專利名稱：一種電力變壓器繞組工作狀態(tài)的診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于信號監(jiān)測的診斷方法，尤其是涉及一種電力變壓器繞組工作狀態(tài)的診斷方法。
背景技術(shù)：
變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，其運行的穩(wěn)定性對電力系統(tǒng)安全影響重大。隨著我國電網(wǎng)容量的日益增大，短路容量亦隨之不斷增大，變壓器出口短路形成的沖擊電流產(chǎn)生的巨大電磁作用力對變壓器繞組的機(jī)械強度和動穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。目前變電站設(shè)備及線路的運行環(huán)境始終不容樂觀，因外部短路造成變壓器繞組受沖擊而引發(fā)的變形是變壓器運行過程中較為常見的故障，對系統(tǒng)的安全運行造成了很大的威脅。變壓器遭受突發(fā)短路后，其繞組可能首先發(fā)生松動或輕微變形，通過大量的實驗研究分析變壓器繞組變形具有累積效應(yīng)，如果對于松動或變形不能及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，那么在變壓器的松動或變形累積到一定程度后會使變壓器的抗短路能力大幅下降而在遭受較小的沖擊電流下也會弓I發(fā)大的事故發(fā)生。繞組的變形一方面會導(dǎo)致機(jī)械抗短路電流沖擊能力的下降，另一方面也會導(dǎo)致線圈內(nèi)部局部絕緣距離發(fā)生變化，使局部出現(xiàn)絕緣薄弱點，當(dāng)遇到過電壓作用時，繞組有可能發(fā)生餅間或匝間短路導(dǎo)致變壓器絕緣擊穿事故，或者由于局部場強增大而引起局部放電，絕緣損傷部位會逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致變壓器發(fā)生絕緣擊穿事故而引發(fā)進(jìn)一步的事態(tài)擴(kuò)大。因此，在運行過程中當(dāng)變壓器經(jīng)歷了外部短路事故后或運行一段時間后的常規(guī)檢修中，如何有效地檢測出變壓器繞組是否存在松動和變形，從而判斷變壓器是否需要檢修處理顯得十分重要，是保障變壓器安全運行的一個重要手段，因此變壓器繞組變形的檢測是目前變壓器常規(guī)試驗項目之一。目前實際應(yīng)用的對變壓器繞組狀態(tài)的檢測方法主要有以下三種:1、短路阻抗法變壓器短路阻抗是當(dāng)負(fù)載阻抗為零時變壓器內(nèi)部的等效阻抗，短路阻抗是變壓器繞組的漏抗和電阻的矢量和，由于變壓器直流電阻相對于漏抗數(shù)值很小，因此變壓器的短路阻抗反映的主要是變壓器繞組的漏抗。由變壓器的理論分析可知，變壓器漏抗值是由繞組的幾何尺寸所決定的，或者說是由繞組的結(jié)構(gòu)決定的，一旦變壓器繞組發(fā)生變形，從理論上來說變壓器的漏抗相應(yīng)也會發(fā)生變化，因此通過對變壓器短路阻抗的檢測可以間接地反映變壓器繞組內(nèi)部是否發(fā)生了變形。一般情況下，運行中的變壓器受到了短路電流的沖擊后，或在定期常規(guī)檢查時要將測得的短路阻抗值與原有的記錄進(jìn)行比較來判斷繞組是否發(fā)生了變形，如果短路阻抗值變化較大，例如國標(biāo)中設(shè)定為變化超過3%，則可確認(rèn)繞組有顯著變形。按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變壓器在短路阻抗測試試驗中，要求測量每一相的短路阻抗，并把試驗后所測量的短路阻抗值與以往試驗的數(shù)據(jù)加以比較，根據(jù)其變化的程度，作為判斷被試變壓器繞組是否合格的重要依據(jù)之一。
從實際應(yīng)用情況來看，短路阻抗法在長期的生產(chǎn)實踐中已建立了標(biāo)準(zhǔn)，判據(jù)較為明確，在國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC60076-5和GB1095-85中均明確給出了線圈變形程度的判據(jù)。但很多情況下這種方法的靈敏度很低，故障的檢出率較低，只有在線圈整體變形情況較為嚴(yán)重時才能夠得到較明確的反映。2、頻響分析法頻響分析法的基本原理是將變壓器繞組視為一個分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，它由對地電容C、縱向電容K、電感L等分布參數(shù)構(gòu)成一無源線性雙端口網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的特性在頻域上可以用傳遞函數(shù)H(jco)來描述。繞組發(fā)生局部機(jī)械變形后，其內(nèi)部的分布電感L、縱向電容K和對地電容C等分布參數(shù)會發(fā)生相應(yīng)的變化，從而在網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)上得到反映。因此分析變壓器繞組的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)曲線的變化情況就可以分析內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)電參數(shù)是否發(fā)生變化，從而推斷相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了變形，這是頻響分析法測試變壓器繞組變形的依據(jù)和基礎(chǔ)。頻響法測試首先將一穩(wěn)定的正弦掃頻電壓信號Vi施加到被試變壓器繞組的一端，然后同時記錄該端口和其它輸出端口上的電壓V。，從而得到被試?yán)@組的一組頻響特性曲線，其表達(dá)式為H(j ω) = V0Ai頻響法的測試靈敏度較短路阻抗法高，但由于其頻響波形的復(fù)雜性，對繞組狀況的判別需要較多的經(jīng)驗，較難形成明確的定量判據(jù)，因此至今沒有形成判別標(biāo)準(zhǔn)。上述兩種方法是目前判別變壓器繞組狀況最常用的，兩種方法都是采用電測方法，出發(fā)點都是基于變壓器繞組發(fā)生明顯變形的狀況下模型中對應(yīng)的元件電參數(shù)發(fā)生變化來進(jìn)行測量判別，這對變壓器繞組發(fā)生較明顯的變形情況較為適宜，但對繞組發(fā)生輕微變形，尤其是對變壓器繞組存在的相對松動和扭曲變形的狀態(tài)不能給出較明確的判斷，因為這些情況下反映在等效電路模型中的電參數(shù)幾乎沒有變化，其傳遞函數(shù)的變化也就非常小。然而變壓器繞組松動或扭曲變形對其抗短路能力有很大的影響，因此研究繞組的狀況需有靈敏度更高的方法來進(jìn)行判別。3、振動分析法振動分析法的基本原理是把變壓器繞組看作一個機(jī)械結(jié)構(gòu)體，則當(dāng)繞組結(jié)構(gòu)或受力發(fā)生任何變化時，都可以從它的機(jī)械振動特性變化上得到反映。因此，可通過分析箱壁上的振動信號來對繞組的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測。與前述方法相比較，振動分析法的最大優(yōu)點是可通過吸附在變壓器箱壁上的振動傳感器來獲得變壓器的振動信號，通過分析振動特性的變化來判斷繞組狀態(tài)的變化情況，只要繞組的機(jī)械特性(如結(jié)構(gòu)變形、預(yù)緊力松動等)發(fā)生變化，都可以從它的機(jī)械振動特性變化上得到反映，從而大大提高了檢測的靈敏度。此外，將振動傳感器置于箱壁上的振動檢測與整個強電系統(tǒng)沒有直接的連接，對于整個電氣系統(tǒng)的正常運行沒有任何影響，因此，可發(fā)展成為一種較準(zhǔn)確、便捷、安全的在線監(jiān)測方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種診斷準(zhǔn)確、操作便捷、安全的電力變壓器繞組工作狀態(tài)的診斷方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種電力變壓器繞組工作狀態(tài)的診斷方法，所述的變壓器繞組上連接有激振器，且變壓器繞組表面上放置有N個振動加速度傳感器，該方法包括以下步驟:(I)向激振器輸入信號Vi對變壓器繞組進(jìn)行激振，通過變壓器繞組表面的N個振動加速度傳感器采集和記錄各個測點的振動信號Vtji (i = 1,2,…，N)；(2)分別對輸入信號Vi和各個測點的振動信號Vtji進(jìn)行傅里葉變換，得到變壓器繞組的振動頻響曲線Η(ω):
權(quán)利要求
1.一種電力變壓器繞組工作狀態(tài)的診斷方法，所述的變壓器繞組上連接有激振器，且變壓器繞組表面上放置有N個振動加速度傳感器，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)向激振器輸入信號\對變壓器繞組進(jìn)行激振，通過變壓器繞組表面的N個振動加速度傳感器采集和記錄各個測點的振動信號= 1,2,…，N)； (2)分別對輸入信號Vi和各個測點的振動信號Vtji進(jìn)行傅里葉變換，得到變壓器繞組的振動頻響曲線Η(ω):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力變壓器繞組工作狀態(tài)的診斷方法，其特征在于，所述的步驟(4)具體包括以下步驟: 4a)對自由振動信號H(t)求導(dǎo)，得到時間序列y(t)； 4b)計算時間序列y(t)相鄰兩點的乘積Pyi ⑴=Yi (t) Xy1-Jt) 其中，i = 2，3，…，η-1，η為自由振動信號的點數(shù)；4c)根據(jù)乘積Pyi (t)和時間序列y(t)的正負(fù)，依次找尋自由振動信號H(t)的所有局部極大值點eb (t)和所有局部極小值點es (t): 當(dāng)Pyi⑴< O時，若Yi^1⑴< O，則Hh⑴為局部極小值點；若Yi^1⑴> O，則Hh⑴為局部極大值點； 當(dāng)Pyi⑴> O時,Hh (t)為非極值點； 當(dāng)PyiU) =0時，若7卜1(1:) = O,計算兩點ydt)和yi_2(t)的乘積，令Pyi (t)'=yjt) Xy1-2(t)，若 pyjt)' < O Ji^2 (t) < O,則 Hh (t)為局部極小值點；若 Pyi (t)' < O且yi_2(t) > O，則H1-Jt)為局部極大值點；若yi_2(t) = O，則H1-Jt)為非極值點； 4d)將所述所有局部極大值點eb(t)和所有局部極小值點es(t)用三次樣條插值函數(shù)s(t)連接起來分別求出上包絡(luò)線emax(t)和下包絡(luò)線emax(t)； 4e)根據(jù)求得的上包絡(luò)線emax(t)和下包絡(luò)線emax(t)計算上、下包絡(luò)線的均值m(t)=(emax(t)+emin(t))/2，將自由振動信號H(t)減去m(t)，得到一個新的時間序列Y(t)； 4f)判斷上述時間序列Y(t)是否同時滿足下述兩個條件: A.在整個信號長度上，極值點和過零點的數(shù)目必須相等或者至多只相差一個； B.在任意時刻，由極大值點定義的上包絡(luò)線和由極小值點定義的下包絡(luò)線的平均值為零； 若同時滿足上述兩個條件，則Y(t)為固有模式分量；若不能同時滿足上述兩個條件，則將Y(t)作為一個原始分量，重復(fù)前述步驟4a) 步驟4e)，直到Y(jié)(t)同時滿足上述兩個條件，將Y(t)記為&(0，則(^(0為自由振動信號H(t)的一個固有模式函數(shù)分量，i = 1，2,…，P ; 4g)將^⑴從自由振動信號H(t)中分離出來，得到差值信號ri(t)，將差值信號ri(t)作為待處理的振動信號H1Uhri (t) =H(t)-Ci(t)； 4h)重復(fù)上述步驟4a) 步驟4g)，直至滿足迭代終止準(zhǔn)則，得到全部P個固有模式函數(shù)分量，所述的迭代終止準(zhǔn)則為:得到的新的時間序列Y(t)為窄帶信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電力變壓器繞組工作狀態(tài)的診斷方法，其特征在于，所述的步驟4d)中的三次樣條插值函數(shù)s (t)是在自由振動信號H(t)的每一個小區(qū)間[t，ti+1]上不超過三次的多項式，i = 1,2,…，n-1，其表達(dá)式為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力變壓器繞組工作狀態(tài)的診斷方法，其特征在于，所述的輸入信號Vi為白噪聲信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力變壓器繞組工作狀態(tài)的診斷方法，包括以下步驟(1)向激振器輸入信號Vi對變壓器繞組進(jìn)行激振，通過變壓器繞組表面的N個振動加速度傳感器采集和記錄各個測點的振動信號Voi；(2)分別對輸入信號Vi和各個測點的振動信號Voi進(jìn)行傅里葉變換，得到變壓器繞組的振動頻響曲線H(ω)；(3)對振動頻響曲線H(ω)進(jìn)行傅里葉反變換，得到變壓器繞組的自由振動信號H(t)；(4)將自由振動信號H(t)分解為若干個固有模式分量；(5)將分解得到的全部固有模式分量進(jìn)行希爾伯特變換；(6)構(gòu)造解析信號；(7)得到變壓器繞組的第k階固有頻率；(8)根據(jù)固有頻率的變化對變壓器繞組狀態(tài)進(jìn)行判別。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有診斷準(zhǔn)確、操作便捷、安全等優(yōu)點。
文檔編號G01R31/06GK103116111SQ20131002163
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者李紅雷, 黃華, 林一, 王豐華, 耿超, 金之儉 申請人:上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司, 上海交通大學(xué), 國家電網(wǎng)公司