CN112556828A - 一种变压器绕组松动故障检测方法 - Google Patents

一种变压器绕组松动故障检测方法 Download PDF

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刘力卿
魏菊芳
王伟
张鑫
马昊
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段明辉
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Abstract

本发明涉及一种变压器绕组松动故障检测方法，其技术特点是：建立绕组振动频响特性测试***；在变压器四周沿水平方向和垂直方向布置振动传感器；绕组振动频响特性测试***产生不同频率信号并设定好激励电流后，绕组发生机械振动，振动传感器测量振动加速度并将测量得到的数据发送至分析软件中；分析软件接收变压器振动加速度数据并生成绕组振动响应曲线，根据绕组振动响应曲线的变化分析变压器绕组松动故障。本发明将振动传感器布置在变压器四周，获取不同位置、不同电流下绕组振动信号，分析不同绕组振动响应曲线的相关系数，统计不同数值区间内相关系数个数的关系对绕组松动的情况进行评估，实现了对变压器绕组松动故障的准确检测功能。

Description

一种变压器绕组松动故障检测方法
技术领域
本发明属于变压器技术领域，涉及变压器故障检测，尤其是一种变压器绕组松动故障检测方法。
背景技术
变压器承担着电能变换的重要作用，其安全可靠运行对于保持电力***稳定性具有重要意义。在变压器运行过程中，常常受到外部突发短路等因素影响，产生远超额定值的短路电流和巨大的短路电动力，使变压器内部导线及绝缘材料在热力与应力的双重作用下出现变形、损伤，引起变压器绕组松动，增加变压器故障停运风险。
目前，绕组松动的检测方法主要是频率响应法、电容法和低电压阻抗法，其中，电容法和低电压阻抗法所获取的测试数据单一，只能对变压器绕组变形的整体情况进行判断，无法对绕组松动的原因进行深入分析。频率响应法通过分析绕组在不同频率下的电压响应，评估绕组变形情况，但无法反映绕组和绝缘材料的紧固情况。
发明内容
本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种变压器绕组松动故障检测方法，其利用振动信号和电信号相结合的方式，解决了现有技术无法对电流激励下机械振动所反映的绕组压紧特性进行分析的问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种变压器绕组松动故障检测方法，包括以下步骤：
步骤1、建立绕组振动频响特性测试***；
步骤2、在变压器四周沿水平方向和垂直方向布置振动传感器；
步骤3、绕组振动频响特性测试***产生不同频率信号并设定好激励电流后，绕组发生机械振动，振动传感器测量振动加速度并将测量得到的振动加速度数据发送至分析软件中；
步骤4、分析软件接收变压器振动加速度数据并生成绕组振动响应曲线，根据绕组振动响应曲线变化分析变压器绕组松动故障。
而且，所述绕组振动频响特性测试***由谐波源、中频变压器、振动传感器、数据采集卡和分析软件连接构成；所述谐波源产生50-500Hz的变频正弦电压，供给中频变压器电能；所述中频变压器起电压电流调节作用，向变压器绕组施加10-30A大小的电流；所述振动传感器采集变压器振动引起的加速度变化；所述数据采集卡将振动传感器输出信号进行A/D转换后传输到分析软件；所述分析软件负责谐波源频率控制和采集数据分析。
而且，所述振动传感器的布置方法为：首先确定水平方向传感器测点布置，测点环绕变压器绕组轴心均匀布置，以布置在变压器绕组外部辐条上为宜；然后确定垂直方向传感器测点布置，从绕组上下绝缘压板确定的垂直距离上均匀选取5-7个测点，测点保持纵向对齐并且上下绝缘压板均应布置测点。
而且，所述振动传感器采用双轴或三轴加速度传感器，通过双轴或三轴加速度传感器测量变压器轴向振动及辐向振动加速度。
而且，所述步骤4的具体实现方法为：
首先，在正常运行条件下利用分析软件接收变压器振动加速度数据并生成绕组振动频率响应曲线，作为基准曲线；
然后，对可能存在绕组松动的变压器复测绕组振动频率响应曲线，分析绕组振动响应曲线与基准曲线的变化，计算不同测点振动响应曲线的相关系数ρi，得到n个曲线相关系数ρ1,ρ2,…,ρn；
最后，设定相关系数阈值B1和B2，其中，0<B1<0.5<B2<1，分别统计0至B1区间、B1至B2区间、B2至1区间范围内相关系数的数量m1、m2和m3，根据落在不同区间内相关系数个数的关系，对绕组松动的情况进行评估，m1越大反映绕组松动故障的可能性较大，m3越大反映绕组松动故障的可能性较小。
而且，所述基准曲线为变压器首次测量得到的不同测点处绕组振动响应曲线S1,S2,…,Sn；故障检测时测量时的测试条件与基准曲线测量是的测试条件完全相同。
而且，所述绕组振动响应曲线的横轴为谐波源频率f，纵轴为振动加速度与激励电流平方之比K，K＝α/I2，其中α为轴向或辐向加速度，I为变压器输出的激励电流。
而且，所述相关系数ρi计算公式为：
Figure BDA0002790313770000021
其中，Cov(Si,Ti)为曲线S和T的协方差，D(Si)和D(Ti)分别为曲线S和T的方差。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将振动传感器在变压器四周沿水平方向和垂直方向布置，从而获取不同位置、不同电流下绕组振动信号，并利用皮尔逊相关系数法分析绕组振动频率响应曲线变化，统计不同数值区间内曲线相关系数个数的关系对绕组松动的情况进行评估，实现了对变压器绕组松动故障的准确检测功能。
2、本发明利用振动信号和电信号相结合的方式，能够获取绕组在机械激励和电激励综合作用下的响应情况，便于分析振动信号和电信号的相互影响，更全面地掌握绕组变形情况、紧固情况，解决了传统方法只利用电信号进行绕组变形判断、无法对电流激励下机械振动所反映的绕组压紧特性进行分析的问题。
附图说明
图1是本发明的绕组振动频响特性测试***的连接图；
图2是绕组振动响应曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种变压器绕组松动故障检测方法，包括以下步骤：
步骤1、建立绕组振动频响特性测试***。
本发明利用图1所示的绕组振动频响特性测试***实现故障检测功能。该绕组振动频响特性测试***主要由谐波源、中频变压器、振动传感器、数据采集卡和分析软件组成。所述谐波源产生50-500Hz的变频正弦电压，供给中频变压器电能。所述中频变压器起电压电流调节作用，向变压器绕组施加10-30A大小的电流。所述振动传感器采集变压器振动引起的加速度变化。所述数据采集卡将振动传感器输出信号进行A/D转换后传输到分析软件。所述分析软件负责谐波源频率控制和采集数据分析。
步骤2、在变压器四周沿水平方向和垂直方向布置振动传感器。
在本步骤中，为了测量变压器轴向振动加速度及辐向振动加速度，在变压器水平方向和垂直方向布置振动传感器，振动传感器测量的加速度数据通过数据采集卡可发送至分析软件中。
在振动传感器的布置过程中，首先确定水平方向传感器测点布置，测点环绕变压器绕组轴心均匀布置，以布置在变压器绕组外部辐条上为宜；然后确定垂直方向传感器测点布置，从绕组上下绝缘压板决定的垂直距离上均匀选取5-7个测点，测点应保持纵向对齐并且上下绝缘压板均应布置测点。
在本实施例中，振动传感器选用双轴或三轴加速度传感器，通过双轴或三轴加速度传感器测量变压器轴向振动及辐向振动加速度。
步骤3、绕组振动频响特性测试***产生不同频率信号并设定好激励电流后，振动传感器测量振动加速度并将测量得到的加速度数据通过数据采集卡发送至分析软件中。
步骤4、分析软件接收变压器加速度数据并生成绕组振动响应曲线，根据绕组振动响应曲线分析变压器绕组松动故障。
在本步骤中，分析软件接收变压器加速度数据并生成绕组振动响应曲线。如图2所示，绕组振动响应曲线的横轴为谐波源频率f(单位为Hz)，纵轴为振动加速度与激励电流平方之比K(单位为m·s-2·A-2)，计算公式为K＝α/I2，其中α为轴向或辐向加速度，I为中频变压器输出的激励电流。
在本发明中，可将变压器首次测量得到的不同测点处绕组振动响应曲线S1,S2,…,Sn应做为基准曲线；变压器运行一段时间后，若怀疑绕组有松动现象，应在相同条件(传感器布置、激励电流)下重新测量振动响应曲线T1,T2,…,Tn。
利用皮尔逊相关系数法分析振动响应曲线变化，计算不同测点振动响应曲线的相关系数ρi，得到n个曲线相关系数ρ1,ρ2,…,ρn。相关系数ρi计算公式为：
Figure BDA0002790313770000031
其中，Cov(Si,Ti)为曲线S和T的协方差，D(Si)和D(Ti)分别为曲线S和T的方差。
设定相关系数阈值B1、B2(0<B1<0.5<B2<1)，分别统计(0,B1),[B1,B2),[B2,1)三个区间范围内相关系数的数量m1,m2,m3，根据落在不同区间内相关系数个数的关系即可对绕组松动的情况进行评估，m1越大反映绕组松动故障的可能性较大，m3越大反映绕组松动故障的可能性较小。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种变压器绕组松动故障检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、建立绕组振动频响特性测试***；
步骤2、在变压器四周沿水平方向和垂直方向布置振动传感器；
步骤3、绕组振动频响特性测试***产生不同频率信号并设定好激励电流后，绕组发生机械振动，振动传感器测量振动加速度并将测量得到的振动加速度数据发送至分析软件中；
步骤4、分析软件接收变压器振动加速度数据并生成绕组振动响应曲线，根据绕组振动响应曲线变化分析变压器绕组松动故障。
2.根据权利要求1所述的一种变压器绕组松动故障检测方法，其特征在于：所述绕组振动频响特性测试***由谐波源、中频变压器、振动传感器、数据采集卡和分析软件连接构成；所述谐波源产生50-500Hz的变频正弦电压，供给中频变压器电能；所述中频变压器起电压电流调节作用，向变压器绕组施加10-30A大小的电流；所述振动传感器采集变压器振动引起的加速度变化；所述数据采集卡将振动传感器输出信号进行A/D转换后传输到分析软件；所述分析软件负责谐波源频率控制和采集数据分析。
3.根据权利要求2所述的一种变压器绕组松动故障检测方法，其特征在于：所述振动传感器的布置方法为：首先确定水平方向传感器测点布置，测点环绕变压器绕组轴心均匀布置，以布置在变压器绕组外部辐条上为宜；然后确定垂直方向传感器测点布置，从绕组上下绝缘压板确定的垂直距离上均匀选取5-7个测点，测点保持纵向对齐并且上下绝缘压板均应布置测点。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种变压器绕组松动故障检测方法，其特征在于：所述振动传感器采用双轴或三轴加速度传感器，通过双轴或三轴加速度传感器测量变压器轴向振动及辐向振动加速度。
5.根据权利要求2所述的一种变压器绕组松动故障检测方法，其特征在于：所述步骤4的具体实现方法为：
首先，在正常运行条件下利用分析软件接收变压器振动加速度数据并生成绕组振动频率响应曲线，作为基准曲线；
然后，对可能存在绕组松动的变压器复测绕组振动频率响应曲线，采用分析绕组振动响应曲线与基准曲线的变化，计算不同测点振动响应曲线的相关系数ρi，得到n个曲线相关系数ρ1,ρ2,…,ρn；
最后，设定相关系数阈值B1和B2，其中，0<B1<0.5<B2<1，分别统计0至B1区间、B1至B2区间、B2至1区间范围内相关系数的数量m1、m2和m3，根据落在不同区间内相关系数个数的关系，对绕组松动的情况进行评估，m1越大反映绕组松动故障的可能性较大，m3越大反映绕组松动故障的可能性较小。
6.根据权利要求5所述的一种变压器绕组松动故障检测方法，其特征在于：所述基准曲线为变压器首次测量得到的不同测点处绕组振动响应曲线S1,S2,…,Sn；故障检测时测量时的测试条件与基准曲线测量是的测试条件完全相同。
7.根据权利要求5或6所述的一种变压器绕组松动故障检测方法，其特征在于：所述绕组振动响应曲线的横轴为谐波源频率f，纵轴为振动加速度与激励电流平方之比K，K＝α/I2，其中α为轴向或辐向加速度，I为变压器输出的激励电流。
8.根据权利要求5或6所述的一种变压器绕组松动故障检测方法，其特征在于：所述相关系数ρi计算公式为：
Figure FDA0002790313760000021
其中，Cov(Si,Ti)为曲线S和T的协方差，D(Si)和D(Ti)分别为曲线S和T的方差。
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