CN106338237A - 基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法，包含以下步骤：采用频率响应法接线测量待检测变压器绕组响应端和激励端的电压和电流信号；采用测得的数据计算待检测绕组在不同频率下的阻抗值；利用待检测绕组的阻抗数据与其正常时的阻抗数据，分低频段(10～1000Hz)和中频段(1～45kHz)绘制频响阻抗曲线；利用得到的阻抗数据计算两条曲线的相关系数，进而判断绕组的变形情况。本发明利用频率响应法的接线方式，通过本发明得到其他判据诊断变压器绕组变形，与频率响应法的诊断结果互为参考，提高变压器绕组变形诊断的正确率。

Description

基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法

技术领域

本发明属于电力设备故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法。

背景技术

变压器是电力***中重要的电气设备，在电力***中担任着能量分配、电压等级转换的重要任务，其运行可靠性是电力***稳定安全运行的重要保障。实际运行统计结果表明，绕组变形是变压器最为常见的故障之一，可靠、准确地检测出变压器绕组变形对于降低电力变压器事故发生率、保障变压器安全运行具有重要意义。

频率响应法是当前国内外检测变压器绕组变形最主要的方法之一。当激励信号频率高于1kHz时，变压器绕组可以等效为一个无源线性网络，频率响应特性是这种无源线性网络的一个突出性质。对于一个确定的变压器，其频率响应特性是唯一的，当变压器由于某种故障而发生绕组变形时，其绕组等效网络的频率响应特性也会随之改变。在应用频率响应法进行测试时，在变压器绕组一侧施加正弦频率扫描信号，同时在绕组的另一侧采集该扫频信号的响应信号，然后通过处理得到绕组的频响曲线，通过对比分析故障前后绕组频响曲线的差异来判别绕组的变形情况。

在实际测试时，由于现场电磁信号的干扰，以及引线长度、接地点位置和测试夹具的接触电阻等对测试结果的影响，造成测试数据重复性差、失真，甚至造成对绕组变形的误判。因此，利用频率响应法的接线方式，研究一种新的变压器绕组故障判定方法，与频率响应法的诊断结果互为参考，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法，利用频率响应法的接线方式，通过本方法得到其他判据诊断变压器绕组变形，与频率响应法的诊断结果互为参考，提高变压器绕组变形诊断的正确率。

本发明的技术方案是，基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法，具体包含以下步骤：

步骤1：选择待检测的变压器绕组，在其一端施加正弦频率扫描信号U_S，测量在不同频率下的响应端电压U₂(f)、激励端电压U₁(f)和流过绕组的电流I(f)。

步骤2：对于上述步骤1中采集获得的电压、电流信号，通过数据处理得到不同频率下的阻抗值Z(f)。

步骤3：对于步骤2中计算得到的阻抗，分低频段(10～1000Hz)和中频段(1～45kHz)绘制频响阻抗曲线，其中横坐标为频率f，纵坐标为对应的阻抗值。同理，将变压器绕组正常时的频响阻抗曲线绘制在同一个坐标系下。

步骤4：对于步骤3中得到的曲线数据，采用相关系数法定义两条曲线的相似性，根据相似性判断绕组变形情况。

所述步骤2中，具体包含以下步骤：

步骤21：对于步骤1中测得的电压、电流信号，对于频率在10～1000Hz内测得的数据，根据公式 $\stackrel{\→}{Z}\left(f\right)=\left(\frac{{\stackrel{\→}{U}}_i\left(f\right)-{\stackrel{\→}{U}}_o\left(f\right)}{\stackrel{\→}{I}\left(f\right)}\right)=R\left(f\right)+\mathrm{jX}\left(f\right)$ 和 $\left|\stackrel{\→}{Z}\left(f\right)\right|=\sqrt{R^2\left(f\right)+X^2\left(f\right)}$ 计算中频段的阻抗值。

步骤22：对于步骤1中测得的电压、电流信号，对于频率在1～45kHz内测得的数据，根据公式 $H\left(f\right)=20\log \sqrt{R^2\left(f\right)+X^2\left(f\right)}=20\log \left(\right|\stackrel{\→}{Z}\left(f\right)\left|\right)$ 计算中频段的阻抗值。

所述步骤4中，具体包含以下步骤：

步骤41：对于步骤2中得到的曲线数据，假定其为两个长度为N的幅值序列X(i)、Y(i)，i＝0，1，……，N-1，且X(i)、Y(i)为实数。计算两个序列的标准方差，其中 ${\mathrm{\σ}}_x=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[x_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i]}^2,{\mathrm{\σ}}_y=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i]}^2.$

步骤42：对于步骤41中的两个幅值序列，计算两个序列的协方差 $C_{\mathrm{xy}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[x_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i]\×[y_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i].$

步骤43：对于步骤41中的两个幅值序列，利用步骤41中的标准方差和步骤42中的协方差，将两个序列的协方差做归一化处理

步骤44：对于步骤43中归一化后的协方差LR_xy，若1-LR_xy＜10^-10，则相关系数R_xy为10；若1-LR_xy≥10^-10，则相关系数R_xy＝-lg(1-LR_xy)。

步骤45：对于步骤44的相关系数R_xy，若R_xy＜0.6，则判定变压器绕组为严重变形；若0.6≤R_xy＜1，则判定变压器绕组为明显变形；若R_xy≥1，则绕组正常。

本发明所提供的基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法，利用频率响应法的接线方式，通过本方法得到其他判据诊断变压器绕组变形，与频率响应法的诊断结果互为参考，提高变压器绕组变形诊断的正确率。

附图说明

图1是本发明所述的基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法的流程图；

图2是本发明步骤2所述的计算不同频率下阻抗值的流程图；

图3是本发明步骤4所述的计算频响阻抗曲线相关系数方法的流程图；

具体实施方式

以下根据图1～图3，具体说明本发明的较佳实施例。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1所示，本发明所提供的基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法，具体包含以下步骤。

步骤1：选择待检测的变压器绕组，在其一端施加正弦频率扫描信号U_S，测量在不同频率下的响应端电压U₂(f)、激励端电压U₁(f)和流过绕组的电流I(f)。

步骤2：对于上述步骤1中采集获得的电压、电流信号，通过数据处理得到不同频率下的阻抗值Z(f)。

步骤21：对于步骤1中测得的电压、电流信号，对于频率在10～1000Hz内测得的数据，根据公式 $\stackrel{\→}{Z}\left(f\right)=\left(\frac{{\stackrel{\→}{U}}_i\left(f\right)-{\stackrel{\→}{U}}_o\left(f\right)}{\stackrel{\→}{I}\left(f\right)}\right)=R\left(f\right)+\mathrm{jX}\left(f\right)$ 和 $\left|\stackrel{\→}{Z}\left(f\right)\right|=\sqrt{R^2\left(f\right)+X^2\left(f\right)}$ 计算中频段的阻抗值。

步骤22：对于步骤1中测得的电压、电流信号，对于频率在1～45kHz内测得的数据，根据公式 $H\left(f\right)=20\log \sqrt{R^2\left(f\right)+X^2\left(f\right)}=20\log \left(\right|\stackrel{\→}{Z}\left(f\right)\left|\right)$ 计算中频段的阻抗值。

步骤3：对于步骤2中计算得到的阻抗，分低频段(10～1000Hz)和中频段(1～45kHz)绘制频响阻抗曲线，其中横坐标为频率f，纵坐标为对应的阻抗值。同理，将变压器绕组正常时的频响阻抗曲线绘制在同一个坐标系下。

步骤4：对于步骤3中得到的曲线数据，采用相关系数法定义两条曲线的相似性，根据相似性判断绕组变形情况。

步骤41：对于步骤2中得到的曲线数据，假定其为两个长度为N的幅值序列X(i)、Y(i)，i＝0，1，……，N-1，且X(i)、Y(i)为实数。计算两个序列的标准方差，其中 ${\mathrm{\σ}}_x=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[x_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i]}^2,{\mathrm{\σ}}_y=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i]}^2.$

步骤42：对于步骤41中的两个幅值序列，计算两个序列的协方差 $C_{\mathrm{xy}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[x_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i]\×[y_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i].$

步骤43：对于步骤41中的两个幅值序列，利用步骤41中的标准方差和步骤42中的协方差，将两个序列的协方差做归一化处理

步骤44：对于步骤43中归一化后的协方差LR_xy，若1-LR_xy＜10^-10，则相关系数R_xy为10；若1-LR_xy≥10^-10，则相关系数R_xy＝-lg(1-LR_xy)。

步骤45：对于步骤44的相关系数R_xy，若R_xy＜0.6，则判定变压器绕组为严重变形；若0.6≤R_xy＜1，则判定变压器绕组为明显变形；若R_xy≥1，则绕组正常。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

步骤1：选择待检测的变压器绕组，在其一端施加正弦频率扫描信号U_S，测量在不同频率下的响应端电压U₂(f)、激励端电压U₁(f)和流过绕组的电流I(f)。

步骤2：对于上述步骤1中采集获得的电压、电流信号，通过数据处理得到不同频率下的阻抗值Z(f)。

步骤3：对于步骤2中计算得到的阻抗，分低频段(10～1000Hz)和中频段(1～45kHz)绘制频响阻抗曲线，其中横坐标为频率f，纵坐标为对应的阻抗值。同理，将变压器绕组正常时的频响阻抗曲线绘制在同一个坐标系下。

步骤4：对于步骤3中得到的曲线数据，采用相关系数法定义两条曲线的相似性，根据相似性判断绕组变形情况。

2.如权利要求1所述的基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法，其特征在于，所述的步骤2中，具体包含以下步骤：

步骤21：对于步骤1中测得的电压、电流信号，对于频率在10～1000Hz内测得的数据，根据公式 $\stackrel{\→}{Z}\left(f\right)=\left(\frac{{\stackrel{\→}{U}}_i\left(f\right)-{\stackrel{\→}{U}}_o\left(f\right)}{\stackrel{\→}{I}\left(f\right)}\right)=R\left(f\right)+\mathrm{jX}\left(f\right)$ 和 $\left|\stackrel{\→}{Z}\left(f\right)\right|=\sqrt{R^2\left(f\right)+X^2\left(f\right)}$ 计算中频段的阻抗值。

步骤22：对于步骤1中测得的电压、电流信号，对于频率在1～45kHz内测得的数据，根据公式计算中频段的阻抗值。

3.如权利要求1所述的基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法，其特征在于，所述步骤4中，具体包含以下步骤：

步骤41：对于步骤2中得到的曲线数据，假定其为两个长度为N的幅值序列X(i)、Y(i)，i＝0，1，……，N-1，且X(i)、Y(i)为实数。计算两个序列的标准方差，其中 ${\mathrm{\σ}}_x=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[x_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{]}^2,$ ${\mathrm{\σ}}_y=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[y_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{]}^2.$

步骤42：对于步骤41中的两个幅值序列，计算两个序列的协方差 $C_{\mathrm{xy}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[x_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i]\×[y_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i].$

步骤43：对于步骤41中的两个幅值序列，利用步骤41中的标准方差和步骤42中的协方差，将两个序列的协方差做归一化处理 ${\mathrm{LR}}_{\mathrm{xy}}=C_{\mathrm{xy}}/\sqrt{{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y}.$

步骤44：对于步骤43中归一化后的协方差LR_xy，若1-LR_xy＜10^-10，则相关系数R_xy为10；若1-LR_xy≥10^-10，则相关系数R_xy＝-1g(1-LR_xy)。

步骤45：对于步骤44的相关系数R_xy，若R_xy＜0.6，则判定变压器绕组为严重变形；若0.6≤R_xy＜1，则判定变压器绕组为明显变形；若R_xy≥1，则绕组正常。