CN102087316B - 一种v/x接线牵引变压器短路电抗在线监测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种V/X接线牵引变压器短路电抗的在线监测方法。该方法在供电臂负馈线电流为0.9至0.95倍额定电流和0.95至1.0倍额定电流的两个时段,分别测试并记录变压器进线侧和馈线侧的电压矢量和电流矢量,采用推导的公式计算获得短路电抗的初步测试值,并重复测试和计算n(n不小于20)次,获得两组初步测试数据,针对每组数据,通过判断初步测试据的相对标准偏差剔除误差大的数,若去掉数据的量小于n/4,则剩余数据的平均值即为所测短路电抗的值。该方法测试简单、准确度高,监测所得的短路阻抗随时间变化的曲线可作为监测和判断绕组变形的依据。
Description
技术领域
本发明涉及电气化铁道高压电气设备的在线监测技术,尤其涉及到V/X接线牵引变压器短路电抗在线监测技术,属电力设备状态检测技术领域。
背景技术
中国铁路建设迎来了史无前例的大发展,高速客运专线大规模建设,其总里程已经突破7000公里,武广(武汉--广州)、沪宁(上海--南京)等客运专线动车组的最高运行速度已经超过了350km/h,2010年2月19日,全国铁路单日客流量创历史新高,达到633万人次;同时重载运煤专线不断提高年运输量,如大秦铁路拟于2010年突破年运输量4亿吨的大关;高速和重载铁路的大发展对促进我国经济和社会发展具有重要意义。可见由于牵引供电设备故障而导致运输中断可能带来的负面影响也是巨大的。牵引变压器是最昂贵、最重要的牵引供电设备,在高速和部分重载铁路中,目前广泛采用V/X接线方式的变压器,这种结构的变压器用于AT供电方式可节省牵引变电所内的自耦变压器,不但节省了设备成本,减小了占地面积,同时消除了牵引变电所内AT自耦变压器出现故障概率较高的隐患。与其他类型的牵引变压器一样,绕组变形测试是一项重要的试验内容,其方法主要包括低压脉冲法、频率振荡法和短路电抗法等,由于V/X接线变压器绕组接线方式的特殊性,用于其他变压器绕组变形的在线监测方法对其并不适用,因此目前所采用的检测方法都是离线测试方法。
采用离线方法测试V/X接线牵引变压器绕组变形需要停电后才能检测,并且需要解开绕组原有的接线,测试的工作量很大,另外不能实时反映绕组变形的情况,而所发明的在V/X接线牵引变压器短路阻抗技术可用于绕组变形在线监测,克服了离线测试的上缺点,具有实时、自动地监测功能,为变压器状态检修提供基础。
发明内容
针对现有技术的状况,本发明提供一种V/X接线牵引变压器短路电抗在线监测的方法,采用该方法,可实时、自动地监测V/X变压器的短路电抗,进而有助于判断绕组变形状态,能为V/X接线的牵引变压器开展状态检修提供绕组变形方面的基础数据。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案包括如下步骤:
第一步:在a供电臂负馈线电流为0.9至0.95倍额定电流和0.95至1.0倍额定电流两个时段,分别以大于4000次/秒的采样频率记录变压器高压侧各相的电压和电流、a供电臂的正馈线和负馈线的电压和电流各10个工频周期的波形,据此,求得两个时段高压侧A、B两相之间的线电压向量A相电流向量正馈线电压向量正馈线电流向量负馈线电压向量负馈线电流向量通过下式计算拟从高压侧A、B端测试的短路电抗(xkAB)的初步测试值,
第二步:在β供电臂负馈线电流为0.9至0.95倍额定电流和0.95至1.0倍额定电流两个时段,分别以大于4000次/秒的采样频率记录变压器高压侧各相的电压和电流、β供电臂的正馈线和负馈线的电压和电流各10个工频周期的波形,据此,求得两个时段高压侧C、B两相之间的线电压向量C相电流向量正馈线电压向量正馈线电流向量负馈线电压向量负馈线电流向量通过下式计算拟从高压侧C、B端测试的短路电抗(xkCB)的初步测试值,
第三步:重复第一、第二步共n(n不小于20)次,得到两组初步测试数据,针对每组数据,分别根据其相对标准偏差剔除误差较大的数,即当相对标准偏差大于或等于0.2%时,去掉与平均值差距最大的数,按照这个方法不断去除误差最大的数,直至相对标准偏差小于0.2%为止,若去掉数据的量小于n/4,则剩余数据的平均值即为本次监测的短路阻抗值,否则,认为由于测试误差较大,放弃本次监测。
本发明涉及的原理如下:
式(1)中,K为比例系数,变压器出厂时给出,也可通过专用仪器测得。
V/X接线牵引变压器的等效电路如附图2所示。根据等效电路,在任何时候都满足式(2)和式(3)的关系。
为得到式(2)和式(3)中的电抗值,需要得到两组独立的电压和电流向量。为了得到拟从高压侧A、B端测试的短路电抗(xkAB),可以在两个时段,分别采样频率记录变压器高压侧各相的电压和电流、a供电臂的正馈线和负馈线的电压和电流若干工频周期,求得两个时段高压侧A、B两相之间的线电压向量 A相电流向量正馈线电压向量正馈线电流向量 负馈线电压向量负馈线电流向量为消除谐波对采样的影响,采样频率大于或等于40次谐波频率的2倍,即大于4000次/秒,同时为了减小误差,每次的采样周期定为10个工频周期,即0.2秒,为了减小负荷变化引起的短路电抗监测和计算误差,在确定采样时间段时以a供电臂的负荷电流做参考,分别在a供电臂负馈线电流为0.9至0.95倍额定电流和0.95至1.0倍额定负荷时采集。把两组电压和电流的向量分别代入式(2),求得:
式中,Im(X)代表复数X的虚部,Re(X)代表复数X的实部。
当变压器低压侧T接线端和F接线端短接时,从高压侧A和B端测试得到的短路阻抗为:
xkAB=xA+K2(xTa+xFa) (5)
因此求解式(4),得到短路阻抗xkAB为:
为了得到拟从高压侧C、B端测试的短路电抗(xkCB),可以在另外两个时段,记录变压器高压侧各相的电压和电流、β供电臂的正馈线和负馈线的电压和电流各若干个工频周期,求得两个阶段高压侧C、B两相之间的线电压向量C相电流向量正馈线电压向量正馈线电流向量负馈线电压向量负馈线电流向量同样为消除谐波对采样的影响,采样频率大于或等于40次谐波频率的2倍,即大于4000次/秒,为了减小误差,每次的采样周期定为10个工频周期,即0.2秒,为了减小负荷变化引起的短路电抗监测和计算误差,在确定采样时间段时以β供电臂的负荷电流做参考,分别在β供电臂负馈线电流为0.9至0.95倍额定电流和0.95至1.0倍额定负荷时采集。把两组电压和电流的向量分别代入式(3),求得:
式中,Im(X)代表复数X的虚部,Re(X)代表复数X的实部。
当变压器低压侧T接线端和F接线端短接时,从高压侧C和B端测试得到的短路阻抗为:
xkCB=xC+K2(xTβ+xFβ) (8)
因此,求解式(7),求得短路电抗xkCB为:
由于在线监测过程中,测试所得到的数据可能受到多方面因素的干扰,为了使测试数据有效,连续测试n(n不小于20)次,得到两组初步测试数据,针对每组数据,分别根据其相对标准偏差剔除误差较大的数,即当相对标准偏差大于或等于0.2%时,去掉与平均值差距最大的数,按照这个方法不断去除误差最大的数,直至相对标准偏差小于0.2%为止,若去掉数据的量小于n/4,则剩余数据的平均值即为本次监测的短路阻抗值,否则,认为由于测试误差较大,放弃本次监测。具体流程见图3。
附图说明
图1是V/X接线的牵引变压器的绕组的连接示意图;
图2是V/X接线的牵引变压器的等效电路图;
图3是短路电抗测试值数据处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明作进一步的详细说明。
实施例
对某牵引变电所1#主变(接线方式为V/X接线)的短路阻抗进行监测,其高压侧、低压侧额定电压分别为110kV、27.5kV,容量为15MVA+16.5MVA,出厂时A、B端测试的短路阻抗为67.60Ω,C和B端测试的短路阻抗为61.53Ω,投运后用精密电感分析仪测试短路电抗分别为67.40Ω和61.27Ω。
根据该在线监测的要求,需要测试变压器进线的相电压和电流,以及所有馈线的对地电压和电流,因此必须在相应位置安装电压互感器和电流互感器,一般情况下,根据计量和继电保护的要求,这些互感器已经安装在变电所内,本实例中,电流和电压的模拟信号均从计量屏和继电保护屏上获取,通过降压、滤波后由多路采集卡采集数据。根据如下步骤完成一次完整地监测:
第一步:在a供电臂负馈线电流为275A和290A两个时段,分别以4096次/秒的采样频率记录变压器高压侧各相的电压和电流、a供电臂的正馈线和负馈线的电压和电流各10个工频周期,求得两个时段高压侧A、B两相之间的线电压向量 A相电流向量 正馈线电压向量 正馈线电流向量 负馈线电压向量 负馈线电流向量 通过式(6)计算拟从高压侧A、B端测试的短路电抗,得到xkAB=67.26Ω;
第二步:在β供电臂负馈线电流为300A和320A两个时段,分别以4096次/秒的采样频率记录变压器高压侧各相的电压和电流、β供电臂的正馈线和负馈线的电压和电流各10个工频周期,求得两个时段高压侧C、B两相之间的线电压向量 C相电流向量 正馈线电压向量 正馈线电流向量 负馈线电压向量 负馈线电流向量 通过式(6)计算拟从高压侧C、B端测试的短路电抗xkCB=61.15Ω;
第三步:重复第一、第二步共20次,得到两组初步测试数据,第一组为67.44、67.15、67.30、67.26、67.42、67.37、67.24、67.07、67.39、67.24、67.31、68.20、67.43、67.36、67.13、68.00、67.44、67.43、67.23、67.42,第二组数为61.15、61.30、61.27、61.20、61.2、61.21、62.25、61.07、61.09、61.16、61.23、61.08、58.15、61.17、61.10、61.22、61.17、61.13、61.22、61.19,下面分别根据图3的流程进行数据处理;针对第一组数,求得20个数的相对标准偏差为0.42%,大于0.2%,因此去掉与均值差最大的数68.2,求得剩下19个数的相对标准偏差为0.3%,大于0.2%,因此去掉离均值差最大的数68.0,求得剩下18个数的相对标准偏差为0.16%,小于0.2%,因此短路电抗xkAB为67.31Ω,同样处理第二组数,得到短路电抗xkCB为61.18Ω。
综上所述,本次监测从A、B和C、B端测试得到的短路阻抗分别为67.31Ω和61.18Ω,与离线测试结果非常吻合。
Claims (1)
1.一种V/X接线牵引变压器短路电抗在线监测的方法,其特征在于按照如下步骤进行测试:
第一步:在α供电臂负馈线电流为0.9至0.95倍额定电流和0.95至1.0倍额定电流两个时段,分别以大于4000次/秒的采样频率记录变压器高压侧各相的电压和电流、α供电臂的正馈线和负馈线的电压和电流各10个工频周期的波形,据此,求得两个时段高压侧A、B两相之间的线电压向量A相电流向量正馈线电压向量正馈线电流向量负馈线电压向量负馈线电流向量通过下式计算拟从高压侧A、B端测试的短路电抗(xkAB)的初步测试值,
式中,K为比例系数,V/X接线牵引变压器出厂时给出,也可用仪器测得。
第二步:在β供电臂负馈线电流为0.9至0.95倍额定电流和0.95至1.0倍额定电流两个时段,分别以大于4000次/秒的采样频率记录变压器高压侧各相的电压和电流、β供电臂的正馈线和负馈线的电压和电流各10个工频周期的波形,据此,求得两个时段高压侧C、B两相之间的线电压向量C相电流向量正馈线电压向量正馈线电流向量负馈线电压向量负馈线电流向量通过下式计算拟从高压侧C、B端测试的短路电抗(xkCB)的初步测试值,
式中,K的取值与第一步相同。
第三步:重复第一、第二步共n次,n不小于20,得到两组初步测试数据,针对每组数据,分别根据其相对标准偏差剔除误差较大的数,即当相对标准偏差大于或等于0.2%时,去掉与平均值差距最大的数,按照这个方法不断去除误差最大的数,直至相对标准偏差小于0.2%为止,若去掉数据的量小于n/4,则剩余数据的平均值即为本次监测的短路阻抗值,否则,认为由于测试误差较大,放弃本次监测。
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