CN108917906B - 一种牵引变压器绕组变形故障检测方法 - Google Patents
一种牵引变压器绕组变形故障检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种牵引变压器绕组变形故障检测方法，通过图像处理的方法，获得频响曲线的特征参量，通过代入由该类变压器故障数据库拟合得到的公式诊断绕组的轴向移位和径向变形以及变形的程度，具体步骤为：测试绕组频率响应曲线；利用图像处理的方法提取频率段为100kHz‑600kHz的频率响应曲线的特征值，代入由该类变压器故障数据库拟合得到的公式判断是否存在对应特征的故障；若存在故障则进一步判断故障的程度。本发明利用了图像处理的方法，能对牵引变压器绕组常见故障类型及故障程度进行诊断，克服了传统频响法的缺点，能为缺乏相关经验的工程师在统一的框架上进行故障诊断。
Description
技术领域
本发明属于电力设备故障诊断技术领域，具体涉及一种牵引变压器绕组变形的诊断方法。
背景技术
牵引变压器是牵引供电***的核心设备，其能否可靠运行直接关系到牵引供电***的安全与稳定。由于牵引负荷波动性较大，短时会出现严重的过负荷现象，且易发生短路故障。绕组在大电流冲击下会承受巨大的电磁力，当其机械强度不足时，可能发生各种形变，有整体的轴向移位，局部的曲翘变形等。
频率响应法由于其抗干扰能力强，灵敏度高，重复性好等优点，是目前国内外诊断绕组变形的主要方法之一，通过同一台变压器的目前记录和历史记录的幅频比较、相同型号的变压器与同厂同期生产的变压器之间幅频的比较、同一台变压器不同相之间的幅频比较来诊断变压器绕组的故障。但是目前没有一个统一的标准来评估两条频响曲线的差异，需要经验丰富的专家才能够做出判断，因此需要研究牵引变压器绕组故障检测方法，为缺乏相关经验的工程师在统一的框架上进行故障诊断，这对于未来牵引变压器的运维具有重大的意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种牵引变压器绕组变形故障检测方法，该方法利用了图像处理的方法，能对牵引变压器绕组常见故障类型及故障程度进行诊断。
本发明是通过如下技术手段实现的：
一种牵引变压器绕组变形故障检测方法，包括以下步骤：
1)对同一批次的n台同类型牵引变压器绕组进行频率响应测试，得到这n台变压器的平均幅值Y随频率f变化的频率响应曲线Y1(f)，并以平均频率响应曲线Y1(f)为参考频率响应；
2)绘制出100kHz-600kHz频段内第i台变压器测试频率响应曲线与参考频率响应曲线，计算频响曲线之间的相关系数R，计算公式如下：
式中Y1(f)是参考频响曲线，Y2(f)是第i台变压器测试频率响应曲线；
3)判断绕组频率响应曲线相关系数R值大小，若R≥1时则认为该台变压器绕组正常，否则认为存在缺陷，并利用图像处理的方法，计算参考频率响应曲线与曲线下方横坐标围成区域的形心坐标G1(f,Y)以及测试频率响应曲线与曲线下方横坐标围成区域的形心坐标G2(f,Y)，计算测试频率响应曲线与参考频率响应曲线围成区域的面积S；
4)对面积S和形心坐标G1、G2进行归一化处理，归一到同一像素下，公式如下：
式中H表示所处理图片高度方向的像素点，W表示所处理图片宽度方向的像素点；
5)计算归一化后的形心坐标的偏移度ΔG*(f,Y)
ΔG*(f,Y)＝G1 *(f,Y)-G2 *(f,Y)
6)判断ΔG*(f,Y)是否满足径向变形形心偏移公式
Y＝Gr(f)
式中Gr(f)的具体形式通过同类牵引变压器绕组径向变形故障数据库拟合得到。
若|Gr(f)-Y|/Y≤1％，则认为该绕组存在径向变形，转到步骤7)进一步诊断径向变形的程度，否则判断ΔG*(f,Y)是否满足轴向移位形心偏移公式：
Y＝Ga(f)
式中Ga(f)的具体形式通过同类牵引变压器绕组轴向移位故障数据库拟合得到。
若|Ga(f)-Y|/Y≤1％，则认为该绕组存在轴向移位变形，转到步骤8)进一步诊断轴向移位的故障程度；
7)将步骤4)中的S*代入面积S与径向变形程度D的表达式
S＝Fr(D)
式中Fr(D)的具体形式通过同类牵引变压器绕组径向变形故障数据库拟合得到。计算得到D即为径向变形程度的百分比，当D≤2，绕组出现轻微变形，当2<D≤5，绕组出现中度变形，当D>5，绕组出现严重变形；
8)将步骤4)中的S*代入面积S与轴向移位程度的表达式
S＝Fa(D)
式中Fa(D)的具体形式通过同类牵引变压器绕组轴向移位故障数据库拟合得到。计算得到D即为轴向移位程度的百分比，当D≤2，绕组出现轻微变形，当2<D≤5，绕组出现中度变形，当D>5，绕组出现严重变形。
本发明的有益效果在于，利用了图像处理的方法，对牵引变压器绕组常见故障类型及故障程度进行诊断，克服了传统频响法的缺点，能为缺乏相关经验的工程师在统一的框架上进行故障诊断。
附图说明
图1为本发明中绕组变形故障检测方法流程图。
图2为本发明中绕组正常情况以及发生1％-5％轴向移位故障的频响曲线图
图3为本发明中轴向移位故障下形心坐标偏移度f与Y的曲线拟合图。
图4为本发明中轴向移位故障下面积S与故障程度D曲线拟合图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施流程作进一步的详述。
1.一种牵引变压器绕组变形故障检测方法，包括以下步骤：
1)对同一批次的n台同类型牵引变压器绕组进行频率响应测试，得到这n台变压器的平均幅值Y随频率f变化的频率响应曲线Y1(f)，并以平均频率响应曲线Y1(f)为参考频率响应；
2)绘制出100kHz-600kHz频段内第i台变压器测试频率响应曲线与参考频率响应曲线，计算频响曲线之间的相关系数R，计算公式如下：
式中Y1(f)是参考频响曲线，Y2(f)是第i台变压器测试频率响应曲线；
3)判断绕组频率响应曲线相关系数R值大小，若R≥1时则认为该台变压器绕组正常，否则认为存在缺陷，并利用图像处理的方法，计算参考频率响应曲线与曲线下方横坐标围成区域的形心坐标G1(f,Y)以及测试频率响应曲线与曲线下方横坐标围成区域的形心坐标G2(f,Y)，计算测试频率响应曲线与参考频率响应曲线围成区域的面积S；
4)对面积S和形心坐标G1、G2进行归一化处理，归一到同一像素下，公式如下：
式中H表示所处理图片高度方向的像素点，W表示所处理图片宽度方向的像素点；
5)计算归一化后的形心坐标的偏移度ΔG*(f,Y)
ΔG*(f,Y)＝G1 *(f,Y)-G2 *(f,Y)
6)判断ΔG*(f,Y)是否满足径向变形形心偏移公式
Y＝Gr(f)
式中Gr(f)的具体形式通过同类牵引变压器绕组径向变形故障数据库拟合得到。
若|Gr(f)-Y|/Y≤1％，则认为该绕组存在径向变形，转到步骤7)进一步诊断径向变形的程度，否则判断ΔG*(f,Y)是否满足轴向移位形心偏移公式：
Y＝Ga(f)
式中Ga(f)的具体形式通过同类牵引变压器绕组轴向移位故障数据库拟合得到。
若|Ga(f)-Y|/Y≤1％，则认为该绕组存在轴向移位变形，转到步骤8)进一步诊断轴向移位的故障程度；
7)将步骤4)中的S*代入面积S与径向变形程度D的表达式
S＝Fr(D)
式中Fr(D)的具体形式通过同类牵引变压器绕组绕组径向变形故障数据库拟合得到。计算得到D即为径向变形程度的百分比，当D≤2，绕组出现轻微变形，当2<D≤5，绕组出现中度变形，当D>5，绕组出现严重变形；
8)将步骤4)中的S*代入面积S与轴向移位程度的表达式
S＝Fa(D)
式中Fa(D)的具体形式通过同类牵引变压器绕组轴向移位故障数据库拟合得到。计算得到D即为轴向移位程度的百分比，当D≤2，绕组出现轻微变形，当2<D≤5，绕组出现中度变形，当D>5，绕组出现严重变形。
下面以型号为QYS-R-(31500+25000)/220的牵引变压器绕组轴向移位数据库为例，对Y＝Ga(f)和S＝Fa(D)的具体形式进行说明，并非进行限定。
图2所示为牵引变压器牵引绕组正常情况以及发生1％-5％轴向移位故障的频响曲线图。根据频响曲线数据，利用图像处理方法，计算得到正常和不同轴向移位故障的形心坐标，进行归一化处理后形心坐标G*(f,Y)为：正常情况G1 *(0.6285,0.5703)，1％轴向故障G21 *(0.6267，0.5708)，2％轴向故障G22 *(0.6238，0.5715)，3％轴向故障G23 *(0.6209，0.5724)，4％轴向故障G24 *(0.6170，0.5734)，5％轴向故障G25 *(0.6119，0.5745)，同时计算得到不同轴向移位频率响应曲线与正常频率响应曲线围成区域的面积，进行归一化处理后面积S*为：1％轴向移位S1 *＝0.0145，2％轴向移位S2 *＝0.0238，3％轴向移位S3 *＝0.0325，4％轴向移位S4 *＝0.0429，5％轴向移位S5 *＝0.0554。
计算归一化后的形心坐标的偏移度ΔG*(f,Y)：1％轴向故障ΔG21 *(-0.0018，0.0005)，2％轴向故障ΔG22 *(-0.0047，0.0012)，3％轴向故障ΔG23 *(-0.0076，0.0021)，4％轴向故障ΔG24 *(-0.0115，0.0031)，5％轴向故障ΔG25 *(-0.0166，0.0042)。
绘制形心坐标偏移度f与Y的曲线图，并拟合出函数关系式，如图3所示。得到轴向移位形心偏移公式：
Y＝360.20415×f3+6.745×f2-0.23946×f
绘制不同程度轴向移位与相应面积的关系图，并拟合出函数关系式，如图4所示。得到面积S与轴向移位程度D的表达式：
S＝(5.019×10-4)D3+(-3.11×10-3)D2+(0.0166)D。
Claims (1)
1.一种牵引变压器绕组变形故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对同一批次的n台同类型牵引变压器绕组进行频率响应测试，得到这n台变压器的平均幅值Y随频率f变化的频率响应曲线Y1(f)，并以平均频率响应曲线Y1(f)为参考频率响应；
2)绘制出100kHz-600kHz频段内第i台变压器测试频率响应曲线与参考频率响应曲线，计算频响曲线之间的相关系数R，计算公式如下：
式中Y1(f)是参考频响曲线，Y2(f)是第i台变压器测试频率响应曲线；
3)判断绕组频率响应曲线相关系数R值大小，若R≥1时则认为该台变压器绕组正常，否则认为存在缺陷，并利用图像处理的方法，计算参考频率响应曲线与曲线下方横坐标围成区域的形心坐标G1(f,Y)以及测试频率响应曲线与曲线下方横坐标围成区域的形心坐标G2(f,Y)，计算测试频率响应曲线与参考频率响应曲线围成区域的面积S；
4)对面积S和形心坐标G1、G2进行归一化处理，归一到同一像素下，公式如下：
式中H表示所处理图片高度方向的像素点，W表示所处理图片宽度方向的像素点；
5)计算归一化后的形心坐标的偏移度ΔG*(f,Y)
ΔG*(f,Y)＝G1 *(f,Y)-G2 *(f,Y)
6)判断ΔG*(f,Y)是否满足径向变形形心偏移公式
Y＝Gr(f)
式中Gr(f)的具体形式通过同类牵引变压器绕组径向变形故障数据库拟合得到；
若|Gr(f)-Y|/Y≤1％，则认为该绕组存在径向变形，转到步骤7)进一步诊断径向变形的程度，否则判断ΔG*(f,Y)是否满足轴向移位形心偏移公式：
Y＝Ga(f)
式中Ga(f)的具体形式通过同类牵引变压器绕组轴向移位故障数据库拟合得到；
若|Ga(f)-Y|/Y≤1％，则认为该绕组存在轴向移位变形，转到步骤8)进一步诊断轴向移位的故障程度；
7)将步骤4)中的S*代入面积S与径向变形程度D的表达式
S＝Fr(D)
式中Fr(D)的具体形式通过同类牵引变压器绕组径向变形故障数据库拟合得到；
计算得到D即为径向变形程度的百分比，当D≤2，绕组出现轻微变形，当2<D≤5，绕组出现中度变形，当D>5，绕组出现严重变形；
8)将步骤4)中的S*代入面积S与轴向移位程度的表达式
S＝Fa(D)
式中Fa(D)的具体形式通过同类牵引变压器绕组轴向移位故障数据库拟合得到；
计算得到D即为轴向移位程度的百分比，当D≤2，绕组出现轻微变形，当2<D≤5，绕组出现中度变形，当D>5，绕组出现严重变形。
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