CN115308644A - 基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法及系统 - Google Patents

基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法及系统 Download PDF

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CN115308644A CN202111665180.1A CN202111665180A CN115308644A CN 115308644 A CN115308644 A CN 115308644A CN 202111665180 A CN202111665180 A CN 202111665180A CN 115308644 A CN115308644 A CN 115308644A
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付超
童悦
王�琦
袁田
王昱晴
梁正波
应斯
张锦
汪英英
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Abstract

本发明公开了一种基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法及系统，包括：通过有限元仿真软件计算变压器绕组的电容和电感；基于所述等效电路模型测量所述变压器绕组在正常状态下一次侧和二次的电流，获取等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；分别测量变压器绕组在预设运行时间段后一次侧和二次测的电流，获取一次侧运行电流和二次侧运行电流；根据所述等效电路首端正常电流、一次侧运行电流、等效电路末端正常电流和二次侧运行电流，计算一次侧电流差、二次侧电流差和实际电流偏移比差；当所述第一电流差和第二电流差均大于预设阈值时，确定变压器绕组发生故障，并根据所述实际电流偏移比差确定故障类型。

Description

基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法及系统
技术领域
本发明涉及变压器绕组故障检测技术领域，并且更具体地，涉及一种基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法及系统。
背景技术
在电力系统的组成中，变压器作为电能传输和电压的转换作用，变压器的正常工作对整个电力系统网络的正常运转起着至关重要的作用，目前，随着社会经济不断的发展，电能的需求也不断的增加，造成电力系统的电力容量增大，随之系统中的短路电流也逐渐变大，变压器的运行的环境更加恶劣，对其正常的运转提出更高的要求。根据变压器故障统计结果可知，在变压器故障类型中由变压器绕组变形引起的故障比例占到变压器所有故障总和的30％。绕组故障主要是由电路电流和设备安装过程中的机械冲击这两类造成，其中由绕组中短路电流而导致发生变压器绕组移位、鼓包以及扭曲等变形是绕组最常见的变形方式。变压器绕组许多重大故障都是由微小的变形经过长时间的积累从而产生的，绕组的故障也会给电网安全运行带来巨大的隐患。因此对绕组故障检测可以防范变压器非正常运行。
现有对变压器绕组故障诊断的方法较多，但是检测的方法不够直观且有效，很多需要利用一些较多的特征提取方法来对所得的频响曲线提取一定的特征，同时还需要利用相关的分类算法对绕组的故障类型进行判断，例如现有的文献基于频响复数值及数字图像处理技术的变压器绕组变形分类方法，基于谐振点数学指数的电力变压器绕组变形的诊断方法，这些文章中所列举的检测方法对检测人员的要求较高且不易操作，同时大部分的操作都是处在一种离线检测方法。
随着社会的发展，在线检测应该是未来的一种趋势，而该种方法是可以进行在线检测，更好适应未来检测的需要；目前一些检测方法也只是对变压器绕组故障的类型进行诊断，对于实际的检修人员而言，不仅要知道绕组所发生的故障类型，更需要知道的是对于绕组故障发生所在的地方，这也方便检修人员能更速的确定故障的位置并对故障进行检修，大大节省对故障排查的时间，这一种方法也为故障诊断提供一种新的方式。
发明内容
本发明提出一种基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法及及系统，以解决如何高效地对变压器绕组故障进行检测的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法，所述方法包括：
根据变压器绕组实际尺寸和绕组的材料特性进行有限元建模，通过有限元仿真软件计算变压器绕组的电容和电感，并根据所述电容和电感建立变压器绕组的等效电路模型；
基于所述等效电路模型测量所述变压器绕组在正常状态下一次侧和二次的电流，获取等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
分别测量变压器绕组在预设运行时间段后一次侧和二次测的电流，获取一次侧运行电流和二次侧运行电流；
根据所述等效电路首端正常电流、一次侧运行电流、等效电路末端正常电流和二次侧运行电流，计算一次侧电流差、二次侧电流差和实际电流偏移比差；
当所述第一电流差和第二电流差均大于预设阈值时，确定变压器绕组发生故障，并根据所述实际电流偏移比差确定故障类型。
优选地，其中所述方法在基于所述等效电路模型和变压器绕组测量电流时，在相同位置施加相同的低压高频正弦信号。
优选地，其中所述方法利用如下方式计算一次侧电流差，包括：
Figure BDA0003451698120000021
利用如下方式计算二次侧电流差，包括：
Figure BDA0003451698120000031
其中，
Figure BDA0003451698120000032
和
Figure BDA0003451698120000033
分别为一次侧电流差和二次测电流差；I1和I2分别为等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
Figure BDA0003451698120000034
和
Figure BDA0003451698120000035
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流。
优选地，其中所述根据所述实际电流偏移比差确定故障类型，包括：
若所述实际电流偏移比差为正，则确定故障类型为纵向电容变化类故障；
若所述实际电流偏移比差为负，则确定故障类型为对地电容变化类故障。
优选地，其中所述方法还包括：
根据所述实际电流偏移比差确定故障发生位置，包括:
利用所述等效电路模型分别模拟变压器绕组在不同位置发生纵向电容变化故障或对地电容变化故障，测量获取变压器绕组在不同位置发生不同故障时的等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；
根据所述等效电路首端故障电流、等效电路末端故障电流、等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流，确定不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差；
根据不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差，确定不同位置发生不同故障类型对应的故障电流偏移比差区间；
基于确定的故障类型，将所述实际电流偏移比差和所述故障电流偏移比差区间进行匹配，根据匹配的故障电流偏移比差区间对应的故障位置确定故障发生位置。
优选地，其中所述方法利用如下方式计算电流偏移比差，包括:
Figure BDA0003451698120000036
其中，CD为实际电流偏移比差或故障电流偏移比差；I1和I2分别为第i个频率点时测量的等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；当CD为实际电流偏移比差时，
Figure BDA0003451698120000041
和
Figure BDA0003451698120000042
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流；当CD为故障电流偏移比差时，
Figure BDA0003451698120000043
和
Figure BDA0003451698120000044
分别为等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；n为频率点的个数。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测系统，所述系统包括：
参数确定单元，用于根据变压器绕组实际尺寸和绕组的材料特性进行有限元建模，通过有限元仿真软件计算变压器绕组的电容和电感，并根据所述电容和电感建立变压器绕组的等效电路模型；
正常电流获取单元，用于基于所述等效电路模型测量所述变压器绕组在正常状态下一次侧和二次的电流，获取等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
运行电流获取单元，用于分别测量变压器绕组在预设运行时间段后一次侧和二次测的电流，获取一次侧运行电流和二次侧运行电流；
计算单元，用于根据所述等效电路首端正常电流、一次侧运行电流、等效电路末端正常电流和二次侧运行电流，计算一次侧电流差、二次侧电流差和实际电流偏移比差；
故障类型确定单元，用于当所述第一电流差和第二电流差均大于预设阈值时，确定变压器绕组发生故障，并根据所述实际电流偏移比差确定故障类型。
优选地，其中所述系统还包括：
高频信号施加单元，用于在基于所述等效电路模型和变压器绕组测量电流时，在相同位置施加相同的低压高频正弦信号。
优选地，其中所述系统利用如下方式计算一次侧电流差，包括：
Figure BDA0003451698120000045
利用如下方式计算二次侧电流差，包括：
Figure BDA0003451698120000051
其中，
Figure BDA0003451698120000052
和
Figure BDA0003451698120000053
分别为一次侧电流差和二次测电流差；I1和I2分别为等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
Figure BDA0003451698120000054
和
Figure BDA0003451698120000055
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流。
优选地，其中所述故障类型确定单元，根据所述实际电流偏移比差确定故障类型，包括：
若所述实际电流偏移比差为正，则确定故障类型为纵向电容变化类故障；
若所述实际电流偏移比差为负，则确定故障类型为对地电容变化类故障。
优选地，其中所述系统还包括：
故障发生位置确定单元，用于根据所述实际电流偏移比差确定故障发生位置，包括:
利用所述等效电路模型分别模拟变压器绕组在不同位置发生纵向电容变化故障或对地电容变化故障，测量获取变压器绕组在不同位置发生不同故障时的等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；
根据所述等效电路首端故障电流、等效电路末端故障电流、等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流，确定不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差；
根据不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差，确定不同位置发生不同故障类型对应的故障电流偏移比差区间；
基于确定的故障类型，将所述实际电流偏移比差和所述故障电流偏移比差区间进行匹配，根据匹配的故障电流偏移比差区间对应的故障位置确定故障发生位置。
优选地，其中所述系统利用如下方式计算电流偏移比差，包括:
Figure BDA0003451698120000061
其中，CD为实际电流偏移比差或故障电流偏移比差；I1和I2分别为第i个频率点时测量的等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；当CD为实际电流偏移比差时，
Figure BDA0003451698120000062
和
Figure BDA0003451698120000063
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流；当CD为故障电流偏移比差时，
Figure BDA0003451698120000064
和
Figure BDA0003451698120000065
分别为等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；n为频率点的个数。
本发明提供了一种基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法及系统，包括：通过有限元仿真软件计算变压器绕组的电容和电感；基于所述等效电路模型测量所述变压器绕组在正常状态下一次侧和二次的电流，获取等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；分别测量变压器绕组在预设运行时间段后一次侧和二次测的电流，获取一次侧运行电流和二次侧运行电流；根据所述等效电路首端正常电流、一次侧运行电流、等效电路末端正常电流和二次侧运行电流，计算一次侧电流差、二次侧电流差和实际电流偏移比差；当所述第一电流差和第二电流差均大于预设阈值时，确定变压器绕组发生故障，并根据所述实际电流偏移比差确定故障类型。本发明的方法能够利用计算所得到的电流偏移比差，实现快速准确地对变压器绕组的故障类型以及故障的位置进行诊断。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的变压器绕组结构仿真模型图；
图3为根据本发明实施方式的变压器绕组的等效电路模型图；
图4的(a)和(b)分别为根据本发明实施方式的绕组故障发生在中部的绕组首端电流曲线图和绕组故障发生在中部的绕组首端电流曲线局部放大图；
图5的(a)和(b)分别为根据本发明实施方式的绕组故障发生在中部的绕组末端电流曲线图和绕组故障发生在中部的绕组末端电流曲线局部放大图；
图6为根据本发明实施方式的发生纵向电容(Cs)变化故障时的电流偏移比差图；
图7的(a)和(b)分别为根据本发明实施方式的对地电容(Cg)变化故障的电流偏移比差图和对地电容(Cg)变化故障的电流偏移比差后四饼故障位置局部放大图；
图8为根据本发明实施方式的基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测系统800的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法100，从步骤101处开始，在步骤101根据变压器绕组实际尺寸和绕组的材料特性进行有限元建模，通过有限元仿真软件计算变压器绕组的电容和电感，并根据所述电容和电感建立变压器绕组的等效电路模型。
在本发明中，根据变压器绕组实际的尺寸和绕组的材料特性等进行有限元建模，通过有限元仿真软件计算变压器绕组的电容、电感的电力参数，并根据获取的绕组的电力参数，建立变压器绕组的等效电路模型。
在步骤102，基于所述等效电路模型测量所述变压器绕组在正常状态下一次侧和二次的电流，获取等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流。
在本发明中，对于正常状态下的变压器绕组，在变压器绕组的等效电路首端施加高频信号源，测量得到等效电路首端和末端的正常电流I1和I2，并将测得的电流作为指纹数据。
在步骤103，分别测量变压器绕组在预设运行时间段后一次侧和二次测的电流，获取一次侧运行电流和二次侧运行电流。
优选地，其中所述方法在基于所述等效电路模型和变压器绕组测量电流时，在相同位置施加相同的低压高频正弦信号。
在本发明中，在变压器绕组运行一段时间后，在测试情况不变条件下，测量此时绕组一次侧和二次测的运行电流，测得的绕组一次侧和二次测的运行电流分别为
Figure BDA0003451698120000081
和
Figure BDA0003451698120000082
在本发明中，在测量电流时，需要满足相同的测试条件，即施加的正弦信号和位置相同。在变压器绕组等效电路施加的高频信号源为600kHz～1MHz范围的低压高频正弦信号。基于变压器绕组等效电路获取的首端和末端电流分别为变压器绕组的一次侧和二次侧的电流数据。
在步骤104，根据所述等效电路首端正常电流、一次侧运行电流、等效电路末端正常电流和二次侧运行电流，计算一次侧电流差、二次侧电流差和实际电流偏移比差。
优选地，其中所述方法利用如下方式计算一次侧电流差，包括：
Figure BDA0003451698120000083
利用如下方式计算二次侧电流差，包括：
Figure BDA0003451698120000091
其中，
Figure BDA0003451698120000092
和
Figure BDA0003451698120000093
分别为一次侧电流差和二次测电流差；I1和I2分别为等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
Figure BDA0003451698120000094
和
Figure BDA0003451698120000095
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流。
在步骤105，当所述第一电流差和第二电流差均大于预设阈值时，确定变压器绕组发生故障，并根据所述实际电流偏移比差确定故障类型。
优选地，其中所述根据所述实际电流偏移比差确定故障类型，包括：
若所述实际电流偏移比差为正，则确定故障类型为纵向电容变化类故障；
若所述实际电流偏移比差为负，则确定故障类型为对地电容变化类故障。
优选地，其中所述方法利用如下方式计算电流偏移比差，包括:
Figure BDA0003451698120000096
其中，CD为实际电流偏移比差或故障电流偏移比差；I1和I2分别为第i个频率点时测量的等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；当CD为实际电流偏移比差时，
Figure BDA0003451698120000097
和
Figure BDA0003451698120000098
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流；当CD为故障电流偏移比差时，
Figure BDA0003451698120000099
和
Figure BDA00034516981200000910
分别为等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；n为频率点的个数。
在本发明中，在获取到等效电路首端正常电流、一次侧运行电流、等效电路末端正常电流和二次侧运行电流后，利用如下方式计算一次侧电流差，包括：
Figure BDA00034516981200000911
利用如下方式计算二次侧电流差，包括：
Figure BDA00034516981200000912
其中，
Figure BDA0003451698120000101
和
Figure BDA0003451698120000102
分别为一次侧电流差和二次测电流差；I1和I2分别为等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
Figure BDA0003451698120000103
和
Figure BDA0003451698120000104
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流。
若计算所得
Figure BDA0003451698120000105
且
Figure BDA0003451698120000106
则确定变压器绕组正常；若计算所得
Figure BDA0003451698120000107
和/或
Figure BDA0003451698120000108
则变压器绕组发生故障。
本发明通过对绕组发生纵向电容变化和对地电容变化故障研究发现，当绕组发生纵向电容变化的故障时，经电流偏移比差计算发现计算所的值的系数总是为正，同时当绕组发生对地电容变化的故障时，经电流偏移比差计算发现计算所的值的系数总是为负。因此，本发明通过电流偏移比差对绕组发生这两种故障类型进行判断。本发明的方法只考虑发生单一的纵向电容和对地电容变化的故障诊断，不考虑两种电容同时变化引起的故障类型诊断。
具体地，当确定变压器绕组发生故障时，再根据实际电流偏移比差确定故障类型，包括：
(1)若计算所得的电流偏移比差(CD)为正，则故障类型为纵向电容变化类故障；
(2)若计算所得的电流偏移比差(CD)为负，则故障类型为对地电容变化类故障。
在本发明中，确定实际电流偏移比差的公式为：
Figure BDA0003451698120000109
此时，CD为实际电流偏移比差；I1和I2分别为第i个频率点时测量的等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
Figure BDA00034516981200001010
和
Figure BDA00034516981200001011
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流(即
Figure BDA00034516981200001012
和
Figure BDA00034516981200001013
)；n为频率点的个数。
优选地，其中所述方法还包括：
根据所述实际电流偏移比差确定故障发生位置，包括:
利用所述等效电路模型分别模拟变压器绕组在不同位置发生纵向电容变化故障或对地电容变化故障，测量获取变压器绕组在不同位置发生不同故障时的等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；
根据所述等效电路首端故障电流、等效电路末端故障电流、等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流，确定不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差；
根据不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差，确定不同位置发生不同故障类型对应的故障电流偏移比差区间；
基于确定的故障类型，将所述实际电流偏移比差和所述故障电流偏移比差区间进行匹配，根据匹配的故障电流偏移比差区间对应的故障位置确定故障发生位置。
在本发明中，还可以利用变压器绕组的等效电路模拟绕组的纵向电容(Cs)变化和对地电容(Cg)变化的故障，在测试情况不变条件下，测量获取等效电路首端和末端的故障电流分别为
Figure BDA0003451698120000111
和
Figure BDA0003451698120000112
并通过绕组正常和故障状态下的电流数据进行电流偏移比差的计算，确定确定不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差，并根据不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差，确定不同位置发生不同故障类型对应的故障电流偏移比差区间，并进行存储，形成用于故障诊断的数据库。
因在输入的高频信号源条件下，绕组发生故障时电容变化的影响远大于电感的影响，因此本方法主要研究绕组发生电容变化的故障，主要为纵向电容和对地电容变化类故障，通过改变变压器绕组等效的电路模型中的纵向电容和对地电容数值来模拟这两种故障类型，其中纵向电容和对地电容的故障变化范围为-25％～25％，故障位置为每饼绕组的同一位置处即为5种故障位置。电流偏移比差(CD)计算公式为：
Figure BDA0003451698120000113
式中：I1和分别I2是绕组健康状态时第i个频率点所测的首末两端的电流值；
Figure BDA0003451698120000121
和
Figure BDA0003451698120000122
分别是绕组故障时第i个频率点所测的首末端的电流值。
因每类故障发生在不同故障位置计算所得的电流偏移比差(CD)值处于一定的区间范围，只要将待测故障绕组的电流偏移比差值与数据库中的电流偏移比差进行比较，根据其所在的区间即可确定该故障类型所发生的故障位置。另该方法只考虑发生单一的纵向电容和对地电容变化的故障位置判定，两种电容同时变化引起的故障位置的诊断不在诊断范围。
因此，在本发明中，当检测到变压器绕组发生故障时，根据计算所得的实际电流偏移比差(CD)与数据库中存储的电流偏移比差进行比较分析，最终可以根据比对分析结果对变压器绕组的故障发生位置进行诊断。
为进一步对所提出的变压器绕组故障检测方法的定性分析，针对某一特定型号变压器绕组，建立其有限元模型并求取绕组等效电路的参数，在仿真软件Pspice中建立了其集中参数电路模型，其中绕组饼数N＝5。分别对绕组正常和不同位置纵向电容变化和对地电容变化故障时的情况进行了模拟，且设置一组对地电容变化12％的故障，通过仿真得到的相关结果验证该方法的有效性。
其中，变压器绕组结构建立的有限元仿真模型如图2所示，包括：低压绕组和高压绕组两部分。
变压器绕组的等效电路模型如图3所示。其中，AC为高频正弦信号源，R1、R2为采样电阻，Cs为纵向电容，Cg为对地电容。
经过有限元求得的变压器绕组等效电路模型参数如表1。
表1
Figure BDA0003451698120000123
结合计算得到的绕组分布参数建立电路模型，利用仿真电路的分布参数来全面模拟绕组发生的纵向电容变化和对地电容变化故障情况，这主要包括设置这两大类故障分别发生在绕组的5饼的各个位置，电容变化范围为-25％～25％，分别间隔5％,每一种故障类型包含有5种故障程度。
根据图4中的(a)和(b)以及图5中的(a)和(b)所示的绕组正常状态和纵向电容变化故障时对地电容变化故障的首端和末端的电流曲线图，可以对比发现，绕组发生这两种类型故障的首端和末端的电流曲线与正常的首端和末端的电流曲线随着故障程度的增加间距不断增大，这也进一步可以说明首、末端电流的变化可以初步判断绕组是否发生故障。
通过对绕组进行纵向电容变化和对地电容变化故障情况的模拟，测量得到绕组首末端的电流，并进行计算，得到故障电流偏移比差，并根据故障电流偏移比差确定数据库。其中，绕组发生不同程度和不同位置的纵向电容变化类故障时的电流偏移比差如图6所示，绕组发生不同程度和不同位置的对地电容变化类故障时的电流偏移比差如图7中的(a)和(b)所示。
由图6可以清晰的看出当变压器绕组发生纵向电容变化类故障时，计算所得到的电流偏移比差值的系数全部为正，同时由图7中的(a)和(b)可以看出当绕组发生对地电容变化类故障时，计算所得到的电流偏移比差值的系数全部为负，由此可以说明当绕组发生这两种类型时可以通过电流偏移比差值的系数的正负对故障的类型进行判断。
由图6以及图7中的(a)和(b)可以看出当绕组发生同一类故障但故障位置不同时，同一故障位置计算所得到的电流偏移比差值处在一定的区间且不同故障位置的电流偏移比差值之间区分明显，因此只要建立不同故障类型的不同故障位置的电流偏移比差值指纹数据库，将待测绕组计算所得到的电流偏移比差值与指纹数据库中的电流偏移比差值进行比较就可以对故障发生位置进行确定。
设定绕组故障中间位置发生12％的对地电容故障时，首先将测得的首末端电流与正常状态下的指纹数据进行差值计算发现
Figure BDA0003451698120000131
和
Figure BDA0003451698120000132
均大于零，因此发现绕组发生故障，再进行电流偏移比差值的计算为-1.423，由计算得到的电流偏移比差值系数为负因此可以判断该故障类型为对地电容变化类故障，将计算电流偏移比差值与数据库中的电流偏移比差值进行比较发现电流偏移比差值-1.423属于数据库中绕组中间位置发生故障时电流偏移比差值的区间范围内，因此可以对绕组发生故障位置的确定。
本发明的基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测和定位方法，技术效果如下：
1)该方法利用测量所得到的首末端电流与正常状态下的指纹电流数据进行比较可以在线、可靠的判断变压器绕组是否发生故障，且可以对故障程度进行预估；
2)该方法利用数学指标电流偏移比差(CD)计算所得值系数的正负对变压器绕组发生的故障进行初步的诊断，不需要额外的算法进行辅助诊断，这也进一步凸显该方法简单且高效的优势；
3)该方法中的电流偏移比差(CD)与绕组故障位置有关，且不同位置故障计算所得电流偏移比差处在不同的范围之间，因此只需要获取待测绕组的电流偏移比差值与数据库中的电流偏移比差值进行比较可以确定故障发生的位置。
图8为根据本发明实施方式的基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测系统800的结构示意图。如图8所示，本发明实施方式提供的基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测系统800，包括：参数确定单元801、正常电流获取单元802、运行电流获取单元803、计算单元804和故障类型确定单元805。
优选地，所述参数确定单元801，用于根据变压器绕组实际尺寸和绕组的材料特性进行有限元建模，通过有限元仿真软件计算变压器绕组的电容和电感，并根据所述电容和电感建立变压器绕组的等效电路模型。
优选地，所述正常电流获取单元802，用于基于所述等效电路模型测量所述变压器绕组在正常状态下一次侧和二次的电流，获取等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流。
优选地，所述运行电流获取单元803，用于分别测量变压器绕组在预设运行时间段后一次侧和二次测的电流，获取一次侧运行电流和二次侧运行电流。
优选地，所述计算单元804，用于根据所述等效电路首端正常电流、一次侧运行电流、等效电路末端正常电流和二次侧运行电流，计算一次侧电流差、二次侧电流差和实际电流偏移比差。
优选地，所述故障类型确定单元805，用于当所述第一电流差和第二电流差均大于预设阈值时，确定变压器绕组发生故障，并根据所述实际电流偏移比差确定故障类型。
优选地，其中所述系统还包括：
高频信号施加单元，用于在基于所述等效电路模型和变压器绕组测量电流时，在相同位置施加相同的低压高频正弦信号。
优选地，其中所述系统利用如下方式计算一次侧电流差，包括：
Figure BDA0003451698120000151
利用如下方式计算二次侧电流差，包括：
Figure BDA0003451698120000152
其中，
Figure BDA0003451698120000153
和
Figure BDA0003451698120000154
分别为一次侧电流差和二次测电流差；I1和I2分别为等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
Figure BDA0003451698120000155
和
Figure BDA0003451698120000156
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流。
优选地，其中所述故障类型确定单元805，根据所述实际电流偏移比差确定故障类型，包括：
若所述实际电流偏移比差为正，则确定故障类型为纵向电容变化类故障；
若所述实际电流偏移比差为负，则确定故障类型为对地电容变化类故障。
优选地，其中所述系统还包括：
故障发生位置确定单元，用于根据所述实际电流偏移比差确定故障发生位置，包括:
利用所述等效电路模型分别模拟变压器绕组在不同位置发生纵向电容变化故障或对地电容变化故障，测量获取变压器绕组在不同位置发生不同故障时的等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；
根据所述等效电路首端故障电流、等效电路末端故障电流、等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流，确定不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差；
根据不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差，确定不同位置发生不同故障类型对应的故障电流偏移比差区间；
基于确定的故障类型，将所述实际电流偏移比差和所述故障电流偏移比差区间进行匹配，根据匹配的故障电流偏移比差区间对应的故障位置确定故障发生位置。
优选地，其中所述系统利用如下方式计算电流偏移比差，包括:
Figure BDA0003451698120000161
其中，CD为实际电流偏移比差或故障电流偏移比差；I1和I2分别为第i个频率点时测量的等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；当CD为实际电流偏移比差时，
Figure BDA0003451698120000162
和
Figure BDA0003451698120000163
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流；当CD为故障电流偏移比差时，
Figure BDA0003451698120000164
和
Figure BDA0003451698120000165
分别为等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；n为频率点的个数。
本发明的实施例的基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测系统800与本发明的另一个实施例的基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：
根据变压器绕组实际尺寸和绕组的材料特性进行有限元建模，通过有限元仿真软件计算变压器绕组的电容和电感，并根据所述电容和电感建立变压器绕组的等效电路模型；
基于所述等效电路模型测量所述变压器绕组在正常状态下一次侧和二次的电流，获取等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
分别测量变压器绕组在预设运行时间段后一次侧和二次测的电流，获取一次侧运行电流和二次侧运行电流；
根据所述等效电路首端正常电流、一次侧运行电流、等效电路末端正常电流和二次侧运行电流，计算一次侧电流差、二次侧电流差和实际电流偏移比差；
当所述第一电流差和第二电流差均大于预设阈值时，确定变压器绕组发生故障，并根据所述实际电流偏移比差确定故障类型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在基于所述等效电路模型和变压器绕组测量电流时，在相同位置施加相同的低压高频正弦信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下方式计算一次侧电流差，包括：
Figure FDA0003451698110000011
利用如下方式计算二次侧电流差，包括：
Figure FDA0003451698110000012
其中，
Figure FDA0003451698110000013
和
Figure FDA0003451698110000014
分别为一次侧电流差和二次测电流差；I1和I2分别为等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
Figure FDA0003451698110000015
和
Figure FDA0003451698110000016
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述实际电流偏移比差确定故障类型，包括：
若所述实际电流偏移比差为正，则确定故障类型为纵向电容变化类故障；
若所述实际电流偏移比差为负，则确定故障类型为对地电容变化类故障。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述实际电流偏移比差确定故障发生位置，包括:
利用所述等效电路模型分别模拟变压器绕组在不同位置发生纵向电容变化故障或对地电容变化故障，测量获取变压器绕组在不同位置发生不同故障时的等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；
根据所述等效电路首端故障电流、等效电路末端故障电流、等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流，确定不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差；
根据不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差，确定不同位置发生不同故障类型对应的故障电流偏移比差区间；
基于确定的故障类型，将所述实际电流偏移比差和所述故障电流偏移比差区间进行匹配，根据匹配的故障电流偏移比差区间对应的故障位置确定故障发生位置。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下方式计算电流偏移比差，包括:
Figure FDA0003451698110000021
其中，CD为实际电流偏移比差或故障电流偏移比差；I1和I2分别为第i个频率点时测量的等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；当CD为实际电流偏移比差时，
Figure FDA0003451698110000031
和
Figure FDA0003451698110000032
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流；当CD为故障电流偏移比差时，
Figure FDA0003451698110000033
和
Figure FDA0003451698110000034
分别为等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；n为频率点的个数。
7.一种基于电流偏移比差分析的变压器绕组故障检测系统，其特征在于，所述系统包括：
参数确定单元，用于根据变压器绕组实际尺寸和绕组的材料特性进行有限元建模，通过有限元仿真软件计算变压器绕组的电容和电感，并根据所述电容和电感建立变压器绕组的等效电路模型；
正常电流获取单元，用于基于所述等效电路模型测量所述变压器绕组在正常状态下一次侧和二次的电流，获取等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
运行电流获取单元，用于分别测量变压器绕组在预设运行时间段后一次侧和二次测的电流，获取一次侧运行电流和二次侧运行电流；
计算单元，用于根据所述等效电路首端正常电流、一次侧运行电流、等效电路末端正常电流和二次侧运行电流，计算一次侧电流差、二次侧电流差和实际电流偏移比差；
故障类型确定单元，用于当所述第一电流差和第二电流差均大于预设阈值时，确定变压器绕组发生故障，并根据所述实际电流偏移比差确定故障类型。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
高频信号施加单元，用于在基于所述等效电路模型和变压器绕组测量电流时，在相同位置施加相同的低压高频正弦信号。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统利用如下方式计算一次侧电流差，包括：
Figure FDA0003451698110000035
利用如下方式计算二次侧电流差，包括：
Figure FDA0003451698110000041
其中，
Figure FDA0003451698110000042
和
Figure FDA0003451698110000043
分别为一次侧电流差和二次测电流差；I1和I2分别为等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；
Figure FDA0003451698110000044
和
Figure FDA0003451698110000045
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述故障类型确定单元，根据所述实际电流偏移比差确定故障类型，包括：
若所述实际电流偏移比差为正，则确定故障类型为纵向电容变化类故障；
若所述实际电流偏移比差为负，则确定故障类型为对地电容变化类故障。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
故障发生位置确定单元，用于根据所述实际电流偏移比差确定故障发生位置，包括:
利用所述等效电路模型分别模拟变压器绕组在不同位置发生纵向电容变化故障或对地电容变化故障，测量获取变压器绕组在不同位置发生不同故障时的等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；
根据所述等效电路首端故障电流、等效电路末端故障电流、等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流，确定不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差；
根据不同位置发生不同类型故障时的故障电流偏移比差，确定不同位置发生不同故障类型对应的故障电流偏移比差区间；
基于确定的故障类型，将所述实际电流偏移比差和所述故障电流偏移比差区间进行匹配，根据匹配的故障电流偏移比差区间对应的故障位置确定故障发生位置。
12.根据权利要求7或11所述的系统，其特征在于，所述系统利用如下方式计算电流偏移比差，包括:
Figure FDA0003451698110000051
其中，CD为实际电流偏移比差或故障电流偏移比差；I1和I2分别为第i个频率点时测量的等效电路首端正常电流和等效电路末端正常电流；当CD为实际电流偏移比差时，
Figure FDA0003451698110000052
和
Figure FDA0003451698110000053
分别为一次侧运行电流和二次侧运行电流；当CD为故障电流偏移比差时，
Figure FDA0003451698110000054
和
Figure FDA0003451698110000055
分别为等效电路首端故障电流和等效电路末端故障电流；n为频率点的个数。
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