CN114280433A - 一种基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估方法 - Google Patents

一种基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估方法。首先搭建放大电路下的变压器套管局部放电风险评估试验平台;基于试验平台开展试验,获取放大高压信号下的变压器套管局部放电三维谱图;计算变压器套管局部放电特征参量;从而计算变压器套管局部放电风险评估因子,得到变压器套管局部放电风险评估指标,实现变压器套管局部放电风险的有效评估。该方法能对变压器套管局部放电风险进行有效的评估。

Description

一种基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估方法
技术领域
本发明属于变压器套管绝缘状态评估领域,具体涉及一种基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估方法。
背景技术
变压器套管的安全运行是保证电力稳定供应的基础,它是输变电系统中的一个重要组成部分,它的故障会引发严重的生产事故,造成重大损失,所以确保其正常稳定工作是保障电力系统安全运行的重要任务。
随着城市建设的不断发展,城市规模和人口的增长带来了更多的电力容量需求,变压器套管常常会承受过负荷,变压器套管作为电力系统中的薄弱环节,受过电压冲击日益严重,随着运行时间的增长,变压器套管局部放电问题日益突出,而持续加剧的局部放电将带来严重的变压器套管故障,因此,对变压器套管局部放电进行风险评估,为变压器套管维护提供参考依据,能有效保障电力系统安全可靠运行,因此,急需一种基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估方法。
发明内容
为了对变压器套管绝缘故障有效诊断并进行故障定位,本发明提供一种基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估方法,包括如下步骤:
第一步:搭建试验平台
搭建放大高压信号下的变压器套管局部放电风险评估试验平台,由高压直流电源(1)、高频接地开关(2)、限流电阻(3)、电源连接开关(4)、谐振电感(5)、变压器套管(6)、一号绝缘支架(7a)、二号绝缘支架(7b)、金属夹(8)、耦合电容(9)、局部放电检测模块(10)、检测阻抗(11)、综合接地(12)、温度控制箱(13)组成;
变压器套管(6)由一号绝缘支架(7a)和二号绝缘支架(7b)支撑,并放置在温度控制箱(13)中,变压器套管(6)中心导杆与谐振电感(5)、耦合电容(9)连接,金属夹(8)夹在变压器套管(6)中间伞裙上,金属夹(8)并与综合接地(12)连接,高压直流电源(1)负极与综合接地(12)连接,高压直流电源(1)正极与电源连接开关(4)、限流电阻(3)连接,限流电阻(3)与高频接地开关(2)串联后再与综合接地(12)连接,电源连接开关(4)与谐振电感(5)连接,耦合电容(9)与检测阻抗(11)串联后再与综合接地(12)连接,局部放电检测模块(10)连接至耦合电容(9)与检测阻抗(11)间;
第二步:获取局部放电数据
断开高频接地开关(2),设置温度控制箱(13)温度为25℃,待显示温度为25℃两小时后,闭合电源连接开关(4),调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(6)额定电压,当电压波动值小于额定电压的1%时,开启接高频地开关(2),设置高频接地开关(2)的动作时间为1μs,由变压器套管自身电容和谐振电感(5)发生串联谐振,产生1.7倍额定电压,通过局部放电检测模块(10)记录变压器套管20min的局部放电
Figure BDA00033893330600000211
(相位-放电能量-放电次数)三维谱图;
第三步:获取变压器套管局部放电特征参量
基于
Figure BDA00033893330600000212
三维谱图形成分辨率为256×256的
Figure BDA00033893330600000213
(放电能量-相位)正半周灰度谱图和
Figure BDA00033893330600000214
(放电能量-相位)负半周灰度谱图,灰度值计算公式如下:
Figure BDA0003389333060000021
式中,i、j表示灰度谱图的坐标点,ni,j为该点的放电次数,nmax为灰度谱图中最大放电次数;
Figure BDA0003389333060000022
(放电能量-相位)正半周灰度谱图进行归一化处理得到归一化谱图f+(x,y),对
Figure BDA0003389333060000023
(放电能量-相位)负半周灰度谱图进行归一化处理得到归一化谱图f-(x,y);
使用极坐标表示方法rcos(θ)和rcos(θ)对f+(x,y)和f-(x,y)进行转化,得到极坐标形式下的f+(r,θ)和f-(r,θ);
计算变压器套管局部放电特征矩模值:
Figure BDA0003389333060000024
Figure BDA0003389333060000025
式中,q为图像f(r,θ)在相位空间[0,2π]中的第q个特征,m为尺度因子,m取1、2、3,n为位移因子,n取1、2、3,ψm,n(r)为基函数:
Figure BDA0003389333060000026
计算
Figure BDA0003389333060000027
(放电能量-相位)正半周灰度谱图偏斜度Sk1
Figure BDA0003389333060000028
(放电能量-相位)负半周灰度谱图偏斜度Sk2
计算
Figure BDA0003389333060000029
(放电能量-相位)正半周灰度谱图陡峭度Ku1
Figure BDA00033893330600000210
(放电能量-相位)负半周灰度谱图陡峭度Ku2
第四步:获取变压器套管局部放电风险评估因子
计算变压器套管局部放电谱图特征矩阵模值因子W:
Figure BDA0003389333060000031
计算变压器套管局部放电评估系数λ:
Figure BDA0003389333060000032
第五步:获取变压器套管局部放电风险评估指标
计算变压器套管局部放电风险评估指标η:
η=λ·log10(W) (6)
得到变压器套管局部放电风险评估指标η,对变压器套管局部放电风险进行评估。
附图说明
图1为基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估流程图。
图2为基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估试验平台示意图。
具体实施方式
下面结合附图与案例对本发明的实施流程作进一步详述。
第一步:搭建试验平台
搭建放大高压信号下的变压器套管局部放电风险评估试验平台,由高压直流电源(1)、高频接地开关(2)、限流电阻(3)、电源连接开关(4)、谐振电感(5)、变压器套管(6)、一号绝缘支架(7a)、二号绝缘支架(7b)、金属夹(8)、耦合电容(9)、局部放电检测模块(10)、检测阻抗(11)、综合接地(12)、温度控制箱(13)组成;
变压器套管(6)由一号绝缘支架(7a)和二号绝缘支架(7b)支撑,并放置在温度控制箱(13)中,变压器套管(6)中心导杆与谐振电感(5)、耦合电容(9)连接,金属夹(8)夹在变压器套管(6)中间伞裙上,金属夹(8)并与综合接地(12)连接,高压直流电源(1)负极与综合接地(12)连接,高压直流电源(1)正极与电源连接开关(4)、限流电阻(3)连接,限流电阻(3)与高频接地开关(2)串联后再与综合接地(12)连接,电源连接开关(4)与谐振电感(5)连接,耦合电容(9)与检测阻抗(11)串联后再与综合接地(12)连接,局部放电检测模块(10)连接至耦合电容(9)与检测阻抗(11)间;
第二步:获取局部放电数据
断开高频接地开关(2),设置温度控制箱(13)温度为25℃,待显示温度为25℃两小时后,闭合电源连接开关(4),调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(6)额定电压,当电压波动值小于额定电压的1%时,开启接高频地开关(2),设置高频接地开关(2)的动作时间为1μs,由变压器套管自身电容和谐振电感(5)发生串联谐振,产生1.7倍额定电压,通过局部放电检测模块(10)记录变压器套管20min的局部放电
Figure BDA00033893330600000414
(相位-放电能量-放电次数)三维谱图;
第三步:获取变压器套管局部放电特征参量
基于
Figure BDA0003389333060000041
三维谱图形成分辨率为256×256的
Figure BDA0003389333060000042
(放电能量-相位)正半周灰度谱图和
Figure BDA0003389333060000043
(放电能量-相位)负半周灰度谱图,灰度值计算公式如下:
Figure BDA0003389333060000044
式中,i、j表示灰度谱图的坐标点,ni,j为该点的放电次数,nmax为灰度谱图中最大放电次数;
Figure BDA0003389333060000045
(放电能量-相位)正半周灰度谱图进行归一化处理得到归一化谱图f+(x,y),对
Figure BDA0003389333060000046
(放电能量-相位)负半周灰度谱图进行归一化处理得到归一化谱图f-(x,y);
使用极坐标表示方法rcos(θ)和rcos(θ)对f+(x,y)和f-(x,y)进行转化,得到极坐标形式下的f+(r,θ)和f-(r,θ);
计算变压器套管局部放电特征矩模值:
Figure BDA0003389333060000047
Figure BDA0003389333060000048
式中,q为图像f(r,θ)在相位空间[0,2π]中的第q个特征,m为尺度因子,m取1、2、3,n为位移因子,n取1、2、3,ψm,n(r)为基函数:
Figure BDA0003389333060000049
计算
Figure BDA00033893330600000410
(放电能量-相位)正半周灰度谱图偏斜度Sk1
Figure BDA00033893330600000411
(放电能量-相位)负半周灰度谱图偏斜度Sk2
计算
Figure BDA00033893330600000412
(放电能量-相位)正半周灰度谱图陡峭度Ku1
Figure BDA00033893330600000413
(放电能量-相位)负半周灰度谱图陡峭度Ku2
第四步:获取变压器套管局部放电风险评估因子
计算变压器套管局部放电谱图特征矩阵模值因子W:
Figure BDA0003389333060000051
计算变压器套管局部放电评估系数λ:
Figure BDA0003389333060000052
第五步:获取变压器套管局部放电风险评估指标
计算变压器套管局部放电风险评估指标η:
η=λ·log10(W) (6)
得到变压器套管局部放电风险评估指标η,对变压器套管局部放电风险进行评估。

Claims (1)

1.一种基于放大电路的变压器套管局部放电风险评估方法,其特征在于,包括如下步骤:
第一步:搭建试验平台
搭建放大高压信号下的变压器套管局部放电风险评估试验平台,由高压直流电源(1)、高频接地开关(2)、限流电阻(3)、电源连接开关(4)、谐振电感(5)、变压器套管(6)、一号绝缘支架(7a)、二号绝缘支架(7b)、金属夹(8)、耦合电容(9)、局部放电检测模块(10)、检测阻抗(11)、综合接地(12)、温度控制箱(13)组成;
变压器套管(6)由一号绝缘支架(7a)和二号绝缘支架(7b)支撑,并放置在温度控制箱(13)中,变压器套管(6)中心导杆与谐振电感(5)、耦合电容(9)连接,金属夹(8)夹在变压器套管(6)中间伞裙上,金属夹(8)并与综合接地(12)连接,高压直流电源(1)负极与综合接地(12)连接,高压直流电源(1)正极与电源连接开关(4)、限流电阻(3)连接,限流电阻(3)与高频接地开关(2)串联后再与综合接地(12)连接,电源连接开关(4)与谐振电感(5)连接,耦合电容(9)与检测阻抗(11)串联后再与综合接地(12)连接,局部放电检测模块(10)连接至耦合电容(9)与检测阻抗(11)间;
第二步:获取局部放电数据
断开高频接地开关(2),设置温度控制箱(13)温度为25℃,待显示温度为25℃两小时后,闭合电源连接开关(4),调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(6)额定电压,当电压波动值小于额定电压的1%时,开启接高频地开关(2),设置高频接地开关(2)的动作时间为1μs,由变压器套管自身电容和谐振电感(5)发生串联谐振,产生1.7倍额定电压,通过局部放电检测模块(10)记录变压器套管20min的局部放电
Figure FDA0003389333050000012
(相位-放电能量-放电次数)三维谱图;
第三步:获取变压器套管局部放电特征参量
基于
Figure FDA0003389333050000013
三维谱图形成分辨率为256×256的
Figure FDA0003389333050000014
(放电能量-相位)正半周灰度谱图和
Figure FDA0003389333050000015
(放电能量-相位)负半周灰度谱图,灰度值计算公式如下:
Figure FDA0003389333050000011
式中,i、j表示灰度谱图的坐标点,ni,j为该点的放电次数,nmax为灰度谱图中最大放电次数;
Figure FDA0003389333050000016
(放电能量-相位)正半周灰度谱图进行归一化处理得到归一化谱图f+(x,y),对
Figure FDA0003389333050000017
(放电能量-相位)负半周灰度谱图进行归一化处理得到归一化谱图f-(x,y);
使用极坐标表示方法rcos(θ)和rcos(θ)对f+(x,y)和f-(x,y)进行转化,得到极坐标形式下的f+(r,θ)和f-(r,θ);
计算变压器套管局部放电特征矩模值:
Figure FDA0003389333050000021
Figure FDA0003389333050000022
式中,q为图像f(r,θ)在相位空间[0,2π]中的第q个特征,m为尺度因子,m取1、2、3,n为位移因子,n取1、2、3,ψm,n(r)为基函数:
Figure FDA0003389333050000023
计算
Figure FDA0003389333050000024
(放电能量-相位)正半周灰度谱图偏斜度Sk1
Figure FDA0003389333050000025
(放电能量-相位)负半周灰度谱图偏斜度Sk2
计算
Figure FDA0003389333050000026
(放电能量-相位)正半周灰度谱图陡峭度Ku1
Figure FDA0003389333050000027
(放电能量-相位)负半周灰度谱图陡峭度Ku2
第四步:获取变压器套管局部放电风险评估因子
计算变压器套管局部放电谱图特征矩阵模值因子W:
Figure FDA0003389333050000028
计算变压器套管局部放电评估系数λ:
Figure FDA0003389333050000029
第五步:获取变压器套管局部放电风险评估指标
计算变压器套管局部放电风险评估指标η:
η=λ·log10(W) (6)
得到变压器套管局部放电风险评估指标η,对变压器套管局部放电风险进行评估。
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