CN105606045A - 一种判断电力变压器绕组变形的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判断电力变压器绕组变形的方法，包括：在预定条件下，同步采集电力变压器绕组的各测点处的振动信号；提取各振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线；根据单频振动衰减曲线计算电力变压器绕组各测点的诊断参数值；判断诊断参数值与诊断参数平均值的差值是否处于预设范围内；当诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于预设范围内时，确定对应的测点为正常；否则，确定对应的测点存在绕组变形。本方法无任何电气连接，且无需断电，对整个电力***的运行影响很小。另外，本方法基于绕组振动产生机理，更好地反映了绕组的机械结构。此外，本发明还公开一种判断电力变压器绕组变形的***。

Description

一种判断电力变压器绕组变形的方法及***

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种判断电力变压器绕组变形的方法及***。

背景技术

大型电力变压器是电网***中的关键设备。电力变压器故障可导致输电网络中断，并造成严重的经济损失与社会影响，因此准确监测大型电力变压器是否发生故障并保证变压器的正常运行非常必要。变压器的故障分为绕组故障和铁心故障，绕组故障发生的可能性更高，且绕组故障对变压器使用寿命影响最大。绕组故障一般表现为绕组松动或者变形，这些故障可能会导致绕组匝间短路等严重情况发生，且绕组在发生故障后，抗短路冲击力的能力会急剧下降，容易发生更大程度的变形。因此对绕组状态进行评估，判断是否存在故障非常有必要。

常用的绕组故障检测技术包括频率响应法、短路阻抗法和油色谱分析法等。频率响应法是将绕组一端注入扫频信号，在另一端测量传递过来的信号计算绕组的传递函数，然后根据绕组冲击前后传递函数的变化计算得到绕组是否变形。短路阻抗法则是通过测量绕组短路阻抗的变化来检测绕组是否发生变形。油色谱分析法是根据测得的变压器油中溶解的各种气体含量结果，对变压器绝缘性能进行分析，从而判断变压器设备内部是否发生故障。但是以上三种方法存在一些缺点，前两种方法对绕组的轻中度变形诊断准确度低，其次，这两种方法都不能进行带电检测。油色谱分析法虽然可用于带电检测，但是对内部的机械结构并不敏感。

发明内容

本发明的目的是提供一种判断电力变压器绕组变形的方法。此外，本发明的目的还提供一种判断电力变压器绕组变形的***。

为解决上述技术问题，本发明提供一种判断电力变压器绕组变形的方法，包括：

在预定条件下，同步采集所述电力变压器绕组的各测点处的振动信号；

提取各所述振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线；

根据所述单频振动衰减曲线计算所述电力变压器绕组各测点的诊断参数值；

判断所述诊断参数值与诊断参数平均值的差值是否处于预设范围内；

当所述诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于所述预设范围内时，确定对应的测点为正常；否则，确定对应的测点存在绕组变形。

优选地，所述预定条件包括：下电过程或短路冲击。

优选地，所述预设范围为±20％。

优选地，当所述电力变压器绕组为三相绕组时，所述测点的个数为6个，且均匀分布于所述电力变压器的油箱表面。

一种判断电力变压器绕组变形的***，包括：

采集单元，用于在预定条件下，同步采集所述电力变压器绕组的各测点处的振动信号；

提取单元，用于提取各所述振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线；根据所述单频振动衰减曲线计算所述电力变压器绕组各测点的诊断参数值；

判断单元，用于判断所述诊断参数值与诊断参数平均值的差值是否处于预设范围内；

确定单元，用于当所述诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于所述预设范围内时，确定对应的测点为正常；否则，确定对应的测点存在绕组变形。

优选地，所述预定条件为下电过程或短路冲击。

优选地，所述预设范围为±20％。

优选地，当所述电力变压器绕组为三相绕组时，所述测点的个数为6个，且均匀分布于所述电力变压器的油箱表面。

优选地，所述采集单元包括振动传感器，所述振动传感器的数量与所述测点的数量相同。

优选地，还包括：磁座，用于将所述振动传感器固定于所述电力变压器的油箱表面。

本发明提供的判断电力变压器绕组变形的方法，通过同步采集电力变压器绕组的各测点处的振动信号以提取各振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线以计算各测点的诊断参数值。由于正常情况下，诊断参数值是不变的，或者变化很小，因此当诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于预设范围内时，确定对应的测点为正常；否则，确定对应的测点存在绕组变形。本方法与电力变压器无任何电气连接，且无需对变压器进行断电，对整个电力***的运行影响很小。此外，本方法基于绕组振动产生机理，更好地反映了绕组的机械结构，能够对绕组内部结构松动、变形等情况进行检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种判断电力变压器绕组变形的方法的流程图；

图2为本发明提供的电力变压器绕组各测点的分布示意图；

图3为本发明提供的一种判断电力变压器绕组变形的***的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种判断电力变压器绕组变形的方法及***。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

图1为本发明提供的一种判断电力变压器绕组变形的方法的流程图。如图1所示，判断电力变压器绕组变形的方法，包括：

S10：在预定条件下，同步采集电力变压器绕组的各测点处的振动信号。

在具体实施中，在电力变压器油箱表面选取多个测点，通过采集单元，例如振动传感器，采集各测点处的振动信号。振动传感器应布置在靠近绕组的油箱表面上；确保每个绕组的垂直方向被两个或两个以上的振动传感器覆盖。

需要说明的是本发明中的预定条件可以包括：下电过程或短路冲击。下电过程指的是变压器输入端(通常是高压侧)断电这一过程。

S11：提取各振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线。

对于采集到的各个测点的振动信号，先通过短时傅里叶变换法分析振动频谱分布，并提取出对应的固有频率，振动频谱图上的每个峰值分别对应每一阶的固有频率。根据每一阶固有频率的数值，分别设计一个带通滤波器，并利用此滤波器再对振动信号进行滤波，最后得到对应的单频振动衰减曲线。

S12：根据单频振动衰减曲线计算电力变压器绕组各测点的诊断参数值。

根据绕组结构特性和绝缘材料力学特性建立一个等效的绕组结构一致性模型，并根据单频衰减曲线估算各个测点的DFR(诊断参数值)。

大型电力变压器通常采用饼式线圈，可以认为一个饼式线圈主要由铜导体、绝缘垫块、绝缘纸组成。绕组结构一致性模型可以等效为一个由质量-弹簧-阻尼组成的多自由度***。根据绕组的结构特点，把单层线圈等效为一个集中的质量块，把绝缘垫片等效为一个弹性元件，铁芯的刚度可以视为无穷大。绕组的上下端为固定端，该处的位移为零。k₁，k₂…，k_n表示各个线圈之间绝缘垫块的等效弹性系数，在本文中，所有的弹性系数认为是一致的。c₁，c₂，…，c_n为变压器油对各个线圈的阻尼系数；m₁，m₂，…m_n为各个线圈的等效质量。n个单层线圈的多自由度振动***具有n个自由度，并且线圈的位移只有轴向分量，分别为x₁，x₂，…x_n。瞬态振动对应各个线圈在受力为零的情况下发生的自由振动，绕组振动方程如下所示：

$\[M\]\left\{\stackrel{\·\·}{x}\right\}+\[C\]\left\{\stackrel{\·}{x}\right\}+\[K\]\left\{x\right\}=0---\left(1\right)$

其中，M、C、K分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，{x}为单个线圈位移组成的向量。

绝缘材料刚度系数与对应的阻尼系数的比例关系如下式所示，比例系数η是一个与频率有关的参数。

$\frac{c_i}{k_i}=2\mathrm{\η}\left(\mathrm{\ω}\right),i=1,2,...n+1---\left(2\right)$

对正常绕组而言，所有的线圈具有相同的刚度系数和阻尼系数，因此该比例系数的数值大小是固定的。当绕组发生松动或者变形时，等效刚度和阻尼均会发生变化，最终导致诊断参数值会发生变化。

振型叠加法是求解多自由度振动的一种常用方法。根据该方法，任一自由度的位移大小x_j都可以分解为：

$x_j=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{q}_n{D}_{jn}---\left(3\right)$

其中，N为自由度维数，D_jn为第n阶正交模态中第j阶自由度的幅值，q_n为广义坐标下各自由度的振动幅值。

利用振型叠加法对多自由度振动进行解耦，最终结果等效为各个单自由度***发生扰动且激励力F＝0，并在时间t＝0时发生的自由振动。当阻尼系数小于临界阻尼时，第j个线圈的位移可以等效为：

$x_j\left(t\right)=\underset{n}{\Σ}{D}_{jn}{e}^{-{\mathrm{\ξ\ω}}_{n}t}(A_n{\mathrm{sin\ω}}_{d}t+B_n{\mathrm{cos\ω}}_{d}t)---\left(4\right)$

其中A_n和B_n为固定值，仅与自由度初始位移和速度有关

ω_n为第n阶无阻尼固有频率

ω_dn为无阻尼固有频率对应的有阻尼固有频率，与无阻尼固有频率之间的关系如下式所示。对于变压器绕组而言，两个频率值相近，可以等效。

ω_dn＝ω_n(1-ζ²)^1/2(5)

其中，比例系数η与阻尼系数ζ存在如下固定关系：

η(ω)＝ζ(ω)/ω(6)

阻尼系数ζ是一个与频率有关的量，特定频率ω下的阻尼系数可以由对应的单频振动衰减曲线获得。假设x₀,x₁,…x_n分别是振动衰减曲线上连续的几个波峰的幅值。当阻尼系数ζ<0.1时，阻尼系数与振动峰值之间的近似关系如下式所示。

$\mathrm{\&zeta;}\&ap;\frac{(1-x_{i+1}/x_i)}{2\mathrm{\&pi;}},i=0,1,...,n;---\left(7\right)$

最后定义一个诊断特征量DFR，如下式所示：

$DFR=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\mathrm{\&eta;}\left({\mathrm{\&omega;}}_i\right){\mathrm{\&omega;}}_i;---\left(8\right)$

其中，N为频率分量的个数。

DFR表示测点振动对应的平均阻尼系数。对于一个正常绕组而言，阻尼系数ζ应该是一个不随频率变化的量，因此DFR应该是个常数，且不同位置处的DFR值应该相同。当绕组结构发生异常时，由于结构松动导致等效阻尼和等效刚度发生变化，DFR随频率变化不再是常数。

S13：判断诊断参数值与诊断参数平均值的差值是否处于预设范围内。

S14：当诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于预设范围内时，确定对应的测点为正常；

S15：否则，确定对应的测点存在绕组变形。

当得到每个测点的诊断参数值时，可以计算这些参数的平均值，即诊断参数平均值。当任意一个诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于预设范围内时，则该测点为正常，否则该测点存在绕组变形。其中，预设范围为±20％。

本实施例提供的判断电力变压器绕组变形的方法，通过同步采集电力变压器绕组的各测点处的振动信号以提取各振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线以计算各测点的诊断参数值。由于正常情况下，诊断参数值是不变的，或者变化很小，因此当诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于预设范围内时，确定对应的测点为正常；否则，确定对应的测点存在绕组变形。本方法与电力变压器无任何电气连接，且无需对变压器进行断电，对整个电力***的运行影响很小。此外，本方法基于绕组振动产生机理，更好地反映了绕组的机械结构，能够对绕组内部结构松动、变形等情况进行检测。

图2为本发明提供的电力变压器绕组各测点的分布示意图。其中，当电力变压器绕组为三相绕组时，测点的个数为6个，且均匀分布于电力变压器的油箱表面。其中，六个测点分别如图2中的测点①、测点②、测点③、测点④、测点⑤和测点⑥。

实施例二

图3为本发明提供的一种判断电力变压器绕组变形的***的结构图。如图3所示，判断电力变压器绕组变形的***，包括：

采集单元10，用于在预定条件下，同步采集电力变压器绕组的各测点处的振动信号；

提取单元11，用于提取各振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线；根据单频振动衰减曲线计算电力变压器绕组各测点的诊断参数值；

判断单元12，用于判断诊断参数值与诊断参数平均值的差值是否处于预设范围内；

确定单元13，用于当诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于预设范围内时，确定对应的测点为正常；否则，确定对应的测点存在绕组变形。

其中，预定条件为下电过程或短路冲击。

其中，预设范围为±20％。

其中，当电力变压器绕组为三相绕组时，测点的个数为6个，且均匀分布于电力变压器的油箱表面。

由于实施例二是实施例一中的方法对应的***部分的实施例，因此，具体的实施过程请参见实施例一的描述，这里不再赘述。

其中，采集单元10包括振动传感器，振动传感器的数量与测点的数量相同。

在具体实施中，可以将振动传感器安装在测点处，用于采集测点的振动信号。振动传感器的数量与测点的数量相同。

其中，还包括：磁座，用于将振动传感器固定于电力变压器的油箱表面。

为了固定好振动传感器，可以通过磁座的磁力将振动传感器吸附于电力变压器的油箱表面。

以上对本发明所提供的判断电力变压器绕组变形的方法及***进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (10)

1.一种判断电力变压器绕组变形的方法，其特征在于，包括：

在预定条件下，同步采集所述电力变压器绕组的各测点处的振动信号；

提取各所述振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线；

根据所述单频振动衰减曲线计算所述电力变压器绕组各测点的诊断参数值；

判断所述诊断参数值与诊断参数平均值的差值是否处于预设范围内；

当所述诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于所述预设范围内时，确定对应的测点为正常；否则，确定对应的测点存在绕组变形。

2.根据权利要求1所述的判断电力变压器绕组变形的方法，其特征在于，所述预定条件包括：下电过程或短路冲击。

3.根据权利要求1所述的判断电力变压器绕组变形的方法，其特征在于，所述预设范围为±20％。

4.根据权利要求1所述的判断电力变压器绕组变形的方法，其特征在于，当所述电力变压器绕组为三相绕组时，所述测点的个数为6个，且均匀分布于所述电力变压器的油箱表面。

5.一种判断电力变压器绕组变形的***，其特征在于，包括：

采集单元，用于在预定条件下，同步采集所述电力变压器绕组的各测点处的振动信号；

提取单元，用于提取各所述振动信号中的每阶固有频率对应的单频振动衰减曲线；根据所述单频振动衰减曲线计算所述电力变压器绕组各测点的诊断参数值；

判断单元，用于判断所述诊断参数值与诊断参数平均值的差值是否处于预设范围内；

确定单元，用于当所述诊断参数值与诊断参数平均值的差值处于所述预设范围内时，确定对应的测点为正常；否则，确定对应的测点存在绕组变形。

6.根据权利要求5所述的判断电力变压器绕组变形的***，其特征在于，所述预定条件为下电过程或短路冲击。

7.根据权利要求5所述的判断电力变压器绕组变形的***，其特征在于，所述预设范围为±20％。

8.根据权利要求5所述的判断电力变压器绕组变形的***，其特征在于，当所述电力变压器绕组为三相绕组时，所述测点的个数为6个，且均匀分布于所述电力变压器的油箱表面。

9.根据权利要求5所述的判断电力变压器绕组变形的***，其特征在于，所述采集单元包括振动传感器，所述振动传感器的数量与所述测点的数量相同。

10.根据权利要求9所述的判断电力变压器绕组变形的***，其特征在于，还包括：磁座，用于将所述振动传感器固定于所述电力变压器的油箱表面。