CN114509649A - 一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法及***，该方法包括：步骤1,利用高精度传感器采集线圈类设备的原边电压信号、副边电压信号、以及所有绕组的工频电流信号、高频局部放电信号；步骤2，对传感器信号进行调理，将电压传感器、电流传感器的信号变换成数据采集模块的输入电压范围；步骤3，通过不同通道同时采集调理后的各路传感器信号；步骤4，获取调理后的信号，计算激磁电流的矢量和，以激磁电流的相位差变化为差异系数并作为判据，诊断线圈类设备的匝间绝缘故障。本发明能够准确、高效、便捷的诊断出绕组的匝间绝缘缺陷，并且具有短路匝数越少，诊断辨别越灵敏的特性，可以在匝间故障早期及时发现诊断并采取措施。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法及***。
背景技术
近些年来，国内各电力企业都频繁出现了变压器、互感器在运行中频繁出现匝间短路，造成停电故障。目前的试验手段大多都针对变压器、互感器的对地绝缘，对匝间绝缘的考核很少，无法在预防性试验中有效发现早期故障。变压器、互感器的匝间短路和纵绝缘缺陷，常规检测方法为测直流电阻、空载电流、感应耐压及局部放电。但上述方法较难完全确定匝间短路，且对于匝间短路不甚严重的变压器及互感器，直阻、变比、空载电流检查都难以发现问题，而耐压检查更是由于平均分配到各匝间的电压较小，有时难以发现匝间的潜在故障。在给各电力企业开展交接试验或例行试验的过程中，发现了多起设备空载电流超标、局放超标、以及匝间短路的问题，导致故障频发，已直接影响到了电网的安全稳定运行。因此，迫切需要研究新型的检测匝间故障的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法及***，通过绕组类设备电压、电流波形的采样和分析，对发绕组类设备匝间绝缘缺陷的故障进行分析，可在设备采购、交接和预防性试验等环节，大幅降低此类故障的发生。
本发明提供了一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法，包括如下步骤：
步骤1,利用高精度传感器采集线圈类设备的原边电压信号、副边电压信号、以及所有绕组的工频电流信号、高频局部放电信号；
步骤2，对传感器信号进行调理，将电压传感器、电流传感器的信号变换成数据采集模块的输入电压范围；
步骤3，通过不同通道同时采集调理后的各路传感器信号；
步骤4，获取调理后的信号，计算激磁电流的矢量和，以激磁电流的相位差变化为差异系数并作为判据，诊断线圈类设备的匝间绝缘故障。
进一步地，所述步骤1包括：
对线圈类设备各个绕组的原边电压信号、副边电压信号及电流信号进行同步采集与处理。
进一步地，所述步骤4包括：
1)同步采集所有绕组的电压及电流信号；
2)将各个绕组的电流信号按照电压比进行换算，合成所有电流信号的矢量和为激磁电流；
式中，k为各绕组实际匝数，Ik为各绕组电流，m为激磁电流；
3)利用矢量合成算法计算激磁电流大小m、相位
4)计算基准电压的大小、相位
5)计算激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
6)比较激磁电流与出厂值、交接值及历史数据的变化，若激磁电流变化量超过设定范围，则判定发生多匝短路；
7)若激励电流变化量未超过设定范围，则比较激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量，若激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量超过设定范围，则判定发生少量匝间短路故障。
进一步地，所述步骤4还包括：
获取高频电流传感器同步采集的一次电流的高频局部放电信号，对高频局部放电信号进行滤波及傅里叶变换后，在同一时域内与激磁电流相位发生变化的时域范围进行比对，作为激磁电流相位法的辅助识别判断标准。
本发明还提供了一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断***，包括传感器单元、数据调理模块、数据采集模块、数据分析处理模块；
所述传感器单元用于通过高精度电流传感器、电压传感器、高频电流传感器采集线圈类设备的原边电压信号、副边电压信号、以及所有绕组的工频电流信号、高频局部放电信号；
所述数据调理模块用于对传感器信号进行调理，将电压传感器、电流传感器的信号变换成数据采集模块的输入电压范围；
所述数据采集模块用于通过不同通道同时采集调理后的各路传感器信号；
所述数据分析处理模块用于获取调理后的信号，计算激磁电流的矢量和，以激磁电流的相位差变化为差异系数并作为判据，诊断线圈类设备的匝间绝缘故障。
进一步地，所述数据分析处理模块具体用于：
1)同步采集所有绕组的电压及电流信号；
2)将各个绕组的电流信号按照电压比进行换算，合成所有电流信号的矢量和为激磁电流；
式中，k为各绕组实际匝数，Ik为各绕组电流，m为激磁电流；
3)利用矢量合成算法计算激磁电流大小m、相位
4)计算基准电压的大小、相位
5)计算激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
6)比较激磁电流与出厂值、交接值及历史数据的变化，若激磁电流变化量超过设定范围，则判定发生多匝短路；
7)若激励电流变化量未超过设定范围，则比较激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量，若激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量超过设定范围，则判定发生少量匝间短路故障。
进一步地，所述数据分析处理模块还用于：
获取高频电流传感器同步采集的一次电流的高频局部放电信号，对高频局部放电信号进行滤波及傅里叶变换后，在同一时域内与激磁电流相位发生变化的时域范围进行比对，作为激磁电流相位法的辅助识别判断标准。
借由上述方案，通过线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法及***，取设备本身的电压及电流，计算激磁电流的矢量和，以激磁电流的相位差变化为差异系数并作为为判据，诊断线圈类设备的匝间绝缘故障。可对单相变压器、互感器实现匝间缺陷的故障诊断，无须对三相电压、电流等电气量参数进行比对计算。矢量运算后的相位差对匝数较少的匝间绝缘缺陷有更高的灵敏度，并可根据相位变化的幅度准确地表示故障或故障隐患的影响程度，综合表征变压器或互感器的绝缘状况，进而对线圈类设备的故障进行分析和诊断。通过本发明能够准确、高效、便捷的诊断出绕组的匝间绝缘缺陷，并且具有短路匝数越少，诊断辨别越灵敏的特性，可以在匝间故障早期及时发现诊断并采取措施。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法一实施例的流程图
图2是本发明基于激磁电流相位差法的原理图一；
图3是本发明基于激磁电流相位差法的原理图二。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1所示，本实施例提供了一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法，包括如下步骤：
步骤1,利用高精度传感器采集线圈类设备的原边电压信号、副边电压信号、以及所有绕组的工频电流信号、高频局部放电信号；
步骤2，对传感器信号进行调理，将电压传感器、电流传感器的信号变换成数据采集模块的输入电压范围；
步骤3，通过不同通道同时采集调理后的各路传感器信号；
步骤4，获取调理后的信号，计算激磁电流的矢量和，以激磁电流的相位差变化为差异系数并作为判据，诊断线圈类设备的匝间绝缘故障。
该方法基于各路数据采集模块的电流信号，进一步的将各个绕组的电流信号按照电压比进行换算，合成所有电流信号的矢量和为激磁电流，并计算激磁电流的大小及相位φ0；
计算工频输出电压的大小及相位φ2；
参图2、图3所示，技术原理如下：
当线圈类设备一次侧发生匝间故障时，假定短路在绕组中间某部分，设短路匝数为N12，此时绕组被分为3部分，用N11+N13来表示剩余绕组匝数，则有N11+N13＝N1-N12对于短路绕组匝数N12这一部分，其自身仍是闭合线圈，相当于产生了一个新的“变压器”绕组，仍然具有变压器的功能。因此，匝间短路可以认为等效电路结构由双绕组变成三绕组变压器，对应等效电路如图2所示。图2中：r11+r13、111+l13分别为短路后一次侧绕组的电阻和漏感，r12，l12分别为短路绕组的电阻和漏感。rd为电弧电阻，数值较小，N2绕组近似短路运行。
参图3所示，由于发生匝间短路时，匝间会带有一个小的阻性负载(接触点电阻)。所以设置负载为一个可变电阻。在未发生故障的时候由匝短和正常绕组两个部分同时励磁，在发生故障后1/(N-k)匝作为一个新的“故障绕组”。
当匝间故障发生后，设备内部原本绕组的磁势平衡被打破，新的“故障绕组”中产生的故障电流对其所在的绕组、原边绕组、剩余各个绕组均会产生影响。如果故障匝数较少时(1匝或2匝)，各绕组的电压、电流变化并不明显，但如果把故障绕组的电气量变化归算到激磁电流，激磁电流会反应出较为明显的变化，尤其是激磁电流的相位变化，变化率与变化幅度会随故障匝数的递增而减小，在短路匝数较少时其相位变化反应的尤为明显。
进一步的，利用数据分析处理模块计算激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差Δφ，
判断激磁电流相比正常值的变化量，若变化量超过设定范围，判定发生多匝短路故障；若变化量未超过设定范围，则比较相角差Δφ相比正常值的变化量,若变化量超过设定范围，判定发生少量匝间短路故障。
在本实施例中，所述步骤1包括：
对线圈类设备各个绕组的原边电压信号、副边电压信号及电流信号进行同步采集与处理。
具体地，所述步骤4包括：
1)同步采集所有绕组的电压及电流信号，采样时长25ms；
2)将各个绕组的电流信号按照电压比进行换算，合成所有电流信号的矢量和为激磁电流；
式中，k为各绕组实际匝数，Ik为各绕组电流，m为激磁电流；
3)利用矢量合成算法计算激磁电流大小m、相位
4)计算基准电压的大小、相位
5)计算激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
6)比较激磁电流与出厂值、交接值及历史数据的变化，若激磁电流变化量超过设定范围(变化较大)，则判定发生多匝短路；
7)若激励电流变化量未超过设定范围(变化较小)，则比较激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量，若激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量超过设定范围(发生很大变化)，则判定发生少量匝间短路故障(异常)。
进一步地，将采集到的高频局部放电信号与激磁电流进行时域分析，作为相位差法的辅助判据，包括：获取高频电流传感器同步采集的一次电流的高频局部放电信号，对高频局部放电信号进行滤波及傅里叶变换后，在同一时域内与激磁电流相位发生变化的时域范围进行比对，作为激磁电流相位法的辅助识别判断标准。
该方法利用变压器或互感器的电压和电流构造诊断判据，进行发电机出口电压互感器故障(绝缘缺陷)分析和诊断。根据线圈类设备激磁电流的变化幅度计算分析匝间绝缘缺陷的发展程度，根据相位差异系数均值的大小，实现对变压器互感器的匝间绝缘故障(包括故障隐患)分析和诊断。仅用设备本身的绕组电压及电流数据进行合成计算便可反映匝间绝缘的故障，且矢量运算后的相位差对匝数较少的匝间绝缘缺陷有更高的灵敏度，并可根据相位变化的幅度准确地表示故障或故障隐患的影响程度，综合表征变压器或互感器的绝缘状况，进而对线圈类设备的故障进行分析和诊断。
本实施例还提供了一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断***，包括传感器单元、数据调理模块、数据采集模块、数据分析处理模块；传感器单元,用于通过高精度电流传感器、电压传感器、高频电流传感器采集线圈类设备的原边电压信号、副边电压信号、以及所有绕组的工频电流信号、高频局部放电信号。共需要两组电流、电压传感器，分别用来测量流过各绕组的工频电流及各绕组的基准电压，用来测量流过原边绕组的高频电流。
所述数据调理模块用于对传感器信号进行调理，将电压传感器、电流传感器的信号变换成数据采集模块的输入电压范围；通过把各个传感器的信号变换成数据采集模块的合理输入电压范围可以减小信号分析处理的误差。
所述数据采集模块用于通过不同通道同时采集调理后的各路传感器信号。
所述数据分析处理模块用于获取调理后的信号，计算激磁电流的矢量和，以激磁电流的相位差变化为差异系数并作为判据，诊断线圈类设备的匝间绝缘故障。
具体地，数据分析处理模块用于：
1)同步采集所有绕组的电压及电流信号；
2)将各个绕组的电流信号按照电压比进行换算，合成所有电流信号的矢量和为激磁电流；
式中，k为各绕组实际匝数，Ik为各绕组电流，m为激磁电流；
3)利用矢量合成算法计算激磁电流大小m、相位
4)计算基准电压的大小、相位
5)计算激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
6)比较激磁电流与出厂值、交接值及历史数据的变化，若激磁电流变化量超过设定范围，则判定发生多匝短路；
7)若激励电流变化量未超过设定范围，则比较激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量，若激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量超过设定范围，则判定发生少量匝间短路故障。
进一步地，所述数据分析处理模块还用于：
获取高频电流传感器同步采集的一次电流的高频局部放电信号，对高频局部放电信号进行滤波及傅里叶变换后，在同一时域内与激磁电流相位发生变化的时域范围进行比对，作为激磁电流相位法的辅助识别判断标准。
本实施例提供的线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法及***，取设备本身的电压及电流，计算激磁电流的矢量和，以激磁电流的相位差变化为差异系数并作为为判据，诊断线圈类设备的匝间绝缘故障。可对单相变压器、互感器实现匝间缺陷的故障诊断，无须对三相电压、电流等电气量参数进行比对计算。矢量运算后的相位差对匝数较少的匝间绝缘缺陷有更高的灵敏度，并可根据相位变化的幅度准确地表示故障或故障隐患的影响程度，综合表征变压器或互感器的绝缘状况，进而对线圈类设备的故障进行分析和诊断。通过本发明能够准确、高效、便捷的诊断出绕组的匝间绝缘缺陷，并且具有短路匝数越少，诊断辨别越灵敏的特性，可以在匝间故障早期及时发现诊断并采取措施。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1,利用高精度传感器采集线圈类设备的原边电压信号、副边电压信号、以及所有绕组的工频电流信号、高频局部放电信号；
步骤2，对传感器信号进行调理，将电压传感器、电流传感器的信号变换成数据采集模块的输入电压范围；
步骤3，通过不同通道同时采集调理后的各路传感器信号；
步骤4，获取调理后的信号，计算激磁电流的矢量和，以激磁电流的相位差变化为差异系数并作为判据，诊断线圈类设备的匝间绝缘故障。
2.根据权利要求1所述的线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法，其特征在于，所述步骤1包括：
对线圈类设备各个绕组的原边电压信号、副边电压信号及电流信号进行同步采集与处理。
3.根据权利要求1所述的线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法，其特征在于，所述步骤4包括：
1)同步采集所有绕组的电压及电流信号；
2)将各个绕组的电流信号按照电压比进行换算，合成所有电流信号的矢量和为激磁电流；
式中，k为各绕组实际匝数，Ik为各绕组电流，m为激磁电流；
3)利用矢量合成算法计算激磁电流大小m、相位
4)计算基准电压的大小、相位
5)计算激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
6)比较激磁电流与出厂值、交接值及历史数据的变化，若激磁电流变化量超过设定范围，则判定发生多匝短路；
7)若激励电流变化量未超过设定范围，则比较激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量，若激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量超过设定范围，则判定发生少量匝间短路故障。
4.根据权利要求1所述的线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断方法，其特征在于，所述步骤4还包括：
获取高频电流传感器同步采集的一次电流的高频局部放电信号，对高频局部放电信号进行滤波及傅里叶变换后，在同一时域内与激磁电流相位发生变化的时域范围进行比对，作为激磁电流相位法的辅助识别判断标准。
5.一种线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断***，其特征在于，包括传感器单元、数据调理模块、数据采集模块、数据分析处理模块；
所述传感器单元用于通过高精度电流传感器、电压传感器、高频电流传感器采集线圈类设备的原边电压信号、副边电压信号、以及所有绕组的工频电流信号、高频局部放电信号；
所述数据调理模块用于对传感器信号进行调理，将电压传感器、电流传感器的信号变换成数据采集模块的输入电压范围；
所述数据采集模块用于通过不同通道同时采集调理后的各路传感器信号；
所述数据分析处理模块用于获取调理后的信号，计算激磁电流的矢量和，以激磁电流的相位差变化为差异系数并作为判据，诊断线圈类设备的匝间绝缘故障。
6.根据权利要求5所述的线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断***，其特征在于，所述数据分析处理模块具体用于：
1)同步采集所有绕组的电压及电流信号；
2)将各个绕组的电流信号按照电压比进行换算，合成所有电流信号的矢量和为激磁电流；
式中，k为各绕组实际匝数，Ik为各绕组电流，m为激磁电流；
3)利用矢量合成算法计算激磁电流大小m、相位
4)计算基准电压的大小、相位
5)计算激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
6)比较激磁电流与出厂值、交接值及历史数据的变化，若激磁电流变化量超过设定范围，则判定发生多匝短路；
7)若激励电流变化量未超过设定范围，则比较激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量，若激磁电流矢量与基准电压矢量的相角差
的变化量超过设定范围，则判定发生少量匝间短路故障。
7.根据权利要求5所述的线圈类设备匝间绝缘缺陷诊断***，其特征在于，所述数据分析处理模块还用于：
获取高频电流传感器同步采集的一次电流的高频局部放电信号，对高频局部放电信号进行滤波及傅里叶变换后，在同一时域内与激磁电流相位发生变化的时域范围进行比对，作为激磁电流相位法的辅助识别判断标准。
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