以，将压强10Kpa作为重瓦斯动作压强整定值，即p_st＝10Kpa。

如图8所示，在低能量激励时，压强与流速共同作用下，压强慢于流速达到整定值，因此流速是影响重瓦斯开始动作的主要因素。随着激励压强的增加，管道压强上升较快，但对应的流速值滞后，压强快于流速达到重瓦斯动作的整定值，此时压强是影响重瓦斯动作的主要因素。因此，相比于现有单纯基于流速整定值方法，综合重瓦斯动作流速整定值v_st＝0.80m/s和压强整定值p_st＝10Kpa，可全面反应瓦斯继电器重瓦斯动作的实际情况，减少误报和拒报的概率。

如图9所示，不同激励压强下重瓦斯结束动作时管道流速值趋于直线，稳定在0.80m/s范围，但管道压强衰减接近于1Kpa，得出瓦斯继电器重瓦斯动作后期是油流保持的，即“压强触发，油流保持”。

通过上述试验可以得出：当变压器内部产生不同能量的故障时，影响重瓦斯动作的因素不同。可以通过监测重瓦斯动作时管道的流速信息、压强信息，间接的实现对变压器内部运行状态的监测，能够反应变压器内部故障程度。

本发明为了全面探索瓦斯继电器重瓦斯动作机理，首先，对瞬态油流冲击下瓦斯继电器挡板动作特性进行研究，对不同瞬态油流冲击下管道的流速、压强、重瓦斯动作信号进行同步采集，分析得出三种信号之间的关联关系，指出了在低能量激励时，重瓦斯的起始动作取决于流速；随着激励压强的增加，管道压强上升较快，但对应的流速值滞后，重瓦斯的起始动作取决于压强；重瓦斯结束动作时，压强衰减较快，主要取决于流速值，基于“压强触发、油流保持”的重瓦斯动作机理，可通过监测重瓦斯动作时管道的流速信息、压强信息，间接的实现对变压器内部运行状态的监测，能反应变压器内部故障程度，可作为瓦斯继电器瓦斯报警信号的辅助决策依据，以提高电力变压器运行的安全可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，其特征在于，包括：

搭建变压器故障模拟实验平台；所述变压器故障模拟实验平台用于模拟变压器故障和变压器油路；

利用流速传感器、压力传感器和瓦斯继电器分别采集所述变压器故障模拟实验平台中油路管道的流速值、压强值和重瓦斯信号；

施加不同程度的外部激励源至所述油路管道上，产生不同的涌动油流；

基于所述流速传感器、所述压力传感器和所述瓦斯继电器实时采集的流速值、压强值和重瓦斯信号，分别生成不同涌动油流下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；

基于所述流速曲线图、所述压强曲线图和所述重瓦斯动作曲线图，分析比较不同涌动油流下恰好使重瓦斯信号开始动作时所对应的流速值、压强值及变化趋势，确定重瓦斯动作的流速整定值v_st和压强整定值p_st；

随外部激励源程度的不断增强，取恰好使重瓦斯信号出现时所对应的外部激励源为临界激励源；在所述临界激励源作用下，取恰好使重瓦斯信号开始动作时所对应的流速值，作为所述流速整定值v_st；

当外部激励源程度大于所述临界激励源时，所述油路管道的压强值趋于稳定；取恰好使重瓦斯信号开始动作时所对应的稳定压强值，作为所述压强整定值p_st；

基于所述流速整定值v_st、所述压强整定值p_st、所述流速传感器所采集的实时流速值和所述压力传感器所采集的实时压强值，判定变压器的故障等级。

2.根据权利要求1所述的一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，其特征在于，所述瓦斯继电器采用QJ-80型瓦斯继电器；所述流速传感器采用FLEXIM超声波流量计；所述压强传感器采用YD-322H14V514BG压力变送器。

3.根据权利要求1所述的一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，其特征在于，所述变压器模拟试验平台包括依次连接的空气炮、涌动油流发生腔、所述油路管道和油枕；所述流速传感器、所述压力传感器和所述瓦斯继电器分别安装在所述油路管道上；所述空气炮用于提供不同压强的压缩空气；所述涌动油流发生腔用于为压缩空气提供膨胀做功空间，并激励所述油路管道产生涌动油流；所述油枕用于储油或补油；所述油枕的出油口处安装有蝶阀。

4.根据权利要求3所述的一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，其特征在于，所述油路管道靠近所述油枕出油口的一端安装有波纹管；所述波纹管用于对所述油路管道进行纠偏及抑振处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，其特征在于，基于所述流速传感器、所述压力传感器和所述瓦斯继电器实时采集的流速值、压强值和重瓦斯信号，分别生成不同涌动油流下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图，还包括：

对所述流速传感器、所述压力传感器和所述瓦斯继电器实时采集的流速值、压强值和重瓦斯信号进行预处理，并基于预处理后的数据点生成不同涌动油流下的流速曲线图、压强曲线图和重瓦斯动作曲线图；所述预处理包括插值处理和平滑去噪处理。

6.根据权利要求1所述的一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，其特征在于，基于所述流速整定值v_st、所述压强整定值p_st、所述流速传感器所采集的实时流速值和所述压力传感器所采集的实时压强值，判定变压器的故障等级，包括：

分别采集不同涌动油流下的流速值v和压强值p，并与所述流速整定值v_st和所述压强整定值p_st进行比较；

当满足0<v<v_st，且0<p<p_st时，重瓦斯信号不动作，变压器的故障等级为Ⅰ等级；

当满足v≥v_st，且p<p_st时，重瓦斯信号动作，变压器的故障等级为Ⅱ等级；

当满足v<v_st，且p≥p_st时，重瓦斯信号动作，变压器的故障等级为Ⅲ等级。

7.根据权利要求6所述的一种基于瓦斯继电器流速和压强的变压器重瓦斯动作整定方法，其特征在于，变压器的故障程度随所述故障等级的级数增大逐渐递增。

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