一種突發(fā)短路下的變壓器繞組狀態(tài)診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種信號監(jiān)測方法，具體地說是一種變壓器發(fā)生突發(fā)短路時(shí)繞組狀態(tài) 的診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，其運(yùn)行穩(wěn)定性對電力系統(tǒng)安全影響極 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，因外部短路而造成的變壓器 繞組變形故障一直居高不下，是變壓器運(yùn)行過程中較為常見的故障，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn) 行造成了很大的威脅。
[0003] 變壓器遭受突發(fā)短路后，其繞組可能首先發(fā)生松動(dòng)或輕微變形，而變壓器繞組變 形具有累積效應(yīng)，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)及修復(fù)變壓器繞組松動(dòng)或變形現(xiàn)象，則當(dāng)變壓器松動(dòng)或 變形累積到一定程度后會(huì)使變壓器的抗短路能力大幅下降，此時(shí)，即使遭受較小的短路沖 擊電流也有可能會(huì)引發(fā)大的事故發(fā)生。
[0004] 繞組變形一方面會(huì)導(dǎo)致變壓器繞組機(jī)械強(qiáng)度下降，另一方面也會(huì)使得線圈內(nèi)部局 部絕緣距離發(fā)生變化，出現(xiàn)局部絕緣薄弱點(diǎn)，當(dāng)遇到過電壓作用時(shí)，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(qiáng)增大而引起局部放電，絕緣損傷部位會(huì) 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。
[0005] 因此，在運(yùn)行過程中當(dāng)變壓器經(jīng)歷了外部短路事故后或運(yùn)行一段時(shí)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(dòng)和變形，進(jìn)而采取有效的運(yùn)維措施就顯 得十分重要，這是保障變壓器安全運(yùn)行的重要手段。
[0006] 變壓器繞組變形檢測是目前變壓器常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目之一，實(shí)際應(yīng)用中的檢測方法主 要有以下三種：
[0007] 1、短路阻抗法
[0008] 變壓器短路阻抗是變壓器繞組的漏抗和電阻的矢量和，主要反映的是變壓器器繞 組漏抗，而變壓器漏抗值主要取決于繞組的幾何尺寸。若變壓器繞組發(fā)生變形，則其漏抗也 會(huì)隨之發(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。
[0009] -般情況下，運(yùn)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(shí)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。
[0010] 按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變壓器在短路阻抗測試試驗(yàn)中，要求測量每一相的短路阻抗， 并把試驗(yàn)后所測量的短路阻抗值與以往試驗(yàn)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。
[0011] 到目前為止，短路阻抗法在長期的生產(chǎn)實(shí)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，只有在線圈整體變形情況較為嚴(yán)重時(shí)才能夠得到較明確的反映。
[0012] 2、頻響分析法
[0013] 頻響分析法的基本原理是將變壓器繞組視為一個(gè)分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，即為由對地電容 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)，用該網(wǎng)絡(luò)在頻域上的傳遞函 數(shù)H(j?)來描述其特性。若有繞組變形發(fā)生，繞組內(nèi)部的分布電感L、縱向電容K和對地電 容C等參數(shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而在網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)H(j?)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。
[0014] 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(shí)記錄該端口Vi和其它輸出端口上的電壓V。，從而得到該被試?yán)@組的一組頻響特性 曲線，其表達(dá)式為
[0015]H(jw) =vyv；
[0016] 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(yàn)，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)。
[0017] 上述兩種方法的出發(fā)點(diǎn)均是根據(jù)變壓器繞組的電參數(shù)發(fā)生變化來對其進(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(dòng)和扭曲變形狀態(tài)不能給出較為明確的判斷?？紤]到變壓器繞組 松動(dòng)或扭曲變形對其抗短路能力有很大的影響，因此需要尋求更為靈敏的繞組狀況診斷方 法。
[0018] 3、振動(dòng)分析法
[0019] 振動(dòng)分析法的基本原理是把變壓器繞組看作一個(gè)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(shí)，都可以從它的機(jī)械振動(dòng)特性變化上得到反映。繞組的振動(dòng)通過變壓器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接件傳遞到變壓器箱體，所以變壓器箱體表面檢測得到的振動(dòng)信號與變壓器的 繞組振動(dòng)特性有密切的關(guān)系。考慮到突發(fā)短路下變壓器箱體表面振動(dòng)信號主要為繞組振 動(dòng)，因此，可將變壓器箱體表面的振動(dòng)信號分析作為變壓器繞組故障診斷的一個(gè)途徑。與前 述電氣測量法相比較，振動(dòng)分析法的最大優(yōu)點(diǎn)是可通過吸附在變壓器箱壁上的振動(dòng)傳感器 來獲得變壓器的振動(dòng)信號，通過分析其振動(dòng)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(dòng)等）發(fā)生變化，都可以從它的振動(dòng)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(dòng)傳感器置于箱壁上的振動(dòng)檢測與整個(gè) 強(qiáng)電系統(tǒng)沒有直接的連接，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】

[0020] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種突發(fā)短路下的變壓器繞組狀態(tài)診斷方 法，能夠通過在線監(jiān)測變壓器突發(fā)短路時(shí)變壓器箱壁振動(dòng)信號對繞組工作狀態(tài)進(jìn)行判別。
[0021] 解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0022] 一種突發(fā)短路下的變壓器繞組狀態(tài)診斷方法，包括以下步驟：
[0023] (1)對變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)短路監(jiān)測，并且，每當(dāng)檢測到變壓器發(fā)生突發(fā)短路時(shí)采集變 壓器箱壁的一段連續(xù)的振動(dòng)信號，并通過以下步驟（2)至步驟（5)的方法計(jì)算出每一次變 壓器發(fā)生突發(fā)短路時(shí)所采集振動(dòng)信號的希爾伯特能量譜能量分布；其中，變壓器發(fā)生突發(fā) 短路時(shí)對變壓器箱壁采集振動(dòng)信號的開始時(shí)間應(yīng)盡量接近于變壓器發(fā)生突發(fā)短路的起始 時(shí)刻、對變壓器箱壁采集振動(dòng)信號的結(jié)束時(shí)間可通過現(xiàn)有的振動(dòng)檢測裝置進(jìn)行判斷，以盡 量完整的采集到變壓器箱壁由于變壓器發(fā)生突發(fā)短路而產(chǎn)生的振動(dòng)信號；
[0024] 上述每一次變壓器發(fā)生突發(fā)短路時(shí)從變壓器箱壁所采集到的振動(dòng)信號表示為 X〇(t);
[0025] (2)按照下述步驟根據(jù)振動(dòng)信號X(](t)構(gòu)造窄帶白噪聲信號g(t):
[0026] 2a.對振動(dòng)信號x。(t)進(jìn)行傅里葉變換，得到振動(dòng)信號x。(t)的頻譜分布；本步驟 中傅里葉變換是本領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)學(xué)方法，因此發(fā)明人在此不再進(jìn)行詳細(xì)的描述；
[0027] 2b.根據(jù)振動(dòng)信號X(](t)的頻譜分布生成白噪聲信號S(](t)，其中白噪聲信號S(](t) 的幅值A(chǔ)的表達(dá)式為
[0028]
[0029] 式中，K為系數(shù)，系數(shù)K取值為振動(dòng)信號X(](t)幅值平均值的1/10 ;Nf為振動(dòng)信號 x〇(t)頻譜分量中最高頻率分量fH與50Hz的比值= 1，2, ...，Nf)為振動(dòng)信號x0(t)的 各個(gè)頻率分量；ai(i= 1，2,…，Nf)為振動(dòng)信號x。(t)的各個(gè)頻率分量對應(yīng)的幅值；
[0030] 2c.使用巴特沃斯帶通濾波器對白噪聲信號S(](t)進(jìn)行濾波，得到窄帶白噪聲信號 g(t);所述巴特沃斯帶通濾波器的傳遞函數(shù)表達(dá)式為
[0031]
[0032] 式中，0^=12 4為低頻截止頻率，為振動(dòng)信號xjt)頻譜分量中的最低頻率 分量，I為低頻帶寬系數(shù)，通常取1. 5 ; ?KH2fH為高頻截止頻率，fH為振動(dòng)信號x。(t) 頻譜分量中的最高頻率分量，KH為高頻帶寬系數(shù)，通常取0. 8 ;m為濾波器階數(shù)；《= 2f 為角頻率，f= 50 ;
[0033] (3)將振動(dòng)信號X(](t)與窄帶白噪聲信號g(t)進(jìn)行相加，得到疊加信號x(t)，按 照下述步驟將疊加信號x(t)分解為若干個(gè)固有模式函數(shù)分量（Intr