CN113156275A - 一种考虑差异性接线方式的变压器绝缘诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑差异性接线方式的变压器绝缘诊断方法,首先对试验变压器绕组进行试验,获取差异性接线方式的高频振荡信号;通过希尔伯特变换,计算测试数据的瞬时幅值信号和瞬时相位信号;构造矩阵P、Q,通过其特征值对应的单位特征向量矩阵对瞬时幅值信号和瞬时相位信号进行n层分解;根据瞬时幅值信号和瞬时相位信号的分解信号构造计算特征参数以及特征关联度;计算绝缘状态判断系数Q判断变压器绝缘状态。本发明方法通过对变压器进行高压试验测试不同接线方式的高频振荡信号,丰富了高频振荡信号的特征,并通过幅值信息和相位信息相结合提取特征,识别变压器绝缘状态。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备绝缘状态检测领域,尤其涉及一种考虑差异性接线方式的变压器绝 缘诊断方法。
背景技术
电力变压器是电力系统的核心设备之一,其稳定运行与电力系统的可靠性密切相关。随 着电力变压器容量日益增大,结构也变得越来越复杂,变压器内部故障诊断试验实现也越来 越困难。据有关资料统计变压器的故障大多都是因绝缘系统的损坏造成的,其中绕组故障占 在总绝缘故障中占有相当大的比重。因此,准确有效检测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,该方法测试时采用直流激励, 易实现高电压等级测试,通过绕组某一端口高压直流充电,断开直流系统,在变压器的电容、 电感等效参数共同耦合作下,绕组另一端口采集高压振荡信号。因此,不仅拥有较强的现场 抗干扰能力,同时可以反映变压器绕组绝缘状态。
不同绕组接线方式的高压振荡的能量传输路径不同,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。本文通过差异性绕组接线的高频振荡信号的瞬时幅值信号和瞬时 相位信号进行n层分解,有效提取不同频率分量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状态进行评估。
发明内容
一种考虑差异性接线方式的变压器绝缘诊断方法,试验平台,主要包括:箱体1、铁心2、 低压绕组3、高压绕组4、高频高压直流电源17、信号采集系统15、连接方式控制台16、低 压输入套管5、低压输出套管6、高压输入套管7、高压输出套管8、高压绕组电源连接开关9、高压信号采集连接开关10、高压接线方式控制连接开关11、低压绕组电源连接开关12、低压信号采集连接开关13、低压接线方式控制连接开关14;其特征在于结合不同接线方式的 高频振荡信号,根据瞬时幅值信号和瞬时相位信号的分解信号提取相关特征,具体测试方法 包括以下步骤:
步骤一:测量试验变压器绕组差异性接线方式的高频振荡信号,包括:
(1)测量变压器高压绕组差异性接线方式的高频振荡信号,所有连接开关断开,闭合高压信 号采集连接开关10使高压绕组输出套管8和数据采集系统15相连接,闭合低压接线方式控制连 接开关14使低压绕组3与接线方式控制台16连接,闭合高压绕组电源连接开关9使高压绕组输 入套管7与高频高压直流电源17连接,在高频高压电源系统额定功率下逐步升高输出电压,使 其达到变压器高压绕组的额定电压U1 kV,待电压稳定之后,断开高压绕组电源连接开关9使 高频高压电源系统与高压绕组输入套管7断开,通过连接方式控制台16改变低压绕组的接线方 式,重复以上步骤采集不同接线方式的高频振荡信号Ai(t)(Ai(t)=[x1 x2......xN])(i∈[1,5]),采集 数据点N个,接线方式依次是低压侧悬浮、低压侧短路、低压侧短路接地、低压侧末端接地 接地、低压侧首端接地接地;
(2)测量变压器高压绕组差异性接线方式的高频振荡信号,所有连接开关断开,闭合低压信 号采集连接开关13使低压绕组输出套管6和数据采集系统15相连接,闭合高压接线方式控制连 接开关11使高压绕组4与接线方式控制台16连接,闭合低压绕组电源连接开关12使低压绕组输 入套管5与高频高压直流电源17连接,在高频高压电源系统额定功率下逐步升高输出电压,使 其达到变压器低压绕组的额定电压U2 kV,待电压稳定之后,断开低压绕组电源连接开关12 使高频高压电源系统与低压绕组输入套管5断开,,通过连接方式控制台16改变高压绕组的接 线方式,重复以上步骤采集不同接线方式的高频振荡信号Bi(t)(Bi(t)=[x1 x2......xN])(i∈[1,5]), 采集数据点N个,接线方式依次是高压侧悬浮、高压侧短路、高压侧短路接地、高压侧末端 接地接地、高压侧首端接地;
步骤二:变压器绕组差异性接线方式的高频振荡信号特征提取,包括:
(1)分别针对高压绕组、低压绕组差异性接线方式的高频振荡曲线Ai(t)、Bi(t)的幅值信号 X(t)和相位信号通过步骤(2)到(9)并进行n层分解,每个信号分别得到2n个幅值分 量信号相位分量信号式中代表幅值信号第n层第i个信号,代表相位信号第n层第i个信号
(3)根据瞬时幅值信号X(t)构造矩阵H,计算特征矩阵P、Q,如下所示:
P=H HT
Q=HTH
式中H第一行和第二行分别是测量信号的前N-1个数据,后N-1个数据
(4)计算P、Q的特征值σi(σ1≥σ2>0),构造P、Q的单位特征向量矩阵p、q
p=(p1,p2)
q=(q1,q2,……,qN-1)
式中pi和qi是P、Q特征值σi对应的单位特征向量解;
(5)根据单位特征向量矩阵p、q和特征值σi计算高频高压谐振曲线的近似信号矩阵d1和细 节信号矩阵d2
(6)根据幅值近似信号矩阵d1子向量L1和L2计算近似信号T1 1(t)
L1=[a1,2a1,3......a1,N-1]
L2=[a2,2a2,3......a2,N-2]
T1 1(t)=[a1,1,(L1+L2)/2,a2,N-1]
式中L1是B1第一行a1,2至a1,N-1元素构成的向量,L2是B1第二行a2,2至a2,N组成的向量;
(7)幅值细节信号矩阵d2重复步骤(6)计算细节信号T1 2(t)
式中Ei代表每个分量的能量
(1)通过不同接线方式高频振荡信号瞬时幅值和瞬时相位的n层分解信号通过以下步骤提取 特征参数,计算绝缘诊断系数Q
(3)计算瞬时幅值信号特征参数行均值f1,列均值f2,行方差f3,列方差f4,能量f5,熵f6, 对比度f7,相关度f8
(4)根据特征参数fj计算不同接线方式幅值信号的特征关联度Fi(i∈[1,5])
(5)重复步骤(1)到(3)计算不同接线方式瞬时相位信号特征关联度Wi(i∈[1,5])
(6)针对不同接线方式下相位信号和幅值信号所有特征关联度,计算绝缘诊断系数Q
Q是变压器绝缘诊断系数,若Q小于1.8,判断变压器绝缘状态正常。
本发明提出一种考虑差异性接线方式的变压器绝缘诊断方法,其核心基于差异性接线方 式的高频振荡信号的幅值和相位信号进行n层分解提取特征,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为本发明方法变压器高压试验接线图
图2为本发明方法变压器高低压绕组不同接线方式示意图
图3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,变压器高频高压谐振点试验平台,主要包括:箱体1、铁心2、低压绕组3、 高压绕组4、高频高压直流电源17、信号采集系统15、连接方式控制台16、低压输入套管5、 低压输出套管6、高压输入套管7、高压输出套管8、高压绕组电源连接开关9、高压信号采集连接开关10、高压接线方式控制连接开关11、低压绕组电源连接开关12、低压信号采集连接开关13、低压接线方式控制连接开关14;高压绕组首端通过高压绕组输入套管7引出箱体1,通过高压绕组电源连接开关9和高频高压直流电源连接,高压绕组末端通过高压绕组输出套管8引出箱体1,通过高压绕组信号采集连接15和信号采集系统连接,高压绕组输入套管7和输出套管8通过高压接线方式控制连接开关11和连接方式控制台16连接;低压绕组首端通过低压绕组输入套管5引出箱体1,通过低压绕组电源连接开关12和高频高压直流电源连接,低压绕组末端通过低压绕组输出套管6引出箱体1,通过低压绕组信号采集连接开关13和信号采集系统连接;低压绕组输入套管5和输出套管6通过低压接线方式控制连接开关14和连接方式控制台16连接;
图2所示是高压绕组测试高频振荡信号时低压绕组的不同接线方式,低压绕组测试高频 振荡信号时高压绕组的不同接线方式;
图3所示为考虑差异性接线方式的变压器绝缘诊断方法的流程框图,其特征在于结合不 同接线方式的高频振荡信号,根据瞬时幅值信号和瞬时相位信号的分解信号提取相关特征, 具体包括以下步骤:
步骤一:测量试验变压器绕组差异性接线方式的高频振荡信号,包括:
(1)测量变压器高压绕组差异性接线方式的高频振荡信号,所有连接开关断开,闭合高压信 号采集连接开关10使高压绕组输出套管8和数据采集系统15相连接,闭合低压接线方式控制连 接开关14使低压绕组3与接线方式控制台16连接,闭合高压绕组电源连接开关9使高压绕组输 入套管7与高频高压直流电源17连接,在高频高压电源系统额定功率下逐步升高输出电压,使 其达到变压器高压绕组的额定电压U1 kV,待电压稳定之后,断开高压绕组电源连接开关9使 高频高压电源系统与高压绕组输入套管7断开,通过连接方式控制台16改变低压绕组的接线方 式,重复以上步骤采集不同接线方式的高频振荡信号Ai(t)(Ai(t)=[x1 x2......xN])(i∈[1,5]),采集 数据点N个,接线方式依次是低压侧悬浮、低压侧短路、低压侧短路接地、低压侧末端接地 接地、低压侧首端接地接地;
(2)测量变压器高压绕组差异性接线方式的高频振荡信号,所有连接开关断开,闭合低压信 号采集连接开关13使低压绕组输出套管6和数据采集系统15相连接,闭合高压接线方式控制连 接开关11使高压绕组4与接线方式控制台16连接,闭合低压绕组电源连接开关12使低压绕组输 入套管5与高频高压直流电源17连接,在高频高压电源系统额定功率下逐步升高输出电压,使 其达到变压器低压绕组的额定电压U2 kV,待电压稳定之后,断开低压绕组电源连接开关12 使高频高压电源系统与低压绕组输入套管5断开,,通过连接方式控制台16改变高压绕组的接 线方式,重复以上步骤采集不同接线方式的高频振荡信号Bi(t)(Bi(t)=[x1 x2......xN])(i∈[1,5]), 采集数据点N个,接线方式依次是高压侧悬浮、高压侧短路、高压侧短路接地、高压侧末端 接地接地、高压侧首端接地;
步骤二:变压器绕组差异性接线方式的高频振荡信号特征提取,包括:
(1)分别针对高压绕组、低压绕组差异性接线方式的高频振荡曲线Ai(t)、Bi(t)的幅值信号 X(t)和相位信号通过以下步骤并进行n层分解,每个信号分别得到2n个幅值分量信号 相位分量信号式中代表幅值信号第n层第i个信号,代表相位信号第n层第i个信号
(3)根据瞬时幅值信号X(t)构造矩阵H,计算特征矩阵P、Q,如下所示:
P=H HT
Q=HTH
式中H第一行和第二行分别是测量信号的前N-1个数据,后N-1个数据
(4)计算P、Q的特征值σi(σ1≥σ2>0),构造P、Q的单位特征向量矩阵p、q
p=(p1,p2)
q=(q1,q2,……,qN-1)
式中pi和qi是P、Q特征值σi对应的单位特征向量解;
(5)根据单位特征向量矩阵p、q和特征值σi计算高频高压谐振曲线的近似信号矩阵d1和细 节信号矩阵d2
(6)根据幅值近似信号矩阵d1子向量L1和L2计算近似信号T1 1(t)
L1=[a1,2a1,3......a1,N-1]
L2=[a2,2a2,3......a2,N-2]
T1 1(t)=[a1,1,(L1+L2)/2,a2,N-1]
式中L1是B1第一行a1,2至a1,N-1元素构成的向量,L2是B1第二行a2,2至a2,N组成的向量;
(7)幅值细节信号矩阵d2重复步骤(6)计算细节信号T1 2(t)
式中Ei代表每个分量的能量
(1)通过不同接线方式高频振荡信号瞬时幅值和瞬时相位的n层分解信号通过以下步骤提取 特征参数,计算绝缘诊断系数Q
(3)计算瞬时幅值信号特征参数行均值f1,列均值f2,行方差f3,列方差f4,能量f5,熵f6, 对比度f7,相关度f8
(4)根据特征参数fj计算不同接线方式幅值信号的特征关联度Fi(i∈[1,5])
(5)重复步骤(1)到(3)计算不同接线方式瞬时相位信号特征关联度Wi(i∈[1,5])
(6)针对不同接线方式下相位信号和幅值信号所有特征关联度,计算绝缘诊断系数Q
Q是变压器绝缘诊断系数,若Q小于1.8,判断变压器绝缘状态正常。
Claims (1)
1.一种考虑差异性接线方式的变压器绝缘诊断方法,其特征在于:所述试验单相单柱变压器高压绕组、中压绕组额定电压等级为U1 kV、U2 kV。主要包括:箱体1、铁心2、低压绕组3、高压绕组4、高频高压直流电源17、信号采集系统15、连接方式控制台16、低压输入套管5、低压输出套管6、高压输入套管7、高压输出套管8、高压绕组电源连接开关9、高压信号采集连接开关10、高压接线方式控制连接开关11、低压绕组电源连接开关12、低压信号采集连接开关13、低压接线方式控制连接开关14;具体测试方法包括以下步骤:
步骤一:测量试验变压器绕组差异性接线方式的高频振荡信号,包括:
(1)测量变压器高压绕组差异性接线方式的高频振荡信号,高压绕组输出套管与数据采集系统相连接,将低压绕与接线方式控制系统连接,高压绕组输入套管与高压直流电源相连接,在高频高压电源系统额定功率下逐步升高输出电压,使其达到变压器高压绕组的额定电压U1kV,待电压稳定之后,断开高频高压电源系统与高压绕组连接,通过连接方式控制台16改变低压绕组的接线方式,重复以上步骤采集不同接线方式的高频振荡信号Ai(t)(Ai(t)=[x1 x2......xN])(i∈[1,5]),采集数据点N个,接线方式依次是低压侧悬浮、低压侧短路、低压侧短路接地、低压侧末端接地接地、低压侧首端接地接地;
(2)测量变压器低压绕组差异性接线方式的高频振荡信号,低压绕组输出套管与数据采集系统相连接,,高压绕组接线方式控制系统连接,高压绕组输入套管与高压直流电源相连接,在高频高压电源系统额定功率下逐步升高输出电压,使其达到变压器高压绕组的额定电压U2kV,待电压稳定之后,断开高频高压电源系统与低压绕组连接,通过连接方式控制台16改变高压绕组的接线方式,重复以上步骤采集不同接线方式的高频振荡信号Bi(t)(Bi(t)=[x1 x2......xN])(i∈[1,5]),采集数据点N个,接线方式依次是高压侧悬浮、高压侧短路、高压侧短路接地、高压侧末端接地接地、高压侧首端接地;
步骤二:变压器绕组差异性接线方式的高频振荡信号特征提取,包括:
(1)分别针对高压绕组、低压绕组差异性接线方式的高频振荡曲线Ai(t)、Bi(t)的幅值信号X(t)和相位信号通过步骤(2)到(9)并进行n层分解,每个信号分别得到2n个幅值分量信号相位分量信号式中代表幅值信号第n层第i个信号,代表相位信号第n层第i个信号
(3)根据瞬时幅值信号X(t)构造矩阵H,计算特征矩阵P、Q,如下所示:
P=H HT Q=HTH
式中H第一行和第二行分别是测量信号的前N-1个数据,后N-1个数据
(4)计算P、Q的特征值σi(σ1≥σ2>0),构造P、Q的单位特征向量矩阵p、q
p=(p1,p2)
q=(q1,q2,……,qN-1)
式中pi和qi是P、Q特征值σi对应的单位特征向量解;
(5)根据单位特征向量矩阵p、q和特征值σi计算高频高压谐振曲线的近似信号矩阵d1和细节信号矩阵d2
(6)根据幅值近似信号矩阵d1子向量L1和L2计算近似信号T1 1(t)
L1=[a1,2 a1,3......a1,N-1]
L2=[a2,2 a2,3......a2,N-2]
式中L1是B1第一行a1,2至a1,N-1元素构成的向量,L2是B1第二行a2,2至a2,N组成的向量;
(7)幅值细节信号矩阵d2重复步骤(6)计算细节信号T1 2(t)
式中Ei代表每个分量的能量
(1)通过不同接线方式高频振荡信号瞬时幅值和瞬时相位的n层分解信号的特征参数,计算绝缘诊断系数Q
(3)计算瞬时幅值信号特征参数行均值f1,列均值f2,行方差f3,列方差f4,能量f5,熵f6,对比度f7,相关度f8
(4)根据特征参数fj计算不同接线方式幅值信号的特征关联度Fi(i∈[1,5])
(5)重复步骤(1)到(3)计算不同接线方式瞬时相位信号特征关联度Wi(i∈[1,5])
(6)针对不同接线方式下相位信号和幅值信号所有特征关联度,计算绝缘诊断系数Q
Q是变压器绝缘诊断系数,若Q小于1.8,判断变压器绝缘状态正常。
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