CN112924905B - 一种基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法 - Google Patents

一种基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法，首先对试验变压器绕组进行试验，获取梯度电压下10组高频振荡信号；根据测试数据构造梯度电压矩阵H，通过权重方阵Gp分解H获得近似信号特征矩阵Zp，细节信号特征矩阵Zpq；然后计算近似信号矩阵平均对数误差绝对和识别变压器绝缘状态；通过细节信号矩阵的特征系数fi pq计算权重化后的特征参数Wi；计算绝缘状态判断系数Q，根据绝缘状态表判断绝缘故障程度。本发明方法通过对变压器进行高压试验测试梯度电压下高频振荡信号，通过权重矩阵对原始信号进行分解，丰富了高频振荡信号的特征，并近似信号矩阵和细节信号矩阵的相应特征，识别变压器绝缘状态与故障程度。

Description

一种基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法
技术领域
本发明涉及电力设备绝缘状态检测领域，尤其涉及一种基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法。
背景技术
电力变压器是电力系统的重要设备之一，它的运行状态直接影响系统的可靠性和安全性，一旦发生事故将造成重大经济损失甚至灾难性后果。此外，电力变压器的复杂恶劣运行环境使其发生故障的机率增大，其中绕组绝缘故障是变压器最常见的故障。因此，及时准确检测出变压器绕组绝缘状态是亟需解决的技术问题。
高频振荡方法是一种变压器绕组状态评估的全新测试方法，在绕组一端施加高压直流激励，通过电子开关实现高压直流信号的暂态变化，基于变压器的电容、电感等效参数共同耦合作用在绕组末端测量高频振荡信号用于绕组绝缘状态的分析。因此，高频振荡信号的特征与绕组的电气结构密切相关，可以反映变压器绕组绝缘状态。
变压器绕组绝缘在不同高压幅值下呈现不同状态，同时高频振荡信号是变压器等效参数共同耦合作用产生的非平稳信号，包含许多不同的频率，这些频率分量与绕组绝缘状态密切相关，有着丰富的信息。本文基于测试梯度电压的高频振荡信号，通过权重方阵分解出近似信号和细节信号，有效提取不同频率成分的特征判断绕组绝缘状态。因此，本发明能够更加可靠、有效地对变压器绝缘性能进行评估。
发明内容
一种基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法，试验研究平台主要包括：信号采集系统1、电压幅值调节旋钮2、高压直流电源3；电源连接开关9、信号采集连接开关7；信号输入套管10、信号输出套管8；箱体4、绕组5、铁心6；其特征在于结合各梯度电压的高频振荡信号构造矩阵，通过权重方阵分解出近似信号和细节信号提取相关特征，具体包括以下步骤：
步骤一：测量试验变压器绕组梯度电压下的高频振荡信号，包括：
(1)测量变压器绕组的高频振荡信号，闭合信号采集连接开关7使变压器绕组输出套管8与数据采集系统相连，闭合电源连接开关9使变压器绕组输入套管10与外部高频高压直流电源3连接，旋转电压幅值调节旋钮2，使高频高压电源系统在额定功率下升高电压至电压U1，待电压稳定之后，断开电源连接开关绕组输入端高压直流系统，输出套管8通过数据采集装置11测量绕组高频振荡信号X1(t)(X1(r)＝[x1 x2......xN])，采集数据点N个，其中U为额定电压；
Figure GDA0003499888120000021
(2)重复步骤(1)，旋转电压幅值调节旋钮2使电压升至梯度电压Ui，共采集10组变压器绕组10组高频振荡信号
步骤二：变压器绕组梯度电压高频振荡信号特征提取，包括：
(1)根据测试10组梯度电压变压器绕组高频振荡信号构造电压矩阵HH＝[X1X2……X10]
(2)根据p阶权重方阵Gp对电压矩阵进行特征提取，获得近似信号特征矩阵Zp，细节信号特征矩阵Zpq
Figure GDA0003499888120000022
Figure GDA0003499888120000023
式中Gp(i，j)(p∈[1，10])是权重方阵，σ是宽度参数取1.5，Gp是p阶权重方阵，
(3)通过q阶权重方阵Gq对近似信号特征矩阵Zp进行特征提取，计算细节信号特征矩阵Zpq
Figure GDA0003499888120000024
式中Gq是q阶权重方阵
步骤三：进行试验变压器绝缘状态评估，包括：
(1)计算测量高压振荡曲线变压器绝缘正常的近似信号矩阵对数误差绝对和ASLEP
Figure GDA0003499888120000025
ALSEP＝sum(ASP)
式中ASP是P阶近似信号特征矩阵每列的对数误差绝对和，Zp(：，j)和zp(：，j)是测试信号和正常信号的P阶近似信号特征矩阵第j列数据
(2)若平均近似信号矩阵对数误差绝对和AASLE＞0.95，则变压器绝缘状态正常，否则需要通过对细节近似信号矩阵Zpq提取特征进一步分析；
Figure GDA0003499888120000026
(3)计算各细节信号特征矩阵Zpq的协同系数f1 pq、反差系数
Figure GDA0003499888120000027
非相似性
Figure GDA0003499888120000028
对数熵
Figure GDA0003499888120000029
均值
Figure GDA00034998881200000210
和方差
Figure GDA00034998881200000211
Figure GDA00034998881200000212
Figure GDA0003499888120000031
Figure GDA0003499888120000032
(4)根据细节信号矩阵特征系数fi pq权重化后的特征参数Wi，计算绝缘状态判断系数Q，根据以下表各判断变压器绝缘状态
Figure GDA0003499888120000033
Figure GDA0003499888120000034
式中
Figure GDA0003499888120000035
是变压器正常时的特征参数，
Figure GDA0003499888120000036
是变压器检测时的特征参数；
(5)当Q＞1时，变压器绝缘状态属于严重破损；当0.6＜Q≤1，变压器绝缘状态属于明显破损；当0＜Q≤0.6时，变压器属于轻微破损”。
本发明提出一种基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法，其核心基于梯度电压高频振荡信号构造的矩阵，通过权重方阵分解近似信号和细节信号，实现对变压器绝缘状态的评估。本发明能够更加可靠、有效地对变压器绝缘性能进行评估。
附图说明
图1为本发明变压器梯度电压高频振荡试验接线图
图2为本发明方法所采用的流程框图。
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，变压器梯度电压高频振荡试验研究平台，主要包括：信号采集系统1、电压幅值调节旋钮2、高压直流电源3；电源连接开关9、信号采集连接开关7；信号输入套管10、信号输出套管8；箱体4、绕组5、铁心6；绕组首端通过输入套管10引出箱体，同时通过电源连接开关9与高压直流带能源3连接；绕组末端通过输出套管8引出箱体，同时通过信号采集连接开关7与信号采集系统1连接；
图2是基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法，其特征在于结合各梯度电压的高频振荡信号构造矩阵，通过权重方阵分解出近似信号和细节信号提取相关特征，具体包括以下步骤：
1.一种基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法，其特征在于：试验变压器额定电压UkV。变压器接线端子包括：变压器绕组信号输入端子In，信号采集端子Out；具体测试方法包括以下步骤：
步骤一：测量试验变压器绕组梯度电压下的高频振荡信号，包括：
(1)测量变压器绕组的高频振荡信号，闭合信号采集连接开关7使变压器绕组输出套管8与数据采集系统相连，闭合电源连接开关9使变压器绕组输入套管10与外部高频高压直流电源3连接，旋转电压幅值调节旋钮2，使高频高压电源系统在额定功率下升高电压至电压U1，待电压稳定之后，断开电源连接开关绕组输入端高压直流系统，输出套管8通过数据采集装置11测量绕组高频振荡信号X1(t)(X1(t)＝[x1 x2......xN])，采集数据点N个，其中U为额定电压：
Figure GDA0003499888120000041
(2)重复步骤(1)，旋转电压幅值调节旋钮2使电压升至梯度电压Ui，共采集10组变压器绕组10组高频振荡信号
步骤二：变压器绕组梯度电压高频振荡信号特征提取，包括：
(1)根据测试10组梯度电压变压器绕组高频振荡信号构造电压矩阵HH＝[X1X2……X10]
(2)根据p阶权重方阵Gp对电压矩阵进行特征提取，获得近似信号特征矩阵Zp，细节信号特征矩阵Zpq
Figure GDA0003499888120000042
Figure GDA0003499888120000043
式中Gp(i，j)(p∈[1，10])是权重方阵，σ是宽度参数取1.5，Gp是p阶权重方阵，
(3)通过q阶权重方阵Gq对近似信号特征矩阵Zp进行特征提取，计算细节信号特征矩阵Zpq
Figure GDA0003499888120000044
式中Gq是q阶权重方阵
步骤三：进行试验变压器绝缘状态评估，包括：
(1)计算测量高压振荡曲线变压器绝缘正常的近似信号矩阵对数误差绝对和ASLEP
Figure GDA0003499888120000045
ALSEP＝sum(ASP)
式中ASP是P阶近似信号特征矩阵每列的对数误差绝对和，Zp(：，j)和zp(：，j)是测试信号和正常信号的P阶近似信号特征矩阵第j列数据
(2)若平均近似信号矩阵对数误差绝对和AASLE＞0.95，则变压器绝缘状态正常，否则需要通过对细节近似信号矩阵Zpq提取特征进一步分析；
Figure GDA0003499888120000051
(3)计算各细节信号特征矩阵Zpq的协同系数f1 pq、反差系数
Figure GDA0003499888120000052
非相似性
Figure GDA0003499888120000053
对数熵
Figure GDA0003499888120000054
均值
Figure GDA0003499888120000055
和方差
Figure GDA0003499888120000056
Figure GDA0003499888120000057
Figure GDA0003499888120000058
Figure GDA0003499888120000059
(4)根据细节信号矩阵特征系数fi pq权重化后的特征参数Wi，计算绝缘状态判断系数Q，根据以下表各判断变压器绝缘状态
Figure GDA00034998881200000510
Figure GDA00034998881200000511
式中
Figure GDA00034998881200000512
是变压器正常时的特征参数，
Figure GDA00034998881200000513
是变压器检测时的特征参数；
(5)当Q＞1时，变压器绝缘状态属于严重破损；当0.6＜Q≤1，变压器绝缘状态属于明显破损；当0＜Q≤0.6时，变压器属于轻微破损”。

Claims (1)

1.一种基于梯度电压高频振荡的变压器绕组绝缘评估方法，其特征在于：试验研究平台主要包括：信号采集系统1、电压幅值调节旋钮2、高压直流电源3；电源连接开关9、信号采集连接开关7；信号输入套管10、信号输出套管8；箱体4、绕组5、铁心6；具体测试方法包括以下步骤：
步骤一：测量试验变压器绕组梯度电压下的高频振荡信号，包括：
测量变压器绕组的高频振荡信号，将变压器绕组输入套管10与外部高频高压直流电源3连接，变压器绕组输出套管8与数据采集系统相连，高频高压电源系统在额定功率下升高电压至各种梯度电压Ui，待电压稳定之后，断开绕组输入端高压直流系统，输出套管8通过数据采集装置11测量绕组共10组高频振荡信号Xi(t)(Xi(t)＝[x1 x2......xN])，采集数据点N个，其中U为额定电压；
Figure FDA0003499888110000011
步骤二：变压器绕组梯度电压高频振荡信号特征提取，包括：
(1)根据梯度电压高频振荡信号构造电压矩阵H
H＝[X1 X2……X10]
(2)根据p阶权重方阵Gp对电压矩阵进行特征提取，获得近似信号特征矩阵Zp，细节信号特征矩阵Zpq
Figure FDA0003499888110000012
Figure FDA0003499888110000013
式中Gp(i，j)(p∈[1，10])是权重方阵，σ是宽度参数取1.5，Gp是p阶权重方阵，
(3)通过q阶权重方阵Gq对近似信号特征矩阵Zp进行特征提取，计算细节信号特征矩阵Zpq
Figure FDA0003499888110000014
式中Gq是q阶权重方阵
步骤三：进行试验变压器绝缘状态评估，包括：
(1)计算测量高压振荡曲线变压器绝缘正常的近似信号矩阵对数误差绝对和ASLEP
Figure FDA0003499888110000015
ALSEP＝sum(ASP)
式中ASP是P阶近似信号特征矩阵每列的对数误差绝对和，Zp(：，j)和zp(：，j)是测试信号和正常信号的P阶近似信号特征矩阵第j列数据
(2)若平均近似信号矩阵对数误差绝对和AASLE＞0.95，则变压器绝缘状态正常，否则需要通过对细节近似信号矩阵Zpq提取特征进一步分析；
Figure FDA0003499888110000021
(3)计算各细节信号特征矩阵Zpq的协同系数f1 pq、反差系数f2 pq、非相似性f3 pq、对数熵f4 pq、均值f5 pq和方差f6 pq：
Figure FDA0003499888110000022
Figure FDA0003499888110000023
Figure FDA0003499888110000024
(4)根据细节信号矩阵特征系数fi pq权重化后的特征参数Wi，计算绝缘状态判断系数Q，根据以下表各判断变压器绝缘状态
Figure FDA0003499888110000025
Figure FDA0003499888110000026
式中
Figure FDA0003499888110000027
是变压器正常时的特征参数，
Figure FDA0003499888110000028
是变压器检测时的特征参数；
(5)当Q＞1时，变压器绝缘状态属于严重破损；当0.6＜Q≤1，变压器绝缘状态属于明显破损；当0＜Q≤0.6时，变压器属于轻微破损。
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