CN114325491A - 一种变压器套管绝缘的故障定位方法 - Google Patents

一种变压器套管绝缘的故障定位方法 Download PDF

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本发明公开了一种变压器套管绝缘的故障定位方法。首先搭建变压器套管绝缘的故障定位试验平台；基于试验平台开展试验，获取不同接线情况下变压器套管振荡信号数据；计算各振荡信号数据的变压器套管绝缘故障特征参量；构建绝缘故障位置识别器，并进行样本训练，以完成识别功能；将特征参量输入绝缘故障位置识别器，实现变压器套管绝缘故障的有效诊断及故障定位。该方法能对变压器套管绝缘故障有效诊断及故障定位。

Description

一种变压器套管绝缘的故障定位方法
技术领域
本发明属于变压器套管绝缘状态评估领域，具体涉及一种变压器套管绝缘的故障定位方法。
背景技术
变压器套管是电力系统中的重要设备之一，它作为变压器的外部连接装置，起到机械支撑和绝缘的作用。变压器套管作为变压器的薄弱环节，大量研究表明，变压器故障大多由套管故障引起的，变压器套管性能直接影响着电力的稳定供应。
随着我国经济的迅速发展，各行各业对电力的需求急速上升，导致电力供应不够，负荷严重超载。变压器套管常处于超负荷的工作模式下运行，套管故障频发，致使事故率逐年上升。而变压器绝缘故障是引发设备故障的重要原因，对变压器套管绝缘故障有效诊断并进行故障定位，为变压器套管维护和更换提供参考依据，是保证电力系统安全可靠运行的基础，因此，急需一种变压器套管绝缘的故障定位方法。
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，本发明提供一种变压器套管绝缘的故障定位方法，包括如下步骤：
第一步：搭建变压器套管绝缘故障定位试验平台
搭建变压器套管绝缘故障定位试验平台，由高压直流电源(1)、接地开关(2)、限流电阻(3)、谐振电感(4)、一号电源连接开关(5)、二号电源连接开关(6)、三号电源连接开关(7)、一号采集信号连接开关(8)、二号采集信号连接开关(9)、三号采集信号连接开关(10)、一号分压电容(11)、二号分压电容(12)、振荡波测试仪(13)、综合接地(14)、变压器套管(15)组成；
接地开关(2)与限流电阻(3)串联连接后，再与高压直流电源(1)并联连接，高压直流电源(1)负极与综合接地(14)连接，高压直流电源(1)正极与谐振电感(4)相连，一号电源连接开关(5)一侧与谐振电感(4)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆下端相连，下端为变压器套管(15)靠近变压器油箱侧，二号电源连接开关(6)一侧与谐振电感(4)连接，另一侧与变压器套管(15)的末屏引出线相连，三号电源连接开关(7)一侧与谐振电感(4)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆上端相连，上端为变压器套管(15)靠近套管油枕侧，一号采集信号连接开关(8)一侧与一号分压电容(11)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆下端相连，下端为变压器套管(15)靠近变压器油箱侧，二号采集信号连接开关(9)一侧与一号分压电容(11)连接，另一侧与变压器套管(15)的末屏引出线相连，三号采集信号连接开关(10)一侧与一号分压电容(11)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆上端相连，上端为变压器套管(15)靠近套管油枕侧，一号分压电容(11)和二号分压电容(12)串联连接，二号分压电容(12)再与综合接地(14)相连，振荡波测试仪(13)连接至一号分压电容(11)和二号分压电容(12)间；
第二步：获取振荡信号数据
调整所有开关至断开状态，闭合一号电源连接开关(5)和二号采集信号连接开关(9)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U1(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合一号电源连接开关(5)和三号采集信号连接开关(10)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U2(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合二号电源连接开关(6)和一号采集信号连接开关(8)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U3(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合二号电源连接开关(6)和三号采集信号连接开关(10)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U4(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合三号电源连接开关(7)和一号采集信号连接开关(8)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U5(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合三号电源连接开关(7)和二号采集信号连接开关(9)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U6(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
第三步：变压器套管绝缘故障特征参量计算
将振荡信号Ui(t)进行标准化处理：
Figure BDA0003386102700000031
式中，i取1、2、3、4、5、6；
获取标准化振荡信号ui(t)主脉冲上升时间TRi、下降时间TFi、脉冲宽度TWi；
计算振荡信号ui(t)均值μi、标准差σi；
计算标准化振荡信号ui(t)峰峰值PPi：
PPi＝max[ui(t)]-min[ui(t)] (2)
式中，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)峰度Ki：
Figure BDA0003386102700000032
式中，μi为振荡信号ui(t)的均值，σi为振荡信号ui(t)的标准差，n为振荡信号ui(t)的数据点数量，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)变异系数Ci：
Figure BDA0003386102700000033
式中，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)特征因子ri：
ri＝(0.1418Ki 2+0.4653Ki+0.01022KiCi+0.1206Ci+0.0219Ci 2)*[1+2.27*log10(PPi)] (5)
式中，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)评估因子Wi：
Figure BDA0003386102700000034
式中，i取1、2、3、4、5、6；
第四步：构建绝缘故障位置识别器
根据测试得到的无绝缘故障的变压器套管数据100组、绝缘故障位置处于变压器套管下端的变压器套管数据100组和绝缘故障位置处于变压器套管上端的变压器套管数据100组，下端为套管靠近变压器油箱侧至套管法兰间，上端为套管靠近套管油枕侧至套管法兰间，建立基于鲸鱼优化算法多分类最小二乘法支持向量机的变压器套管绝缘故障位置识别器，将标准化振荡信号ui(t)的主脉冲上升时间TRi、主脉冲下降时间TFi、主脉冲脉冲宽度TWi、均值μi、标准差σi、峰峰值PPi、峰度Ki、变异系数Ci、特征因子ri、评估因子Wi作为特征参数进行样本分类训练，得到变压器套管绝缘故障位置识别器；
第五步：变压器套管绝缘故障定位
将需要进行绝缘故障定位的变压器套管的特征参量输入鲸鱼优化算法多分类最小二乘法支持向量机，完成变压器套管是否存在绝缘故障识别及故障定位。
本方法的优点在于既能对变压器套管绝缘故障进行有效诊断，还能对套管绝缘故障位置进行定位，为变压器套管的维护与更换提供了更多的有效信息。
附图说明
图1为变压器套管绝缘的故障定位流程图。
图2为变压器套管绝缘的故障定位试验平台示意图。
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：搭建变压器套管绝缘故障定位试验平台
搭建变压器套管绝缘故障定位试验平台，由高压直流电源(1)、接地开关(2)、限流电阻(3)、谐振电感(4)、一号电源连接开关(5)、二号电源连接开关(6)、三号电源连接开关(7)、一号采集信号连接开关(8)、二号采集信号连接开关(9)、三号采集信号连接开关(10)、一号分压电容(11)、二号分压电容(12)、振荡波测试仪(13)、综合接地(14)、变压器套管(15)组成；
接地开关(2)与限流电阻(3)串联连接后，再与高压直流电源(1)并联连接，高压直流电源(1)负极与综合接地(14)连接，高压直流电源(1)正极与谐振电感(4)相连，一号电源连接开关(5)一侧与谐振电感(4)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆下端相连，下端为变压器套管(15)靠近变压器油箱侧，二号电源连接开关(6)一侧与谐振电感(4)连接，另一侧与变压器套管(15)的末屏引出线相连，三号电源连接开关(7)一侧与谐振电感(4)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆上端相连，上端为变压器套管(15)靠近套管油枕侧，一号采集信号连接开关(8)一侧与一号分压电容(11)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆下端相连，下端为变压器套管(15)靠近变压器油箱侧，二号采集信号连接开关(9)一侧与一号分压电容(11)连接，另一侧与变压器套管(15)的末屏引出线相连，三号采集信号连接开关(10)一侧与一号分压电容(11)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆上端相连，上端为变压器套管(15)靠近套管油枕侧，一号分压电容(11)和二号分压电容(12)串联连接，二号分压电容(12)再与综合接地(14)相连，振荡波测试仪(13)连接至一号分压电容(11)和二号分压电容(12)间；
第二步：获取振荡信号数据
调整所有开关至断开状态，闭合一号电源连接开关(5)和二号采集信号连接开关(9)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U1(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合一号电源连接开关(5)和三号采集信号连接开关(10)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U2(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合二号电源连接开关(6)和一号采集信号连接开关(8)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U3(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合二号电源连接开关(6)和三号采集信号连接开关(10)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U4(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合三号电源连接开关(7)和一号采集信号连接开关(8)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U5(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合三号电源连接开关(7)和二号采集信号连接开关(9)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U6(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
第三步：变压器套管绝缘故障特征参量计算
将振荡信号Ui(t)进行标准化处理：
Figure BDA0003386102700000061
式中，i取1、2、3、4、5、6；
获取标准化振荡信号ui(t)主脉冲上升时间TRi、下降时间TFi、脉冲宽度TWi；
计算振荡信号ui(t)均值μi、标准差σi；
计算标准化振荡信号ui(t)峰峰值PPi：
PPi＝max[ui(t)]-min[ui(t)] (2)
式中，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)峰度Ki：
Figure BDA0003386102700000062
式中，μi为振荡信号ui(t)的均值，σi为振荡信号ui(t)的标准差，n为振荡信号ui(t)的数据点数量，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)变异系数Ci：
Figure BDA0003386102700000063
式中，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)特征因子ri：
ri＝(0.1418Ki 2+0.4653Ki+0.01022KiCi+0.1206Ci+0.0219Ci 2)*[1+2.27*log10(PPi)] (5)
式中，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)评估因子Wi：
Figure BDA0003386102700000064
式中，i取1、2、3、4、5、6；
第四步：构建绝缘故障位置识别器
根据测试得到的无绝缘故障的变压器套管数据100组、绝缘故障位置处于变压器套管下端的变压器套管数据100组和绝缘故障位置处于变压器套管上端的变压器套管数据100组，下端为套管靠近变压器油箱侧至套管法兰间，上端为套管靠近套管油枕侧至套管法兰间，建立基于鲸鱼优化算法多分类最小二乘法支持向量机的变压器套管绝缘故障位置识别器，将标准化振荡信号ui(t)的主脉冲上升时间TRi、主脉冲下降时间TFi、主脉冲脉冲宽度TWi、均值μi、标准差σi、峰峰值PPi、峰度Ki、变异系数Ci、特征因子ri、评估因子Wi作为特征参数进行样本分类训练，得到变压器套管绝缘故障位置识别器；
第五步：变压器套管绝缘故障定位
将需要进行绝缘故障定位的变压器套管的特征参量输入鲸鱼优化算法多分类最小二乘法支持向量机，完成变压器套管是否存在绝缘故障识别及故障定位。

Claims (1)

1.一种变压器套管绝缘的故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：搭建变压器套管绝缘故障定位试验平台
搭建变压器套管绝缘故障定位试验平台，由高压直流电源(1)、接地开关(2)、限流电阻(3)、谐振电感(4)、一号电源连接开关(5)、二号电源连接开关(6)、三号电源连接开关(7)、一号采集信号连接开关(8)、二号采集信号连接开关(9)、三号采集信号连接开关(10)、一号分压电容(11)、二号分压电容(12)、振荡波测试仪(13)、综合接地(14)、变压器套管(15)组成；
接地开关(2)与限流电阻(3)串联连接后，再与高压直流电源(1)并联连接，高压直流电源(1)负极与综合接地(14)连接，高压直流电源(1)正极与谐振电感(4)相连，一号电源连接开关(5)一侧与谐振电感(4)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆下端相连，下端为变压器套管(15)靠近变压器油箱侧，二号电源连接开关(6)一侧与谐振电感(4)连接，另一侧与变压器套管(15)的末屏引出线相连，三号电源连接开关(7)一侧与谐振电感(4)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆上端相连，上端为变压器套管(15)靠近套管油枕侧，一号采集信号连接开关(8)一侧与一号分压电容(11)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆下端相连，下端为变压器套管(15)靠近变压器油箱侧，二号采集信号连接开关(9)一侧与一号分压电容(11)连接，另一侧与变压器套管(15)的末屏引出线相连，三号采集信号连接开关(10)一侧与一号分压电容(11)连接，另一侧与变压器套管(15)的中心导杆上端相连，上端为变压器套管(15)靠近套管油枕侧，一号分压电容(11)和二号分压电容(12)串联连接，二号分压电容(12)再与综合接地(14)相连，振荡波测试仪(13)连接至一号分压电容(11)和二号分压电容(12)间；
第二步：获取振荡信号数据
调整所有开关至断开状态，闭合一号电源连接开关(5)和二号采集信号连接开关(9)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U1(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合一号电源连接开关(5)和三号采集信号连接开关(10)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U2(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合二号电源连接开关(6)和一号采集信号连接开关(8)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U3(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合二号电源连接开关(6)和三号采集信号连接开关(10)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U4(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合三号电源连接开关(7)和一号采集信号连接开关(8)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U5(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
调整所有开关至断开状态，闭合三号电源连接开关(7)和二号采集信号连接开关(9)，调整高压直流电源(1)输出电压至变压器套管(15)额定电压，待电压波动值小于额定电压的1％时，闭合接地开关(2)，通过振荡波测试仪(13)采集振荡信号U6(t)，采样频率为6.25MHz，记录时间T(0～100μs)内共n个数据点；
第三步：变压器套管绝缘故障特征参量计算
将振荡信号Ui(t)进行标准化处理：
Figure FDA0003386102690000021
式中，i取1、2、3、4、5、6；
获取标准化振荡信号ui(t)主脉冲上升时间TRi、下降时间TFi、脉冲宽度TWi；
计算振荡信号ui(t)均值μi、标准差σi；
计算标准化振荡信号ui(t)峰峰值PPi：
PPi＝max[ui(t)]-min[ui(t)] (2)
式中，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)峰度Ki：
Figure FDA0003386102690000022
式中，μi为振荡信号ui(t)的均值，σi为振荡信号ui(t)的标准差，n为振荡信号ui(t)的数据点数量，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)变异系数Ci：
Figure FDA0003386102690000031
式中，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)特征因子ri：
ri＝(0.1418Ki 2+0.4653Ki+0.01022KiCi+0.1206Ci+0.0219Ci 2)*[1+2.27*log10(PPi)] (5)
式中，i取1、2、3、4、5、6；
计算标准化振荡信号ui(t)评估因子Wi：
Figure FDA0003386102690000032
式中，i取1、2、3、4、5、6；
第四步：构建绝缘故障位置识别器
根据测试得到的无绝缘故障的变压器套管数据100组、绝缘故障位置处于变压器套管下端的变压器套管数据100组和绝缘故障位置处于变压器套管上端的变压器套管数据100组，下端为套管靠近变压器油箱侧至套管法兰间，上端为套管靠近套管油枕侧至套管法兰间，建立基于鲸鱼优化算法多分类最小二乘法支持向量机的变压器套管绝缘故障位置识别器，将标准化振荡信号ui(t)的主脉冲上升时间TRi、主脉冲下降时间TFi、主脉冲脉冲宽度TWi、均值μi、标准差σi、峰峰值PPi、峰度Ki、变异系数Ci、特征因子ri、评估因子Wi作为特征参数进行样本分类训练，得到变压器套管绝缘故障位置识别器；
第五步：变压器套管绝缘故障定位
将需要进行绝缘故障定位的变压器套管的特征参量输入鲸鱼优化算法多分类最小二乘法支持向量机，完成变压器套管是否存在绝缘故障识别及故障定位。
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