CN107247208A - 一种变压器匝间短路故障位置定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变压器匝间短路故障位置定位方法，该方法依据Infolycita软件建立变压器模型，并将各次侧绕组等步长划分为绕组段。测量每段绕组段的相电流，绘制短路电流‑短路匝位置关系曲线图，得到短路电流随变压器匝间短路位置的变化规律。变压器发生短路时，在短路电流‑短路匝位置关系曲线图上查找与测得的短路电流相对应的匝间短路位置，以确定变压器发生匝间短路故障的具***置。本发明提供的方法中，变压器模型的建立和各次侧绕组分的划分能够兼顾磁场和电路，避免出现漏磁，提高相电流的计算精度，进而提高短路电流‑短路匝位置关系曲线图的绘制精度，最终准确定位变压器发生匝间短路故障的具***置。

Description

一种变压器匝间短路故障位置定位方法

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种变压器匝间短路故障位置定位方法。

背景技术

变压器(Transformer)为电力***中一种重要的电气设备。变压器利用电磁感应原理能够实现电压变换、电流变换以及阻抗变换，进而起到隔离、稳压、电能分配以及电能传输的作用。由于变压器所具有的隔离、稳压、电能分配以及电能传输作用，若变压器发生故障，则会影响电网的正常运行，因而确保变压器的安全运行具有极其重要的意义。

变压器在运行中常见的故障包括绕组、套管和分接开关故障，而绕组故障为最为常见的一种故障。变压器绕组故障主要有匝间短路、线圈接地、相间短路、断线及接头开焊等。其中，匝间短路故障占绕组故障的50-60％。变压器匝间短路故障发生原因一般为绕组制造或修理过程中存在缺陷，或变压器运行过程中绕组绝缘棒发生损坏。变压器发生匝间短路故障时，绕组内的电流能够达到额定电流的几十倍。由于绕组内电流的激增，导致发生短路故障处的导线温度升高，损坏变压器的导体和绝缘材料，严重的甚至使绝缘材料燃烧，导致故障进一步扩大。由于变压器发生匝间短路故障时绕组内电流和导线温度发生变化，因此可以通过测量变压器绕组内的电流值或温度值判断变压器是否发生匝间短路故障，确定变压器匝间短路故障的位置。

通常，确定变压器匝间短路故障位置的方法包括红外测温法、电流测定法等。当变压器发生匝间短路故障时，发生短路故障处的导线温度升高。由于变压器放置于油箱内，且油箱中的油具有导热性，使得故障处高温被油箱中的油导出，进而扩散到整个油箱中。由于油箱中的温度被扩散，因而红外测温法测得到温度只能确定变压器的某一区域发生匝间短路故障，而不能具体确定发生位置，因而通过红外测温法不能准确查找出发生匝间短路故障的具***置。测定电流的方法包括电路分析等效计算法、仿真电流计算法等。变压器发生匝间短路故障时，由于变压器内部的电、磁关系发生改变，且故障机理复杂，因而传统的电路分析等效计算法不能准确计算变压器内部的电流。仿真电流计算法主要包括采用matlab建立变压器绕组模型或ANSYS等电磁场仿真软件建立变压器的三维模型后进行电流计算的方法。采用matlab建立变压器绕组模型是建立变压器绕组之间的电气量模型，并简化磁场关系，进而给出变压器发生匝间短路时的相电流和相电压。由于磁场关系简化，使得绕组间的具体磁路分布简化，进而造成漏磁现象，导致电流计算出现误差。由于电流计算出现误差，因此不能准确定位变压器发生匝间短路故障的具***置。采用ANSYS等电磁场仿真软件建立变压器的三维模型方法能够对变压器发生匝间短路故障时的漏磁场进行计算，给出漏磁场的分布规律。但由于ANSYS仿真软件只能给出有限边界内的绕组磁场分布情况，不能直接进行电气量计算，需要依靠其他方法计算电流，使用不便。综上，上述方法不能有效、准确判断变压器发生匝间短路故障的具***置。

发明内容

本发明提供一种变压器匝间短路故障位置定位方法，以解决现有定位方法无法准确定位匝间短路故障位置的问题。

本发明提供一种变压器匝间短路故障位置定位方法，所述方法包括：

依据Infolycita软件建立变压器的三维模型；

将所述变压器三维模型各次侧绕组分别等步长划分为绕组段；

所述变压器空载时，分别计算各次侧每段所述绕组段的相电流；

根据所述绕组段和所述相电流绘制短路电流-短路匝位置关系曲线图；

变压器发生短路时，根据短路电流以及所述短路电流-短路匝位置关系曲线图查找变压器匝间短路故障位置。

优选地，所述依据Infolycita软件建立变压器的三维模型包括依据Infolycita软件中的MagNet电磁场有限元分析模块建立变压器的三维模型。

优选地，所述将所述变压器三维模型各次侧绕组分别等步长划分为绕组段包括分别将所述变压器三维模型的各次侧绕组按照同一步长等步长划分为多个绕组段。

优选地，所述分别计算各次侧所述绕组段的相电流包括：

分别选取各次侧绕组中的一段绕组段；

将所选取的所述绕组段两端短接，测得通过所述绕组段的相电流；

重新分别选取所述各次侧绕组中的一段，分别计算所述相电流，直至计算完成各次侧所述绕组的所有所述绕组段的相电流。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种变压器匝间短路故障位置定位方法，该方法依据Infolycita软件建立变压器的三维模型，以仿真变压器出现匝间故障期间的电、磁变化过程。变压器三维模型建立后，将变压器三维模型各次侧绕组分别进行等步长划分，每个绕组被划分为多个绕组段。各次侧绕组分别等步长划分后，当变压器三维模型空载时，分别计算各次侧每段绕组段的相电流，即计算绕组不同位置发生匝间短路时的相电流，进而模拟出变压器高压、低压相电流变化的站台过程。根据各次侧绕组划分的绕组段及其相应的相电流绘制短路电流-短路匝位置关系曲线图，进而得到变压器发生匝间短路时短路电流随变压器匝间短路位置的变化规律。当变压器发生短路时，测得发生短路时的短路电流。在绘制的短路电流-短路匝位置关系曲线图上查找与测得的短路电流相对应的匝间短路位置，进而确定变压器发生匝间短路故障的具***置。本发明提供的变压器匝间短路故障位置定位方法中，变压器三维模型的建立和各次侧绕组分的划分能够兼顾磁场和电路，避免出现漏磁，提高相电流的计算精度，进而提高短路电流-短路匝位置关系曲线图的绘制精度。由于短路电流-短路匝位置关系曲线图的绘制精度较高，因而当根据短路电流查找匝间短路故障位置时能够准确定位变压器发生匝间短路故障的具***置，减少故障变压器的维修工作量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的变压器匝间短路故障位置定位方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的单相双绕组变压器分段结构示意图；

图3为本发明实施例提供的单相双绕组变压器一次侧匝间短路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的单相自耦变压器一次侧绕组发生匝间短路时短路电流-短路匝位置关系曲线图；

图5为本发明实施例提供的单相自耦变压器二次侧绕组发生匝间短路时短路电流-短路匝位置关系曲线图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参考附图1，附图1示出了本发明实施例提供的变压器匝间短路故障位置定位方法的流程示意图。

本发明实施例提供的变压器匝间短路故障位置定位方法具体包括：

S01：依据Infolycita软件建立变压器的三维模型。

在Infolycita软件的MagNet电磁场有限元分析模块中对变压器建立三维模型。所建立的变压器三维模型的尺寸与实际变压器的尺寸相一致。在MagNet电磁场有限元分析模块中建立三维模型能够保证分析磁路的完整性，从而避免出现漏磁现象，影响相电流的计算。

S02：将所述变压器三维模型各次侧绕组分别等步长划分为绕组段。

对建立的变压器三维模型的各次侧绕组分别进行等步长划分，进而各次侧绕组分别划分为多个绕组段，请参考附图2。各次侧绕组的等步长划分能够在保证磁场分布的线性电路完整性的基础上，确保铁磁非线性特性的磁路完整。划分步长长度的选取根据计算精度、计算复杂度和/或实际需求确定，当然，步长长度越小，计算精度越高，绘制的短路电流-短路匝位置关系曲线图越精准。为减少后期绘制短路电流-短路匝位置关系曲线图时数据的录入，各次侧绕组按照同一步长等步长划分为多个绕组段。如变压器一次侧绕组和二次侧绕组均按照步长为2匝进行等步长划分。

S03：所述变压器空载时，分别计算各次侧每段所述绕组段的相电流。

由于变压器空载时的短路电流最大，因此选择变压器空载时计算各次侧绕组的短路电流。由于变压器按照分类条件的不同而分为不同的种类，如按照相数的不同，变压器分为单相变压器和三相变压器；按照绕组形式的不同，变压器分为双绕组变压器、三绕组变压器以及自耦变压器等，变压器绕组较为复杂。为详细描述变压器中绕组的相电流计算过程，下述相电流的计算以单相双绕组变压器为例进行描述。

如附图3所示，单相双绕组变压器分为一次侧绕组和二次侧绕组。一次侧绕组被等步长分为n段绕组段，构成n+1个短路点。选取一次侧绕组中的2-3段绕组段，并将2-3段绕组段的两端短接。当一次侧绕组施加额定电压U₁时，2-3段绕组段之间的电压为0，即U_b＝0。此时，另外的两个绕组段1-2段及3-n+1段共同承受原电压，即U_a+U_c＝U₁。由于2-3段绕组段短接，因而能够计算出2-3段绕组段发生匝间短路故障时的相电流I_d。重新选取一次侧绕组中的绕组段，如1-2段，计算1-2段绕组段发生短路时的相电流。按照上述方法继续分段计算各绕组段发生短路时的相电流，经过n次计算后得到单相双绕组变压器一次侧绕组不同位置发生短路时的相电流。同理，分别计算二次侧绕组中每段绕组段发生短路时的相电流。

S04：根据所述绕组段和所述相电流绘制短路电流-短路匝位置关系曲线图。

根据一次侧绕组和二次侧绕组等步长分段的绕组段和该绕组段计算得到的相电流绘制短路电流-短路匝位置关系曲线图，进而得到变压器发生匝间短路时短路相电流随变压器匝间短路位置的变化规律，为后期变压器发生短路故障时具体故障位置的查找提供依据。

S05：变压器发生短路时，根据短路电流以及所述短路电流-短路匝位置关系曲线图查找变压器匝间短路故障位置。

当实际应用中的变压器发生短路时，测得绕组发生短路故障时的短路电流。由于记录的短路电流附带有绕组信息，因而容易确定哪侧绕组发生短路。在绘制的短路电流-短路匝位置关系曲线图上查找与测得的短路电流点相对应的匝间短路位置，进而确定变压器发生匝间短路故障的具***置。

本发明实施例以一台功率为500kV的单向自耦变压器为例对本发明实施例提供的变压器匝间短路故障位置定位方法进行具体说明，其中，单向自耦变压器的基本参数请参考表1。

表1：单向自耦变压器基本参数

根据Infolycita软件中的MagNet电磁场有限元分析模块对自耦变压器建立三维模型。所建立的自耦变压器三维模型的尺寸与实际自耦变压器的尺寸一致。在考虑计算精度及复杂度的前提下，根据一次侧和二次侧绕组的长度将一次侧绕组等步长划分为87段绕组段，将二次侧绕组等步长划分为77段绕组段。当变压器三维模型空载时，分别计算一次侧绕组和二次侧绕组个绕组段的相电流。具体计算为：对于一次侧绕组，选取一次侧绕组中87段绕组段中的任意一段，将该段绕组段短接。一次侧绕组通电后，测量该段绕组段的相电流。该段绕组段的相电流测量完毕后，再选取另一端绕组段测量相电流，直至把所有绕组段的相电流测量完成。一次侧绕组的相电流完成后，依据同样的方法测量二次侧绕组的相电流。一次侧绕组、二次侧绕组中每段绕组段的相电流请参考表2、3。分别依据表2、3所记录的数据绘制一次侧绕组发生匝间短路时短路电流-短路匝位置关系曲线图以及二次侧绕组发生匝间短路时短路电流-短路匝位置关系曲线图，附图请分别参考图4、5。

当自耦变压器在实际应用中发生短路故障时，测得绕组发生短路故障时的短路电流。由于记录的短路电流附带有绕组信息，因而容易确定是一次侧绕组发生短路还是二次侧绕组发生短路。根据得到的短路电流在短路电流-短路匝位置关系曲线图上查找与测得的短路电流点相对应的匝间短路位置，进而确定变压器发生匝间短路故障的具***置。如测得一次侧绕组发生短路，短路电流为400KVA，则在附图4中查找到的短路匝位置为16匝，即确定变压器发生匝间短路故障的位置为一次侧绕组匝数为16匝处。

表2：一次侧绕组每段绕组段的相电流

表3：二次侧绕组每段绕组段的相电流

本发明实施例提供一种变压器匝间短路故障位置定位方法，该方法依据Infolycita软件建立变压器的三维模型，以仿真变压器出现匝间故障期间的电、磁变化过程。变压器三维模型建立后，将变压器三维模型各次侧绕组分别进行等步长划分，每个绕组被划分为多个绕组段。各次侧绕组分别等步长划分后，当变压器三维模型空载时，分别计算各次侧每段绕组段的相电流，即计算绕组不同位置发生匝间短路时的相电流，进而模拟出变压器高压、低压相电流变化的站台过程。根据各次侧绕组划分的绕组段及其相应的相电流绘制短路电流-短路匝位置关系曲线图，进而得到变压器发生匝间短路时短路电流随变压器匝间短路位置的变化规律，为后期变压器发生短路故障时具体故障位置的查找提供依据。

当变压器发生短路故障时，测得绕组发生短路故障时的短路电流。由于记录的短路电流附带有绕组信息，因而容易确定哪侧绕组发生短路。在绘制的短路电流-短路匝位置关系曲线图上查找与测得的短路电流点相对应的匝间短路位置，进而确定变压器发生匝间短路故障的具***置。本发明实施例提供的变压器匝间短路故障位置定位方法中，变压器三维模型的建立和各次侧绕组分的划分能够兼顾磁场和电路，避免出现漏磁，提高相电流的计算精度，进而提高短路电流-短路匝位置关系曲线图的绘制精度。由于短路电流-短路匝位置关系曲线图的绘制精度较高，因而当根据短路电流查找匝间短路故障位置时能够准确定位变压器发生匝间短路故障的具***置，减少故障变压器的维修工作量。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种变压器匝间短路故障位置定位方法，其特征在于，所述方法包括：

依据Infolycita软件建立变压器的三维模型；

将所述变压器三维模型各次侧绕组分别等步长划分为绕组段；

所述变压器空载时，分别计算各次侧每段所述绕组段的相电流；

根据所述绕组段和所述相电流绘制短路电流-短路匝位置关系曲线图；

变压器发生短路时，根据短路电流以及所述短路电流-短路匝位置关系曲线图查找变压器匝间短路故障位置。

2.根据权利要求1所述的变压器匝间短路故障位置定位方法，其特征在于，所述依据Infolycita软件建立变压器的三维模型包括依据Infolycita软件中的MagNet电磁场有限元分析模块建立变压器的三维模型。

3.根据权利要求1所述的变压器匝间短路故障位置定位方法，其特征在于，所述将所述变压器三维模型各次侧绕组分别等步长划分为绕组段包括分别将所述变压器三维模型的各次侧绕组按照同一步长等步长划分为多个绕组段。

4.根据权利要求1所述的变压器匝间短路故障位置定位方法，其特征在于，所述分别计算各次侧所述绕组段的相电流包括：

分别选取各次侧绕组中的一段绕组段；

将所选取的所述绕组段两端短接，测得通过所述绕组段的相电流；

重新分别选取所述各次侧绕组中的一段，分别计算所述相电流，直至计算完成各次侧所述绕组的所有所述绕组段的相电流。