CN114184985A - 一种基于参数的变压器绕组变形监测方法及系统 - Google Patents

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CN114184985A CN202111247849.5A CN202111247849A CN114184985A CN 114184985 A CN114184985 A CN 114184985A CN 202111247849 A CN202111247849 A CN 202111247849A CN 114184985 A CN114184985 A CN 114184985A
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潘立刚
沈燕
邱梅
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Abstract

本发明提出了一种基于参数的变压器绕组变形监测方法及系统，所述调节方法包括建立变压器绕组模型；并辨识绕组模型参数；通过变压器绕组获取变压器套管电感参数；根据变压器套管电感参数得出电流偏差系数；电流偏差系数确定绕组变形的程度；通过变压器空载合闸时辨识出绕组电流参数，变压器稳态运行时利用已辨识出电流参数修改参数辨识模型，对变压器绕组变形进行监测，并根据变压器所处的不同状态使用不同的参数辨识方程对模型参数进行辨识，判断变压器所处的状态是否闭锁参数辨识算法，并计算电流偏移量确定绕组变形的程度。

Description

一种基于参数的变压器绕组变形监测方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于参数的变压器绕组变形监测方法及系统，特别是涉及一种变形监测领域。
背景技术
变压器是电力系统的重要设备，其任何的意外故障或停电事故都会对电力系统的经济运行产生很大的影响，根据变压器故障的统计结果发现，未曾检测的短路故障是变压器故障的首要原因，而变压器的绕组变形会直接造成匝间短路，匝间短路故障主要是匝间绝缘严重恶化的结果，如不能及时发现和修复，将会带来灾难性的相-地或相-相故障，最终导致变压器被击穿，而由此导致的维修费用和停电损失也相当可观，因此，对变压器状态连续的在线监测，对于及早发现和预防故障的发生就显得尤为重要。
现有的频响法检测变压器绕组变形大都是离线检测法，不能实现变压器绕组变形的实时在线监测，变压器绕组变形检测方法分为高线检侧法和在线检测法两种，离线检测方法耗时长、成、本高、检测设备昂贵、现场接线复杂，且还要停电进行，无法判定绕组变形的程度，
发明内容
发明目的：一个目的是提出一种基于参数的变压器绕组变形监测方法，以解决现有技术存在的上述问题。进一步目的是提出一种基于参数的变压器绕组变形监测系统。
技术方案：一种基于参数的变压器绕组变形监测方法包括以下步骤：
步骤一，建立变压器绕组模型；
步骤二，辨识绕组模型参数；
步骤三，通过变压器绕组获取变压器套管电感参数；
步骤四，根据变压器套管电感参数得出电流偏差系数；
步骤五，根据电流偏差系数确定绕组变形的程度。
在进一步的实施例中，所述步骤一进一步通过变压器绕组模型计算变压器绕组的电感参数，如下：
Figure BDA0003321694640000011
式中，L为变压器绕组电感参数；μ0为真空磁导率；ψ、d分别为函数；w为匝数；在计算绕组电感时，避免绕组线圈的厚度小于平均直径，进而通过平面线圈电感得出变压器绕组的电感；防止变压器在运行过程中，绕组发生不同的变形故障。
进一步的实施例中，所述步骤二进一步根据变压器运行状态，选择不同的辨识方程，辨识出模型的不同参数值；并将模型辨识方程转换成最小二乘法的标准形式，使参数辨识算法进行辨识；进而根据最小二乘法的标准形式得出如下方式：
HLθ＝Z
式中，HL为绕组模型的激励量；Z为绕组模型的响应量。
进一步的实施例中，所述步骤三进一步根据电磁场理论特性得出，变压器套管的电感参数与磁导率有关，进而获取变压器套管电感参数，如下：
Figure BDA0003321694640000021
式中，L1为变压器套管电感参数；μ0为真空磁导率；μr为绝缘材料的磁导率；CL为变压器套管电容的长度；r2为变压器套管电容的外半径；r1为变压器套管电容的内半径。
进一步的实施例中，所述步骤四进一步通过电感参数获取变压器绕组首端的激励信号电流值和变压器绕组末端的响应信号电流值；得出电流偏差系数，如下：
Figure BDA0003321694640000022
式中，I1、I11分别为绕组健康状态时施加高频信号后做首末两端的电流；I2、I22分别为绕组变形后施加高频信号后的首末两端的电流；
进而通过电流互感器检测注入的激励信号和绕组中性点接地线上的响应信号，计算心流偏移量和电流偏差系数以确定绕组变形的程度。
进一步的实施例中，根据线组首末两端的高频信号电流值与故障前得到的指纹值进行对比，判断变压器绕组是否发生变形，定义电流偏移量为：
I％＝|I2H-I1H/I1H*100％|
式中，I2H为变压器在线运行且绕组健康状态时绕组端或末端高频信号电流数值；I1H为变压器在线运行时实时采集的绕组首端或末端高频信号电流数值。
一种基于参数的变压器绕组变形监测系统实现上述方法，包括，
第一模块，用于建立变压器绕组模型；
第二模块，用于辨识绕组模型参数；
第三模块，用于通过变压器绕组获取变压器套管电感参数；
第四模块，用于根据变压器套管电感参数得出电流偏差系数；
第五模块，根据电流偏差系数确定绕组变形的程度。
所述第一模块包括信号注入模块、数据采集模块和信号调理模块；
信号注入模块、数据采集模块和信号调理模块依次连接脉冲发生器、保护电路、接口、电流互感器、RC滤波器、信号放大器、数据采集卡和工控机；
通过安装在变压器套管表面的接口向变压器绕组注入脉冲信号，利用安装在中性点接地线上的电流互感器采集响应信号，信号经RC滤波器、信号放大器、数据采集卡进入工控机；通过变压器绕组的施加电压信号，将扫频信号注入变压器套管上，在扫频信号的接收端子对扫频信号进行高通滤波，滤除工频信号和谐波的干扰；
然后根据工控机将数据采集卡采集到的时域电流和电压信号经变换转换成频域信号并得到绕组频响特性，最后通过与数据中存储的变压器原始频响特性进行比较，判别变压器是否发生变形；
变压器空载合闸时，合闸电流中出现励磁涌流，变压器模型被激励，变压器正常运行时，接口电流中呈现工频正弦量；
变压器空载合闸、正常运行、区外故障时，采集变压器绕组的电流、电压值，通过参数辨识的方法，辨识出绕组模型的参数值，根据变压器运行状态的特点，调整待辨识参数的个数，选择不同的辨识方程，分别辨识出模型的不同参数值。
有益效果：本发明提出了一种基于参数的变压器绕组变形监测方法及系统，通过在变压器空载合闸时辨识出绕组电流参数，变压器稳态运行时利用已辨识出电流参数修改参数辨识模型，对变压器绕组变形进行监测，并根据变压器所处的不同状态使用不同的参数辨识方程对模型参数进行辨识，判断变压器所处的状态是否闭锁参数辨识算法，并计算电流偏移量确定绕组变形的程度。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
申请人认为，现有技术中的检测变压器绕组变形大都是离线检测法，不能实现变压器绕组变形的实时在线监测，无法判定绕组变形的程度。
为解决现有技术存在的问题，本发明通过一种基于参数的变压器绕组变形监测方法及系统判定变压器绕组是否出现变形，以及绕组变形程度，及早发现和预防故障的发生。
下面通过实施例，并结合附图对本方案做进一步具体说明。
在本申请中，我们提出了一种基于参数的变压器绕组变形监测方法及系统，其中包含的一种基于参数的变压器绕组变形监测方法统，具体为包括以下步骤：
步骤一，建立变压器绕组模型；所述步骤一进一步通过变压器绕组模型计算变压器绕组的电感参数，如下：
Figure BDA0003321694640000041
式中，L为变压器绕组电感参数；μ0为真空磁导率；ψ、d分别为函数；w为匝数；在计算绕组电感时，避免绕组线圈的厚度小于平均直径，进而通过平面线圈电感得出变压器绕组的电感；防止变压器在运行过程中，绕组发生不同的变形故障。
步骤二，辨识绕组模型参数；所述步骤二进一步根据变压器运行状态，选择不同的辨识方程，辨识出模型的不同参数值；并将模型辨识方程转换成最小二乘法的标准形式，使参数辨识算法进行辨识；进而根据最小二乘法的标准形式得出如下方式：
HLθ＝Z
式中，HL为绕组模型的激励量；Z为绕组模型的响应量。
步骤三，通过变压器绕组获取变压器套管电感参数；所述步骤三进一步根据电磁场理论特性得出，变压器套管的电感参数与磁导率有关，进而获取变压器套管电感参数，如下：
Figure BDA0003321694640000042
式中，L1为变压器套管电感参数；μ0为真空磁导率；μr为绝缘材料的磁导率；CL为变压器套管电容的长度；r2为变压器套管电容的外半径；r1为变压器套管电容的内半径。
步骤四，根据变压器套管电感参数得出电流偏差系数；所述步骤四进一步通过电感参数获取变压器绕组首端的激励信号电流值和变压器绕组末端的响应信号电流值；得出电流偏差系数，如下：
Figure BDA0003321694640000043
式中，I1、I11分别为绕组健康状态时施加高频信号后做首末两端的电流；I2、I22分别为绕组变形后施加高频信号后的首末两端的电流；
进而通过电流互感器检测注入的激励信号和绕组中性点接地线上的响应信号，计算心流偏移量和电流偏差系数以确定绕组变形的程度。
根据线组首末两端的高频信号电流值与故障前得到的指纹值进行对比，判断变压器绕组是否发生变形，定义电流偏移量为：
I％＝|I2H-I1H/I1H*100％|
式中，I2H为变压器在线运行且绕组健康状态时绕组端或末端高频信号电流数值；I1H为变压器在线运行时实时采集的绕组首端或末端高频信号电流数值。
步骤五，根据电流偏差系数确定绕组变形的程度。
一种基于参数的变压器绕组变形监测系统实现上述方法，包括，
第一模块，用于建立变压器绕组模型；所述第一模块包括信号注入模块、数据采集模块和信号调理模块；
信号注入模块、数据采集模块和信号调理模块依次连接脉冲发生器、保护电路、接口、电流互感器、RC滤波器、信号放大器、数据采集卡和工控机；
通过安装在变压器套管表面的接口向变压器绕组注入脉冲信号，利用安装在中性点接地线上的电流互感器采集响应信号，信号经RC滤波器、信号放大器、数据采集卡进入工控机；通过变压器绕组的施加电压信号，将扫频信号注入变压器套管上，在扫频信号的接收端子对扫频信号进行高通滤波，滤除工频信号和谐波的干扰；
然后根据工控机将数据采集卡采集到的时域电流和电压信号经变换转换成频域信号并得到绕组频响特性，最后通过与数据中存储的变压器原始频响特性进行比较，判别变压器是否发生变形；
变压器空载合闸时，合闸电流中出现励磁涌流，变压器模型被激励，变压器正常运行时，接口电流中呈现工频正弦量；
变压器空载合闸、正常运行、区外故障时，采集变压器绕组的电流、电压值，通过参数辨识的方法，辨识出绕组模型的参数值，根据变压器运行状态的特点，调整待辨识参数的个数，选择不同的辨识方程，分别辨识出模型的不同参数值。
第二模块，用于辨识绕组模型参数；
第三模块，用于通过变压器绕组获取变压器套管电感参数；在变压器运行过程中，绕组会发生不同的变形故障；当变压器绕组发生变形后，参数将会发生变化，对应的频率响应曲线也会发生变化，通过绕组不同位置的参数变化，对参数变化进行分析。
第四模块，用于根据变压器套管电感参数得出电流偏差系数；判断变压器绕组是否发生变形，依据绕组首末两端的高频信号电流值与故障前得到的指纹值进行对比。
第五模块，根据电流偏差系数确定绕组变形的程度，通过电流偏差系数设定的范围，判定绕组变形程度。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (8)

1.一种基于参数的变压器绕组变形监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立变压器绕组模型；
辨识绕组模型参数；
通过变压器绕组获取变压器套管电感参数；
根据变压器套管电感参数得出电流偏差系数；
根据电流偏差系数确定绕组变形的程度。
2.根据权利要求1所述的一种基于参数的变压器绕组变形监测方法，其特征在于，通过变压器绕组模型计算变压器绕组的电感参数，如下：
Figure FDA0003321694630000011
式中，L为变压器绕组电感参数；μ0为真空磁导率；ψ、d分别为函数；w为匝数。
3.根据权利要求1所述的一种基于参数的变压器绕组变形监测方法，其特征在于，根据变压器运行状态，选择不同的辨识方程，辨识出模型的不同参数值；并将模型辨识方程转换成最小二乘法的标准形式，使参数辨识算法进行辨识；进而根据最小二乘法的标准形式得出如下方式：
HLθ＝Z
式中，HL为绕组模型的激励量；Z为绕组模型的响应量。
4.根据权利要求1所述的一种基于参数的变压器绕组变形监测方法，其特征在于，根据电磁场理论特性得出，变压器套管的电感参数与磁导率有关，进而获取变压器套管电感参数，如下：
Figure FDA0003321694630000012
式中，L1为变压器套管电感参数；μ0为真空磁导率；μr为绝缘材料的磁导率；CL为变压器套管电容的长度；r2为变压器套管电容的外半径；r1为变压器套管电容的内半径。
5.根据权利要求1所述的一种基于参数的变压器绕组变形监测方法，其特征在于，通过电感参数获取变压器绕组首端的激励信号电流值和变压器绕组末端的响应信号电流值；得出电流偏差系数，如下：
Figure FDA0003321694630000013
式中，I1、I11分别为绕组健康状态时施加高频信号后做首末两端的电流；I2、I22分别为绕组变形后施加高频信号后的首末两端的电流。
6.根据权利要求5所述的一种基于参数的变压器绕组变形监测方法，其特征在于，根据线组首末两端的高频信号电流值与故障前得到的指纹值进行对比，判断变压器绕组是否发生变形，定义电流偏移量为：
I％＝|I2H-I1H/I1H*100％|
式中，I2H为变压器在线运行且绕组健康状态时绕组端或末端高频信号电流数值；I1H为变压器在线运行时实时采集的绕组首端或末端高频信号电流数值。
7.一种基于参数的变压器绕组变形监测系统，其特征在于，包括，
第一模块，用于建立变压器绕组模型；
第二模块，用于辨识绕组模型参数；
第三模块，用于通过变压器绕组获取变压器套管电感参数；
第四模块，用于根据变压器套管电感参数得出电流偏差系数；
第五模块，根据电流偏差系数确定绕组变形的程度。
8.根据权利要求7所述的一种基于参数的变压器绕组变形监测系统，其特征在于，所述第一模块包括信号注入模块、数据采集模块和信号调理模块；
所述信号注入模块、所述数据采集模块和所述信号调理模块依次连接脉冲发生器、保护电路、接口、电流互感器、RC滤波器、信号放大器、数据采集卡和工控机；
通过安装在变压器套管表面的接口向变压器绕组注入脉冲信号，利用安装在中性点接地线上的电流互感器采集响应信号，信号经RC滤波器、信号放大器、数据采集卡进入工控机；通过变压器绕组的施加电压信号，将扫频信号注入变压器套管上，在扫频信号的接收端子对扫频信号进行高通滤波，滤除工频信号和谐波的干扰；
然后根据工控机将数据采集卡采集到的时域电流和电压信号经变换转换成频域信号并得到绕组频响特性，最后通过与数据中存储的变压器原始频响特性进行比较，判别变压器是否发生变形。
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