一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，屬于輸變電 設(shè)備狀態(tài)在線智能監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著電能變換、網(wǎng)絡(luò)互連的重要作用，對(duì)電網(wǎng)的安全 穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。若變壓器繞組壓緊狀態(tài)劣化，繞組軸向穩(wěn)定性減小，繞組抗短路電流沖 擊的能力減弱。當(dāng)短路電流引發(fā)的電磁力超過變壓器繞組材料的彈性極限，變壓器繞組將 產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形也即繞組變形。變壓器運(yùn)行時(shí)繞組會(huì)受到2倍于基頻的交變電磁 力。根據(jù)材料力學(xué)的常識(shí)，材料在交變應(yīng)力作用下會(huì)受到疲勞破壞，疲勞破壞的最大應(yīng)力遠(yuǎn) 低于繞組材料的抗拉強(qiáng)度，破壞前雖無(wú)明顯的塑性變形，但易發(fā)生細(xì)小的脆性裂痕。據(jù)統(tǒng) 計(jì)，繞組的松動(dòng)變形是變壓器的主要故障，已經(jīng)上升到事故率的首位。
[0003] 由于振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電力變壓器無(wú)電氣連接，具有靈敏度高、安全可靠的優(yōu) 點(diǎn)，能較好的檢測(cè)電力變壓器繞組的機(jī)械狀態(tài)而成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。其中，中國(guó)電力 科學(xué)研究院、上海交通大學(xué)和沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)等在失電狀態(tài)下研究繞組預(yù)緊力對(duì)繞組軸向振 動(dòng)特性的影響，測(cè)取變壓器繞組在失電狀態(tài)下的固有頻率，試驗(yàn)表明繞組一階固有頻率在 不同預(yù)緊力下一般處于l〇〇Hz-200Hz之間，但由于繞組軸向安培力包含穩(wěn)定分量和交流分 量，在分析預(yù)緊力對(duì)變壓器繞組固有頻率的影響中未計(jì)及安培力穩(wěn)定分量的影響。
[0004] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)：中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110275583. 5,專利名稱為：一 種變壓器繞組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)方法，該專利采集變壓器箱壁的振動(dòng)信號(hào)，通過比較箱 壁振動(dòng)信號(hào)IOOHz分量幅值與變壓器箱壁振動(dòng)模型期望值的大小判別繞組的松動(dòng)或變形 狀態(tài)，但變壓器振動(dòng)信號(hào)中IOOHz分量不具有反映繞組固有頻率的作用；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?為201210193931. 9,專利名稱為：電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷與故障初步定位系統(tǒng)及方 法，該專利雖然采取在變壓器油箱上表面放置3個(gè)振動(dòng)傳感器的方式測(cè)量振動(dòng)信號(hào)，但該 專利是用來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器鐵芯松動(dòng)的故障診斷，不能實(shí)現(xiàn)繞組軸向壓緊狀態(tài)的識(shí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān) 測(cè)方法及系統(tǒng)，根據(jù)繞組安培力穩(wěn)定分量對(duì)繞組固有頻率的影響，從變壓器油箱振動(dòng)信號(hào) 中提取繞組線餅固有頻率的振動(dòng)信號(hào)，并根據(jù)其頻率變化規(guī)律監(jiān)測(cè)變壓器繞組軸向壓緊狀 ??τ O
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法，包括兩個(gè)部分：
[0008] 第一步，在電力變壓器負(fù)載運(yùn)行且未發(fā)生繞組軸向預(yù)緊力減小時(shí)建立頻譜曲線峰 值的頻率值與負(fù)載電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)，具體步驟如下：
[0009] 步驟1，預(yù)設(shè)采樣頻率和采樣時(shí)間，采集電力變壓器在不同負(fù)載電流下繞組對(duì)應(yīng)油 箱上表面的振動(dòng)信號(hào)，且相同負(fù)載電流至少采樣3次；
[0010] 步驟2,對(duì)步驟1采集的振動(dòng)信號(hào)降噪后進(jìn)行傅立葉變換，提取IOOHz振動(dòng)分量的 幅值；
[0011] 步驟3,在IOOHz~200Hz頻率范圍內(nèi)，提取頻譜曲線峰值對(duì)應(yīng)的頻率值，若頻譜曲 線峰值對(duì)應(yīng)的幅值大于IOOHz振動(dòng)分量的T 1為第一閥值，則記錄并存儲(chǔ)該頻譜曲線 峰值對(duì)應(yīng)的頻率值；
[0012] 步驟4,從步驟3存儲(chǔ)的頻率值中篩選出隨著負(fù)載電流的增大而減小的頻率值，并 建立該頻率值與負(fù)載電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)；
[0013] 第二步，利用該對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)監(jiān)測(cè)繞組軸向預(yù)緊力是否減小是在待監(jiān)測(cè)的負(fù)載運(yùn)行 的電力變壓器上進(jìn)行，具體步驟如下：
[0014] 步驟5,在待監(jiān)測(cè)的負(fù)載運(yùn)行的電力變壓器上，重復(fù)步驟1-步驟4,得到隨負(fù)載電 流增大而減小的頻率值與負(fù)載電流的新的對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)；
[0015] 步驟6,對(duì)比步驟5與步驟4得到的兩個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)，若在相同負(fù)載電流下，在步 驟5得到的對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)中對(duì)應(yīng)的頻率值小于在步驟4得到的對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)中對(duì)應(yīng)的頻率值， 且兩者之差大于故障閥值τ 2，則判定繞組軸向預(yù)緊力減小，否則回到步驟5。
[0016] 優(yōu)選的，步驟3所述τ i取值為〇. 2。
[0017] 優(yōu)選的，步驟6所述τ 2取值為〇. IHz。
[0018] -種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括振動(dòng)信號(hào)采集模塊、負(fù)載 電流采集模塊、分析控制模塊、存儲(chǔ)模塊；
[0019] 所述振動(dòng)信號(hào)采集模塊用于采集電力變壓器在不同負(fù)載電流下繞組對(duì)應(yīng)油箱上 表面的振動(dòng)信號(hào)并傳輸給分析控制模塊；
[0020] 負(fù)載電流采集模塊用于采集電力變壓器的負(fù)載電流并傳輸給分析控制模塊；
[0021] 分析控制模塊用于對(duì)振動(dòng)信號(hào)降噪并進(jìn)行傅立葉變換，提取IOOHz~200Hz氛圍 內(nèi)頻譜曲線峰值對(duì)應(yīng)的頻率值，并且將幅值大于IOOHz振動(dòng)分量τ i %的頻率值存儲(chǔ)到存儲(chǔ) 模塊中，在電力變壓器負(fù)載運(yùn)行且未發(fā)生預(yù)緊力減小、電力變壓器負(fù)載運(yùn)行并處于待監(jiān)測(cè) 這兩種情況下，建立該頻率值與負(fù)載電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)；比較上述兩種情況下，相同負(fù)載電 流在兩個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)中對(duì)應(yīng)的頻率值，在兩者之差大于故障閥值時(shí)，判定繞組軸向預(yù)緊力 減小；
[0022] 存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)電力變壓器的負(fù)載電流信息和分析控制模塊分析得到的隨負(fù) 載電流的增大而減小的頻率值與負(fù)載電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)信息。
[0023] 進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括輸出顯示模塊、聲音報(bào)警模塊，所述輸出顯示模塊、聲音 報(bào)警模塊分別與分析控制模塊連接。
[0024] 優(yōu)選的，所述振動(dòng)信號(hào)采集模塊包括振動(dòng)加速度傳感器、振動(dòng)信號(hào)采集儀，所述振 動(dòng)加速度傳感器經(jīng)振動(dòng)信號(hào)采集儀與分析控制模塊連接。
[0025] 優(yōu)選的，所述負(fù)載電流采集模塊包括霍爾電流傳感器、電流信號(hào)采集儀，所述霍爾 電流傳感器經(jīng)電流信號(hào)采集儀與分析控制模塊連接。
[0026] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0027] 本發(fā)明一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，根據(jù)軸向安培力 穩(wěn)定分量作用下繞組上層線餅固有頻率減小的特征，在變壓器油箱上表面的振動(dòng)信號(hào)中提 取繞組上層線餅的固有頻率，通過跟蹤觀測(cè)固有頻率的變化趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)電力變壓器繞組軸向 壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，具有物理意義清晰和實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是本發(fā)明電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0029] 圖2是本發(fā)明電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法的控制流程圖。
[0030] 圖3是本發(fā)明電力變壓器高低壓繞組漏磁場(chǎng)的分布圖。
[0031] 圖4是本發(fā)明電力變壓器繞組安培力軸向分布圖。
[0032] 圖5是本發(fā)明軸向安培力穩(wěn)定分量作用下電力變壓器繞組線餅固有頻率的變化 圖。
[0033] 圖6(a) -圖6(d)分別是本發(fā)明電力變壓器A相繞組標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力下，負(fù)載電流為 40 %、60 %、80 %、100 %額定電流時(shí)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜圖。
[0034] 圖7(a) -圖7(d)分別是本發(fā)明電力變壓器A相繞組50%預(yù)緊力下，負(fù)載電流為 40 %、60 %