CN112946530A - 基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法及系统 - Google Patents

基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法及系统，属于配电变压器运行的安全控制技术领域，方法包括：步骤1，数据采集：在配电变压器实际运行状态下，采集变压器各相绕组的输入、输出端电压和电流；步骤2，逻辑运算：根据所述各相绕组的输入、输出端电压和电流计算得出计算得出绕组总损耗变化率最大值△P，各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，及输出端电流变化率最大值△I；步骤3，分析处理：判断配电变压器绕组线匝绝缘状况；同时，依据各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，判断故障相别；系统包括数据采集单元、逻辑计算单元、逻辑比较单元以及分析处理单元。

Description

基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法及系统，属于配电变压器运行的安全控制技术领域。
背景技术
配电变压器是配电网中既关键又昂贵的重要设备，其分布广泛、数量众多，且其安全稳定运行直接影响供电可靠性。然而，变压器运行故障时有发生，且匝间短路故障占电力系统变压器故障的50％～60％。因此，变压器绕组匝间短路已成为业内不容忽视的故障类型，如何在线监测及提前预判识别该故障也成为难以回避的热点研究课题。
目前，针对电力变压器绕组匝间短路故障的诊断方法发展很快但均不成熟，现场没有特别有效的匝间短路故障检测装置，同时由于匝间短路故障引起的主回路电流变化较小，并不能引起变压器过流保护及差动保护动作，而短路匝将流过比额定值大数十倍的电流，从而导致变压器绝缘破坏事故的发生，因此提前感知及预判变压器是否发生匝间短路故障变得尤为重要。
近年来许多国、内外学者对电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法进行了大量研究，并取得了许多重要成果，但所提方法均操作复杂、实施难度高，且不能实时感知匝间绝缘的损坏，更不能对故障相别加以辨识，从而预判匝间短路故障的发生，进而有效提高电力系统安全稳定性。同时，这些方法大多以大型的电力变压器为研究对象，而针对配电变压器故障诊断，尤其是绕组匝间短路故障，目前暂未提出简单易操作、准确且成本低的方法。
发明内容
本发明目的在于提出一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法及系统，可以实时感知配电变压器绕组匝间绝缘状态，预判匝间短路故障及故障相，同时该方法实施操作简单，成本低，不会对原系统造成额外影响。
为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，包括如下步骤：
步骤1，数据采集：在配电变压器实际运行状态下，采集变压器各相绕组的输入、输出端电压和电流；
步骤2，逻辑运算：根据所述各相绕组的输入、输出端电压和电流计算得出计算得出绕组总损耗变化率最大值△P，各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，及输出端电流变化率最大值△I；
步骤3，分析处理：依据绕组总损耗变化率最大值△P及输出端电流变化率最大值△I，判断配电变压器绕组线匝绝缘状况；同时，依据各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，判断故障相别。
优选地，所述步骤2具体包括如下步骤：
步骤201，根据所述各相绕组的输入、输出端电压和电流，计算得出所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC；
步骤202，根据所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC，计算得出所述变压器的绕组运行总损耗P；
步骤203，将所述变压器各相绕组运行损耗PA、PB、PC分别与各相额定理论损耗作比较，计算得出各相绕组损耗变化率及其最大值△PA、△PB、△PC；
步骤204，将所述变压器绕组运行总损耗P与额定理论总损耗作比较，计算得出绕组总损耗变化率及其最大值△P；
步骤205，将所述变压器的各相绕组损耗变化率与总损耗变化率作比较，计算得各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC；
步骤206，将所述变压器的输出端电流与额定电流作比较，计算得出输出端电流变化率及其最大值△I。
优选地，所述步骤3中配电变压器绕组线匝绝缘状况的判断规则如下：
当所述变压器的输出端电流变化率最大值△I小于10％时，依据绕组总损耗变化率最大值△P，判断绕组线匝绝缘状况；
当绕组总损耗变化率最大值△P小于10％时，表明绕组线匝绝缘状态良好；
当绕组总损耗变化率最大值△P大于10％且小于15％时，表明绕组线匝绝缘发生劣化，且该区间为绕组线匝绝缘损坏警示区间，应发出预警信号；
当绕组总损耗变化率最大值△P大于15％时，表明绕组线匝绝缘出现损坏，应发出跳闸指令。
优选地，当所述变压器绕组总损耗变化率最大值△P大于15％时，依据各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，判断线故障相别；
当A相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA大于0.9时，表明故障相别为A相；
当B相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηB大于0.9时，表明故障相别为B相；
当C相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηC大于0.9时，表明故障相别为C相。
本发明还提供了如下技术方案：
一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识系统，应用于上述的一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，包括数据采集单元、逻辑计算单元、逻辑比较单元以及分析处理单元。
优选地，所述数据采集单元用于在配电变压器实际运行状态下，利用电压互感器获取所述变压器各相绕组的输入、输出端电压，利用电流互感器获取所述变压器各相绕组的输入、输出端电流。
优选地，所述逻辑计算单元用于根据所述各相绕组的输入、输出端电压和电流，计算得出所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC；同时，根据所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC，计算得出所述变压器的绕组运行总损耗P。
优选地，所述逻辑比较单元用于将所述变压器各相绕组运行损耗PA、PB、PC分别与各相额定理论损耗作比较，计算得出各相绕组损耗变化率及其最大值△PA、△PB、△PC；同时，将所述变压器绕组运行总损耗P与额定理论总损耗作比较，计算得出绕组总损耗变化率及其最大值△P；同时，将所述变压器的各相绕组损耗变化率与总损耗变化率作比较，计算得各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC；同时，将所述变压器的输出端电流与额定电流作比较，计算得出输出端电流变化率及其最大值△I。
优选地，所述分析处理单元用于依据绕组总损耗变化率最大值△P及输出端电流变化率最大值△I，判断配电变压器绕组线匝绝缘状况；同时，依据各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，判断故障相别。
发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：
由于本发明实施过程中，只需在配电变压器实际运行状态下，采集各相绕组的输入、输出端电压及电流，因此本发明可以实时感知配电变压器绕组匝间绝缘状态，预判匝间短路故障及故障相，且该方法实施操作简单，成本低，不会对原系统造成额外影响。
附图说明
图1为一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法的流程图；
图2为一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识系统的方框图。
具体实施方案
下面结合附图，在配电变压器实际运行状态下，进行本发明的实施：
如图1所示，本发明提出一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，包括如下步骤：
利用电压互感器获取变压器各相绕组的输入、输出端电压；
利用电流互感器获取所述变压器各相绕组的输入、输出端电流；
根据所述各相绕组的输入、输出端电压和电流计算得出所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC；
根据所述变压器的各相绕组运行损耗计算得出所述变压器的绕组运行总损耗P；
将所述变压器各相绕组运行损耗分别与各相额定理论损耗作比较，计算得出各相绕组损耗变化率及其最大值△PA、△PB、△PC；
将所述变压器绕组运行总损耗分别与额定理论总损耗作比较，计算得出绕组总损耗变化率及其最大值△P；
将所述变压器的各相绕组损耗变化率与总损耗变化率作比较，计算得各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC；
将所述变压器的输出端电流与额定电流作比较，计算得出输出端电流变化率及其最大值△I；
依据输出端电流变化率最大值及绕组总损耗变化率最大值，判断所述变压器的绕组线匝绝缘状况，并根据绝缘状况发出预警信号或跳闸指令；
具体的，当所述变压器的输出端电流变化率最大值小于10％时，且当绕组总损耗变化率最大值小于10％时，表明绕组线匝绝缘状态良好；
具体的，当所述变压器的输出端电流变化率最大值小于10％时，且当绕组总损耗变化率最大值大于10％且小于15％时，表明绕组线匝绝缘发生劣化，同时该区间为绕组线匝绝缘损坏警示区间，应发出预警信号；
具体的，当所述变压器的输出端电流变化率最大值小于10％时，且当绕组总损耗变化率最大值大于15％时，表明绕组线匝绝缘出现损坏，应发出跳闸指令；
当所述变压器绕组总损耗变化率最大值大于15％时，依据各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比，判断线故障相别；
具体的，当A相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA大于0.9时，表明故障相别为A相；
具体的，当B相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηB大于0.9时，表明故障相别为B相；
具体的，当C相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηC大于0.9时，表明故障相别为C相。
如图2所示，本发明提出一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识系统，应用于上述的一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，包括数据采集单元、逻辑计算单元、逻辑比较单元以及分析处理单元。
具体的，所述数据采集单元用于在配电变压器实际运行状态下，利用电压互感器获取所述变压器各相绕组的输入、输出端电压，利用电流互感器获取所述变压器各相绕组的输入、输出端电流。
具体的，所述逻辑计算单元用于根据所述各相绕组的输入、输出端电压和电流，计算得出所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC；同时，根据所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC，计算得出所述变压器的绕组运行总损耗P。
在此，将所述变压器的A相绕组输入功率减去所述变压器的A相绕组输出功率，计算得所述变压器的A相绕组运行损耗PA；
将所述变压器的B相绕组输入功率减去所述变压器的A相绕组输出功率，计算得所述变压器的B相绕组运行损耗PB；
将所述变压器的C相绕组输入功率减去所述变压器的A相绕组输出功率，计算得所述变压器的C相绕组运行损耗PB；
将所述变压器的A、B、C三相绕组的运行损耗PA、PB、PC相加，计算得所述变压器的绕组运行总损耗P。
具体的，所述逻辑比较单元用于将所述变压器各相绕组运行损耗PA、PB、PC分别与各相额定理论损耗作比较，计算得出各相绕组损耗变化率及其最大值△PA、△PB、△PC；同时，将所述变压器绕组运行总损耗P与额定理论总损耗作比较，计算得出绕组总损耗变化率及其最大值△P；同时，将所述变压器的各相绕组损耗变化率与总损耗变化率作比较，计算得各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC；同时，将所述变压器的输出端电流与额定电流作比较，计算得出输出端电流变化率及其最大值△I。
在此，所述计算得出各相绕组损耗变化率、绕组总损耗变化率以及输出端电流变化率计算过程具体如下：
将各相绕组运行损耗与各相额定理论损耗作比较，计算得各相绕组损耗变化率；
将绕组运行总损耗与额定理论总损耗作比较，计算得绕组总损耗变化率；
将所述变压器输出端电流与额定电流作比较，计算得输出端电流变化率；
所述变化率是指实际运行值与额定理论值之差除以额定理论值。
具体的，所述分析处理单元用于依据绕组总损耗变化率最大值△P及输出端电流变化率最大值△I，判断配电变压器绕组线匝绝缘状况；同时，依据各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，判断故障相别。
由于本发明的一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法及系统实施过程中，只需在实际运行状态下，利用电压互感器、电流互感器获取变压器各相绕组的输入、输出端电压及电流，因此本发明可以实时感知配电变压器绕组匝间绝缘状态，预判匝间短路故障及故障相，且该方法实施操作简单，成本低，不会对原系统造成额外影响。
以上对本发明所提供的基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，其特征在于，包括：
步骤1，数据采集：在配电变压器实际运行状态下，采集变压器各相绕组的输入、输出端电压和电流；
步骤2，逻辑运算：根据所述各相绕组的输入、输出端电压和电流计算得出计算得出绕组总损耗变化率最大值△P，各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，及输出端电流变化率最大值△I；
步骤3，分析处理：依据绕组总损耗变化率最大值△P及输出端电流变化率最大值△I，判断配电变压器绕组线匝绝缘状况；同时，依据各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，判断故障相别。
2.根据权利要求1所述的一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，其特征在于，所述步骤2具体包括如下步骤：
步骤201，根据所述各相绕组的输入、输出端电压和电流，计算得出所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC；
步骤202，根据所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC，计算得出所述变压器的绕组运行总损耗P；
步骤203，将所述变压器各相绕组运行损耗PA、PB、PC分别与各相额定理论损耗作比较，计算得出各相绕组损耗变化率及其最大值△PA、△PB、△PC；
步骤204，将所述变压器绕组运行总损耗P与额定理论总损耗作比较，计算得出绕组总损耗变化率及其最大值△P；
步骤205，将所述变压器的各相绕组损耗变化率与总损耗变化率作比较，计算得各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC；
步骤206，将所述变压器的输出端电流与额定电流作比较，计算得出输出端电流变化率及其最大值△I。
3.根据权利要求1所述的一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，其特征在于，所述步骤3中配电变压器绕组线匝绝缘状况的判断规则如下：
当所述变压器的输出端电流变化率最大值△I小于10％时，依据绕组总损耗变化率最大值△P，判断绕组线匝绝缘状况；
当绕组总损耗变化率最大值△P小于10％时，表明绕组线匝绝缘状态良好；
当绕组总损耗变化率最大值△P大于10％且小于15％时，表明绕组线匝绝缘发生劣化，且该区间为绕组线匝绝缘损坏警示区间，应发出预警信号；
当绕组总损耗变化率最大值△P大于15％时，表明绕组线匝绝缘出现损坏，应发出跳闸指令。
4.根据权利要求3所述的一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，其特征在于，当所述变压器绕组总损耗变化率最大值△P大于15％时，依据各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，判断线故障相别；
当A相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA大于0.9时，表明故障相别为A相；
当B相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηB大于0.9时，表明故障相别为B相；
当C相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηC大于0.9时，表明故障相别为C相。
5.一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识系统，应用于权利要求1-4所述的一种基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，其特征在于，包括数据采集单元、逻辑计算单元、逻辑比较单元以及分析处理单元。
6.根据权利要求4所述的基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识系统，其特征在于，所述数据采集单元用于在配电变压器实际运行状态下，利用电压互感器获取所述变压器各相绕组的输入、输出端电压，利用电流互感器获取所述变压器各相绕组的输入、输出端电流。
7.根据权利要求4所述的基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识系统，其特征在于，所述逻辑计算单元用于根据所述各相绕组的输入、输出端电压和电流，计算得出所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC；同时，根据所述变压器的各相绕组运行损耗PA、PB、PC，计算得出所述变压器的绕组运行总损耗P。
8.根据权利要求7所述的基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，其特征在于，所述逻辑比较单元用于将所述变压器各相绕组运行损耗PA、PB、PC分别与各相额定理论损耗作比较，计算得出各相绕组损耗变化率及其最大值△PA、△PB、△PC；同时，将所述变压器绕组运行总损耗P与额定理论总损耗作比较，计算得出绕组总损耗变化率及其最大值△P；同时，将所述变压器的各相绕组损耗变化率与总损耗变化率作比较，计算得各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC；同时，将所述变压器的输出端电流与额定电流作比较，计算得出输出端电流变化率及其最大值△I。
9.根据权利要求4所述的基于功率损耗的变压器匝间故障及相别辨识方法，其特征在于，所述分析处理单元用于依据绕组总损耗变化率最大值△P及输出端电流变化率最大值△I，判断配电变压器绕组线匝绝缘状况；同时，依据各相绕组损耗变化率在总损耗变化率中的占比ηA、ηB、ηC，判断故障相别。
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