本發(fā)明涉及電網(wǎng)技術領域，尤指變壓器領域，具體涉及一種采用電容-電抗聯(lián)合分析變壓器繞組變形的方法。

背景技術：

電力變壓器作為電網(wǎng)最為貴重和復雜的設備，其可靠運行對保證電網(wǎng)安全至關重要。變壓器設備運行工況復雜，在很強的電磁場與各種干擾下運行，特別是其繞組位于變壓器核心，日常診斷其運行狀態(tài)非常困難。國內多數(shù)變壓器制造廠2010年之前生產(chǎn)的產(chǎn)品存在低壓繞組抗短路能力不足的問題，在內蒙電網(wǎng)運行的變壓器也存在諸多繞組故障，實踐證明，多臺主變在35kV繞組已發(fā)生嚴重變形或繞組已發(fā)生嚴重變形放電。若能提前準確判斷出變壓器繞組故障，則可以提前安排檢修，做到防患于未然。

中國專利申請申請?zhí)枺?01410129080.0公開了一種變壓器繞組變形綜合分析診斷方法。其包括建立采集診斷系統(tǒng)、采集變壓器繞組的數(shù)據(jù)、對頻響試驗中各相各頻段數(shù)據(jù)進行邏輯分析、區(qū)域判斷、趨勢判斷和綜合診斷等階段。本發(fā)明提供的變壓器繞組變形綜合分析診斷方法可及時、有效地對變壓器繞組變形測試數(shù)據(jù)通過綜合智能專家判別庫給出正確分析判斷結論，避免以往需對“問題”變壓器放油吊罩再做檢查繞組的步驟，大大縮短了事故變壓器的停電檢修時間，為做出技術決策提供有力的決策依據(jù)，對減少事故變壓器對外停電時間起到關鍵作用。

綜上所述，目前現(xiàn)有的介損、低電壓阻抗測試等儀器只能對變壓器的電容或電抗進行測量；即使完成預試或交接試驗，依然無法診斷出變壓器繞組是否存在變形以及變形位置。上述中國專利申請申請?zhí)枺?01410129080.0中涉及的頻晌法，雖然可以應用于變壓器繞組變形檢測，但是該項技術的靈敏性太高，經(jīng)常造成誤判，低電壓阻抗法只能測量變壓器繞組的短路電抗值，并不能明確診斷出繞組狀態(tài)。因此變壓器繞組變形的精確診斷技術研究就顯得尤為重要。

本發(fā)明人經(jīng)過多年的行業(yè)經(jīng)驗和生產(chǎn)積累，經(jīng)過反復實驗發(fā)明一種通過變壓器繞組的電容和電抗變化來確定變壓器繞組變形評估與診斷方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種變壓器繞組變形的診斷方法，可以有效診斷出變壓器繞組變形的程度與位置，具有可靠性高、診斷精確、應用性強。

為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明一種變壓器繞組變形的診斷方法，步驟1：對變壓器電壓、容量與繞組連接組別建立典型變壓器；通過計算得出電容與各典型變壓器繞組變形規(guī)律、通過計算得出電抗與各典型變壓器繞組變形規(guī)律；

步驟2：通過步驟1中的電容、電抗與典型變壓器繞組變形的變化率對比，計算得出電容與電抗聯(lián)合判斷變壓器繞組變形的電容變化率和電抗變化率所占的權重比；

步驟3：采用有限元分析方法，結合步驟2中電容與電抗聯(lián)合判斷變壓器繞組變形的權重比，建立典型變壓器繞組變形位置與聯(lián)合電容和電抗數(shù)值的對應關系，建立典型變壓器繞組各變形位置上電容和電抗數(shù)值的關系數(shù)據(jù)庫；

步驟4：通過測量現(xiàn)場變壓器繞組的電容和電抗，開始步驟1-3的順序操作，得出現(xiàn)場聯(lián)合電容和電抗與現(xiàn)場變壓器變形位置的判據(jù)；

步驟5：結合典型變壓器聯(lián)合電容和電抗與典型變壓器繞組變形位置的數(shù)據(jù)庫與現(xiàn)場變壓器電容和電抗與現(xiàn)場變壓器繞組變形位置的關系進行雙向驗證，判斷現(xiàn)場變壓器繞組是否變形；

典型變壓器電壓、容量與繞組連接的組別分別為典型220/110/10KV、典型220/35/10KV和典型110/35/10KV；

典型變壓器繞組發(fā)生變形后，其繞組間的距離隨之發(fā)生變化，并與所測的電容和電抗量建立對應關系；

各典型變壓器上繞組變形后，其典型變壓其繞組間距離發(fā)生變化與聯(lián)合電容和電抗的關系采用的有限元分析方法是通過計算機輔助工程ANSYS軟件進行建模分析，分析模擬得出各典型變壓器繞組變形位置與聯(lián)合電容和電抗的數(shù)值對應關系，并建立數(shù)據(jù)庫；

步驟2建立聯(lián)合電容變化率和電抗變化率與變壓器繞組間變形的權重為電容變化率超過5％，并且電抗變化率超過2％即可確定現(xiàn)場所測變壓器繞組發(fā)生變形；

采用步驟5中的雙向驗證，隨著采用該方法運行次數(shù)得增多，調整步驟2中電容和電抗比率的權重，可以不斷提高該方法判斷變壓器繞組變形的準確率；

所述的步驟1中典型變壓器計算電容與繞組變形規(guī)律的公式是首先計算繞組對鐵芯的幾何電容；其次計算線圈間的幾何電容；最后計算繞組對油箱的電容；

繞組對鐵芯的幾何電容計算的公式為：

式中Cwi-繞組與鐵芯間的所有介質的等值介電常數(shù)；h-繞組的軸向高度；Rw-繞組的內半徑；Ri-鐵芯的外半徑。

線圈間的幾何電容計算的公式為：

式中，ε_ωe為繞組之間介質的等值介電常數(shù)，h為繞組的總高度；R_ω2為較大繞組的內半徑；R_ω1為較小繞組的外半徑；

繞組對油箱的電容計算的公式為：

式中，ε_ω0為繞組與油箱之間的組合介質的介電常數(shù)；R_t為油箱內壁的等效半徑；R_u為繞組的外半徑；h為繞組的高度；

歸納出典型變壓器中電容與繞組變形的規(guī)律；

所述的步驟1中典型變壓器計算電抗與繞組變形規(guī)律的公式為

短路阻抗

式中，x_K為變壓器的短路電抗；W為繞組總匝數(shù)；h為繞組高度；ρ為常數(shù)，取0.96；

短路阻抗中的∑D計算公式為

式中，a₁為低壓繞組厚度；r₁為低壓繞組中心距；a₂為中/高壓繞組厚度；r₂為中/高壓繞組中心距；a₁₂繞組間距離；r₁₂繞組中心距；

歸納出典型變壓器電抗與繞組變形的規(guī)律；

步驟4中雙向驗證，隨著采用該方法運行次數(shù)得增多，調整步驟2中電容和電抗比率的權重，不斷提高該方法判斷變壓器繞組變形的準確率。

采用了上述的技術手段，本發(fā)明一種變壓器繞組變形的診斷方法的有益效果為采用變壓器繞組變形的電容量變化率計算方法、電抗變化率計算方法計算出變壓器繞組間距離變化的規(guī)律，通過規(guī)律進行判斷變壓器繞組變形的依據(jù)。同時為了確保判斷的準確建立電容與電抗兩個因素與變壓器繞組間距變形的聯(lián)合分析方法。通過電容-電抗與變壓器器繞組間距離的權重分析，將兩個因素診斷變壓器繞組變形關聯(lián)，比現(xiàn)有的主變繞組孤立的電容量測量或單獨的電抗測量，更全面，更實用。通過上述的方法本發(fā)明創(chuàng)建的繞組變形定性評估診斷模型與量化評估模型，對實現(xiàn)變壓器繞組變形的精確評估具有積極意義。同時本發(fā)明研究繞組變形專家診斷系統(tǒng)，將110kV、220kV典型變壓器繞組變形，與電容-電抗的變化規(guī)律，建立數(shù)據(jù)庫，設置繞組變形的診斷依據(jù)，能正確評估變壓器繞組變形程度與位置。對現(xiàn)場變壓器的繞組快速準確診斷具有很高的實用價值，進一步提高了變壓器繞組的運行水平。

附圖說明

如圖1所示為一種變壓器繞組變形的診斷方法的結構示意圖。

如圖2所示為一種變壓器繞組變形的診斷方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使對本發(fā)明的目的、構造、特征、及其功能有進一步的了解，茲配合實施例詳細說明如下。

實施例

如圖1所示為一種變壓器繞組變形的診斷方法的結構示意圖。變壓器繞組變形分析診斷方法包括兩個部分，分別為變壓器繞組變形定性評估診斷模塊和變壓器繞組診斷量化評估模塊。所述的第一部分變壓器繞組變形定性評估診斷模塊包括，數(shù)據(jù)采集模塊、變壓器主變主絕緣電容結構模型、變壓器主變主絕緣電抗結構模型，聯(lián)合電容電抗權重分析模塊和聯(lián)合電容電抗模擬變壓器繞組變形關系模型即建立模型。在變壓器繞組變形定性評估診斷模塊中先對典型變壓器的聯(lián)合電容電抗權重分析模塊進行權重分析，采用有限元分析方法，結合聯(lián)合電容與電抗變化率的權重分析。得出典型變壓器繞組變形位置與電容和電抗數(shù)值關系，建立數(shù)據(jù)庫。然后變壓器繞組變形定性評估診斷模塊中所述的數(shù)據(jù)采集模塊是針對變壓器繞組的電容量進行測量，然后針對變壓器繞組的電抗進行測量；創(chuàng)建主變主絕緣電容結構模型、變壓器主變主絕緣電抗結構模型計算出繞組間的距離。將測量后的電容變化率和電抗變化率進行權重計算。采用有限元分析方法，結合聯(lián)合電容與電抗變化率的權重分析。得出現(xiàn)場變壓器繞組變形位置與電容和電抗數(shù)值關系。將上述的現(xiàn)場變壓器繞組變形位置與電容和電抗數(shù)值關系與典型變壓器繞組變形位置與電容和電抗數(shù)值關系進行雙向驗證，調整聯(lián)合電容與電抗變化率的權重，更新數(shù)據(jù)庫。在本實施例中有限元分析方法是通過計算機輔助工程ANSYS軟件進行建模分析。所述第二部分變壓器繞組變形量化評估模塊為建立繞組變形量化模型數(shù)據(jù)庫。通過有限元分析方法，結合聯(lián)合電容與電抗變化率的權重分析，同時開展典型變壓器的繞組各位置變形與電容和電抗的分析，創(chuàng)建電容-電抗變化率與典型變壓器繞組變形位置數(shù)據(jù)庫。結合第一部分和第二部分順序執(zhí)行如圖2中的步驟便可判斷變壓器繞組變形。

如圖2所示為一種變壓器繞組變形的診斷方法的流程示意圖。如圖2所示步驟1：對變壓器電壓、容量與繞組連接組別建立典型變壓器；在判別定義典型變壓器后，通過計算得出電容與典型變壓器繞組變形規(guī)律、通過計算得出電抗與典型變壓器繞組變形的規(guī)律；

所述的步驟1中典型變壓器計算電容與繞組變形規(guī)律的公式是首先計算繞組對鐵芯的幾何電容；其次計算線圈間的幾何電容；最后計算繞組對油箱的電容；

繞組對鐵芯的幾何電容計算的公式為：

式中Cwi-繞組與鐵芯間的所有介質的等值介電常數(shù)；h-繞組的軸向高度；Rw-繞組的內半徑；Ri-鐵芯的外半徑。

線圈間的幾何電容計算的公式為：

式中，ε_ωe為繞組之間介質的等值介電常數(shù)，h為繞組的總高度；R_ω2為較大繞組的內半徑；R_ω1為較小繞組的外半徑；

繞組對油箱的電容計算的公式為：

式中，ε_ω0為繞組與油箱之間的組合介質的介電常數(shù)；Rt為油箱內壁的等效半徑；R_u為繞組的外半徑；h為繞組的高度；

歸納出典型變壓器中電容與繞組變形的規(guī)律；

所述的步驟1中典型變壓器計算電抗與繞組變形規(guī)律的公式為

短路阻抗

式中，x_K為變壓器的短路電抗；W為繞組總匝數(shù)；h為繞組高度；ρ為常數(shù)，取0.96；

短路阻抗中的∑D計算公式為

式中，a₁為低壓繞組厚度；r₁為低壓繞組中心距；a₂為中/高壓繞組厚度；r₂為中/高壓繞組中心距；a₁₂繞組間距離；r₁₂繞組中心距；

歸納出典型變壓器電抗與繞組變形的規(guī)律。

步驟2、通過步驟1中的電容、電抗與典型變壓器繞組變形的變化率對比，計算得出電容與電抗聯(lián)合判斷變壓器繞組變形的電容和電抗變化率所占的權重。

采用步驟2建立聯(lián)合電容變化率和電抗變化率與變壓器繞組間變形變化的權重分析中電容變化率超過5％，并且電抗變化率超過2％即可確定現(xiàn)場所測變壓器繞組發(fā)生變形。

步驟3、采用有限元分析方法，結合步驟2中電容與電抗聯(lián)合判斷變壓器繞組變形的權重，建立典型變壓器繞組變形位置與聯(lián)合電容和電抗數(shù)值的對應關系，建立典型變壓器繞組各變形位置上電容和電抗數(shù)值的數(shù)據(jù)庫。

步驟4、通過測量現(xiàn)場變壓器繞組的電容和電抗，開始步驟1-3的順序操作，得出現(xiàn)場聯(lián)合電容和電抗與現(xiàn)場變壓器變形位置的判據(jù)。

步驟5、結合典型變壓器聯(lián)合電容和電抗與典型變壓器繞組變形位置的數(shù)據(jù)庫與現(xiàn)場變壓器電容和電抗與現(xiàn)場變壓器繞組變形位置的關系進行雙向驗證一致，判斷現(xiàn)場變壓器繞組是否變形。

本發(fā)明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發(fā)明的范例。必需指出的是，已揭露的實施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反地，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內所作的更動與潤飾，均屬本發(fā)明的專利保護范圍。