CN114325258B - 一种考虑多谐振频率的变压器套管绝缘评估方法 - Google Patents

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本发明公开了一种考虑多谐振频率的变压器套管绝缘评估方法，首先测试变压器套管的电容量，计算多谐振频率的电感值，从而测量变压器套管多谐振频率高压振荡波信号；通过小波变换将高压振荡波信号转换为灰度时频图，计算高压振荡波信号特征参数T；再计算变压器套管绝缘评估因子ε，最后计算得到变压器套管绝缘评估系数E，评估变压器套管绝缘状态；本发明综合多谐振频率下高压振荡波的时频特征参数计算变压器套管绝缘评估系数，可以准确评估变压器套管的绝缘状态，为变压器套管绝缘评估提供参考。

Description

一种考虑多谐振频率的变压器套管绝缘评估方法
技术领域
本发明涉及变压器绝缘状态检测领域，尤其涉及一种考虑多谐振频率的变压器套管绝缘评估方法。
背景技术
变压器是电力系统关键电气设备，变压器的安全运行是影响电力系统安全、稳定和经济运行的主要因素之一。变压器套管是变压器重要组成部分，因为各类套管绝缘损坏导致的大面积停电会对整个国民经济造成巨大的损失，影响到整个电网的安全运行及电站工作人员的安全。据统计高达25％～35％的变压器故障与套管的绝缘缺陷相关，所以变压器套管绝缘状况的好坏决定了变压器的运行稳定性和可靠性。近年来随着电压等级的不断提高、设备容量的增大，传统绝缘检测试验方法已经难以满足现代电力系统安全运行的实际需要，很难真实的反映变压器套管在运行条件下的绝缘状况。因此，现需一种准确评估变压器套管绝缘状态的方法。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的是提出一种考虑多谐振频率的变压器套管绝缘评估方法，其特征在于测量多谐振频率高压振荡波信号，综合多谐振频率下高压振荡波信号的时频特征参数计算变压器套管绝缘评估系数，评估变压器套管的绝缘状态；所述试验平台主要包括：变压器套管高压振荡波测试装置，包括变压器套管(1)，绝缘支架(2)，接线端子(3)，末屏测量端子(4)，法兰(5)，高压直流源(6)，限流电阻(7)，可调电感(8)，高频开关(9),信号采集系统(10)；具体评估方法包括以下步骤：
步骤一：测试变压器套管多谐振频率高压振荡波信号，包括：
1)测试变压器套管电容值C，根据式(1)计算谐振频率f为10kHz、100kHz和1000kHz时的电感值L10，L100，L1000；
Figure GDA0003683179200000011
2)测量变压器套管多谐振频率高压振荡波信号，具体步骤为：绝缘支架(2)支撑变压器套管(1)，高压直流源(6)和高频开关(9)接地，高频开关(9)从限流电阻(7)和可调电感(8)之间引出接地并处于断开状态，高压直流源(6)、限流电阻(7)、可调电感(8)与接线端子(3)串联连接输入变压器套管额定电压，闭合高频开关(9)，信号采集系统(10)从末屏测量端子(4)测量变压器套管高压振荡波信号u，共采集3组，依次是可调电感(8)调至L10测量谐振频率10kHz的高压振荡波信号u1，可调电感(8)调至L100测量谐振频率100kHz的高压振荡波信号u2，可调电感(8)调至L1000测量谐振频率1000kHz的高压振荡波信号u3；
步骤二：变压器套管高压振荡波信号特征提取，包括：
1)高压振荡波信号u通过小波变换转换为时频图，小波母函数是bior3.7，再通过灰度变换得到高压振荡波灰度时频图像素矩阵f(x,y)，图像大小n*n；
其中(x,y)是像素点坐标，f(x,y)是高压振荡波灰度时频图像素矩阵坐标(x,y)的像素值；
2)计算高压振荡波灰度时频图水平梯度Hx(x,y)和垂直梯度Hy(x,y)：
Figure GDA0003683179200000021
Figure GDA0003683179200000022
3)计算高压振荡波灰度时频图梯度幅值α(x,y)和梯度相位
Figure GDA0003683179200000023
Figure GDA0003683179200000024
Figure GDA0003683179200000025
4)计算高压振荡波信号特征参数T：
Figure GDA0003683179200000026
步骤三：变压器套管绝缘状态评估，包括：
1)计算变压器套管绝缘评估因子ε：
ε＝|T2·exp(1+T1·log10T3) (7)
式中T1、T2、T3依次是高压振荡波信号u1、u2、u3的特征参数；
2)计算变压器套管绝缘评估系数E：
Figure GDA0003683179200000027
式中εjc是变压器套管绝缘检测时评估因子，εzc是变压器套管绝缘正常时评估因子；
如果变压器套管绝缘状态评估系数E小于等于0.34，则说明变压器套管绝缘状况正常；
如果变压器套管绝缘状态评估系数E大于0.34，则说明变压器套管绝缘损坏，应尽快检修或更换。
本发明提出一种考虑多谐振频率的变压器套管绝缘评估方法，其核心基于多谐振频率下高压振荡波信号时频图的特征信息计算变压器套管绝缘状态评估系数，能够更加可靠、有效地对变压器套管绝缘状态的评估。
附图说明
图1为本发明方法的变压器套管高压振荡波测试装置
图2为本发明方法高压振荡波小波灰度时频图
图3为本发明方法实施的流程框图
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：
图1变压器套管高压振荡波测试装置，包括变压器套管(1)，绝缘支架(2)，接线端子(3)，末屏测量端子(4)，法兰(5)，高压直流源(6)，限流电阻(7)，可调电感(8)，高频开关(9),信号采集系统(10)；
图2所示是高压振荡波小波灰度时频图
图3所示是本发明方法实施的流程框图，其特征在于测试变压器套管的电容量，计算多谐振频率的电感值，从而测量变压器套管多谐振频率高压振荡波信号；通过小波变换将高压振荡波信号转换为灰度时频图，计算高压振荡波信号特征参数T；再计算变压器套管绝缘评估因子ε，最后计算得到变压器套管绝缘评估系数E，评估变压器套管绝缘状态；具体评估方法包括以下步骤：
步骤一：测试变压器套管多谐振频率高压振荡波信号，包括：
1)测试变压器套管电容值C，根据式(1)计算谐振频率f为10kHz、100kHz和1000kHz时的电感值L10，L100，L1000；
Figure GDA0003683179200000031
2)测量变压器套管多谐振频率高压振荡波信号，具体步骤为：绝缘支架(2)支撑变压器套管(1)，高压直流源(6)和高频开关(9)接地，高频开关(9)从限流电阻(7)和可调电感(8)之间引出接地并处于断开状态，高压直流源(6)、限流电阻(7)、可调电感(8)与接线端子(3)串联连接输入变压器套管额定电压，闭合高频开关(9)，信号采集系统(10)从末屏测量端子(4)测量变压器套管高压振荡波信号u，共采集3组，依次是可调电感(8)调至L10测量谐振频率10kHz的高压振荡波信号u1，可调电感(8)调至L100测量谐振频率100kHz的高压振荡波信号u2，可调电感(8)调至L1000测量谐振频率1000kHz的高压振荡波信号u3；
步骤二：变压器套管高压振荡波信号特征提取，包括：
1)高压振荡波信号u通过小波变换转换为时频图，小波母函数是bior3.7，再通过灰度变换得到高压振荡波灰度时频图像素矩阵f(x,y)，图像大小n*n；
其中(x,y)是像素点坐标，f(x,y)是高压振荡波灰度时频图像素矩阵坐标(x,y)的像素值；
2)计算高压振荡波灰度时频图水平梯度Hx(x,y)和垂直梯度Hy(x,y)：
Figure GDA0003683179200000041
Figure GDA0003683179200000042
3)计算高压振荡波灰度时频图梯度幅值α(x,y)和梯度相位
Figure GDA0003683179200000043
Figure GDA0003683179200000044
Figure GDA0003683179200000045
4)计算高压振荡波信号特征参数T：
Figure GDA0003683179200000046
步骤三：变压器套管绝缘状态评估，包括：
1)计算变压器套管绝缘评估因子ε：
ε＝|T2·exp(1+T1·log10T3) (7)
式中T1、T2、T3依次是高压振荡波信号u1、u2、u3的特征参数；
2)计算变压器套管绝缘评估系数E：
Figure GDA0003683179200000047
式中εjc是变压器套管绝缘检测时评估因子，εzc是变压器套管绝缘正常时评估因子；
如果变压器套管绝缘状态评估系数E小于等于0.34，则说明变压器套管绝缘状况正常；
如果变压器套管绝缘状态评估系数E大于0.34，则说明变压器套管绝缘损坏，应尽快检修或更换。

Claims (1)

1.一种考虑多谐振频率的变压器套管绝缘评估方法，其特征在于：试验平台包括变压器套管高压振荡波测试装置，包括变压器套管(1)，绝缘支架(2)，接线端子(3)，末屏测量端子(4)，法兰(5)，高压直流源(6)，限流电阻(7)，可调电感(8)，高频开关(9),信号采集系统(10)；具体评估方法包括以下步骤：
步骤一：测试变压器套管多谐振频率高压振荡波信号，包括：
1)测试变压器套管电容值C，根据式(1)计算谐振频率f为10kHz、100kHz和1000kHz时的电感值L10，L100，L1000；
Figure FDA0003683179190000011
2)测量变压器套管多谐振频率高压振荡波信号，具体步骤为：绝缘支架(2)支撑变压器套管(1)，高压直流源(6)和高频开关(9)接地，高频开关(9)从限流电阻(7)和可调电感(8)之间引出接地并处于断开状态，高压直流源(6)、限流电阻(7)、可调电感(8)与接线端子(3)串联连接输入变压器套管额定电压，闭合高频开关(9)，信号采集系统(10)从末屏测量端子(4)测量变压器套管高压振荡波信号u，共采集3组，依次是可调电感(8)调至L10测量谐振频率10kHz的高压振荡波信号u1，可调电感(8)调至L100测量谐振频率100kHz的高压振荡波信号u2，可调电感(8)调至L1000测量谐振频率1000kHz的高压振荡波信号u3；
步骤二：变压器套管多谐振频率高压振荡波信号特征提取，包括：
1)高压振荡波信号u通过小波变换转换为时频图，小波母函数是bior3.7，再通过灰度变换得到高压振荡波灰度时频图像素矩阵f(x,y)，图像大小n*n；
其中(x,y)是像素点坐标，f(x,y)是高压振荡波灰度时频图像素矩阵坐标(x,y)的像素值；
2)计算高压振荡波灰度时频图水平梯度Hx(x,y)和垂直梯度Hy(x,y)：
Figure FDA0003683179190000012
Figure FDA0003683179190000013
3)计算高压振荡波灰度时频图梯度幅值α(x,y)和梯度相位
Figure FDA0003683179190000014
Figure FDA0003683179190000015
Figure FDA0003683179190000016
4)计算高压振荡波信号特征参数T：
Figure FDA0003683179190000021
步骤三：变压器套管绝缘状态评估，包括：
1)计算变压器套管绝缘评估因子ε：
ε＝|T2·exp(1+T1·log10T3)| (7)
式中T1、T2、T3依次是高压振荡波信号u1、u2、u3的特征参数；
2)计算变压器套管绝缘评估系数E：
Figure FDA0003683179190000022
式中εjc是变压器套管绝缘检测时评估因子，εzc是变压器套管绝缘正常时评估因子；
如果变压器套管绝缘状态评估系数E小于等于0.34，则说明变压器套管绝缘状况正常；
如果变压器套管绝缘状态评估系数E大于0.34，则说明变压器套管绝缘损坏，应尽快检修或更换。
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