CN115453419A - 一种基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法,属于变电设备技术领域。本发明根据磁动势平衡关系,将双绕组单相变压器二次侧归算到一次侧的Π等效电路模型,用正弦函数表示变压器一、二次侧的电压差和电流,最终得到ΔU‑I在笛卡尔坐标系的轨迹;建立变压器的短路前ΔU‑I历史轨迹数据库;通过监测ΔU‑I轨迹的自身变化以及与历史轨迹数据库中的数据进行对比,实现变压器绕组变形的实时监测,而变压器绕组变形与变压器抗短路能力直接相关,因此本发明可以通过实时的ΔU‑I轨迹来实现实时的变压器抗短路能力评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法,属于变电设备技术领域。
背景技术
变压器作为电力***中的核心设备之一,承担着电网各个结点处的电能转换任务,一旦变压器因故停运,将会给电网和国民经济的各个部门带来无法估量的损失。因此,变压器对电力***的重要性不言而喻,大型电力变压器高效、可靠、无故障的运行是保证电力供应的前提。
变压器的运行环境及工作状态十分复杂,时常会发生不可抗力的短路故障导致的短路电流冲击,短路电流会使其绕组受到巨大的电磁力而发生变形。绕组机械变形是电力变压器可能出现的常见故障之一,由于这种变形是渐进的,必须在早期阶段检测出来并及时纠正它们。因为绕组形变具有一定的累积效应。当其形变不大时,对变压器正常运行影响甚微;当其形变累积到一定阈值时,即使不大的过电流也会使得变压器机械失效或绝缘击穿,造成的停电故障将会带来巨大的经济损失。
因此,如何准确灵敏地监测变压器的绕组状况,及时检测出任何轻微的绕组变形,并结合绕组变形情况做出变压器抗短路能力评价是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术不足,提出一种基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是:一种基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法,包括以下步骤:
(1)根据磁动势平衡关系,将双绕组单相变压器二次侧归算到一次侧的Π等效电路模型,用正弦函数表示变压器一、二次侧的电压差和电流,并假设电流超前电压差的角度为θ,则它们可以表示为
其中Δu(t)和i1(t)分别为电压差和一次侧电流的瞬时值;u1(t)和u2(t)分别为变压器一、二次侧电压的瞬时值;ΔU、I1分别为电压差和一次电流的幅值;θ为电流超前电压差的角度;ω为角频率;t为时间;
基于欧拉公式sin2(ωt)+cos2(ωt)=1,可以将时间参数ωt消去,可得
若令
同时有
因此ΔU-I的轨迹在笛卡尔坐标系中表示为一个椭圆;
(2)在同型号的双绕组单相变压器的全寿命周期中,对各个时期的变压器发生短路故障前的30s的电压差Δu(t)和一次侧电流的瞬时值i1(t)形成的ΔU-I的轨迹进行记录,建立变压器的短路前ΔU-I历史轨迹数据库;
(3)通过电流传感器和电压传感器实时监测同型号的双绕组单相变压器的电压差Δu(t)和一次侧电流的瞬时值i1(t);
(4)通过工业计算机将电流传感器和电压传感器监测得到的电压差Δu(t)和一次侧电流的瞬时值i1(t)按照步骤(1)中的公式进行处理,并在笛卡尔坐标系中形成实时的ΔU-I轨迹;
(5)根据实时的ΔU-I轨迹进行变压器抗短路能力评价,具体为:
A、通过工业计算机将监测到实时的ΔU-I轨迹与该变压器初始工作状态时ΔU-I轨迹进行对比,得到变化量百分比P1;
设置变化量百分比的阈值为P2,当变化量百分比P1大于阈值P2时,工业计算机输出变压器抗短路能力下降的评价;
B、同时,通过工业计算机将实时的ΔU-I轨迹与历史轨迹数据库中同型号的双绕组单相变压器的数据分别进行单独对比,筛选出相似度最高的历史轨迹数据并输出与该数据的相似度百分比P3;
设置相似度百分比阈值为P4,当相似度百分比P3大于阈值P4时,工业计算机输出变压器抗短路能力下降的评价。
上述技术方案的改进是:步骤(5)中变化量百分比的阈值P2的范围为3%-5%。
上述技术方案的改进是:步骤(5)中变化量百分比的阈值P2为3%。
上述技术方案的改进是:步骤(5)中相似度百分比阈值P4的范围为90%-99%。
上述技术方案的改进是:步骤(5)中相似度百分比阈值P4为95%。
本发明采用上述技术方案的有益效果是:
(1)本发明的基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法中,通过变压器一、二次侧的电压差和一次侧电流的瞬时值在笛卡尔坐标系中建立ΔU-I的轨迹,由于绕组内部元件的电气参数与绕组外形尺寸和布置存在直接的关系,当变压器绕组外形尺寸及其布置发生改变时,其对应的ΔU-I轨迹特征也会改变,因此通过在笛卡尔坐标系中建立ΔU-I的轨迹能够实现变压器绕组变形的实时监测,而变压器绕组变形与变压器抗短路能力直接相关,因此可以通过实时的ΔU-I轨迹来实现实时的变压器抗短路能力评价;并且本发明无需变压器进行停机检测,更加方便快捷,大大降低了变压器的维护成本;
(2)本发明的基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法中,通过建立变压器的短路前ΔU-I历史轨迹数据库,并通过工业计算机监测实时的ΔU-I轨迹变化以及将实时的ΔU-I轨迹与历史轨迹数据库中的数据进行对比来评价变压器抗短路能力,结合历史数据的双重对比使得本发明的变压器抗短路能力评价方法更加精确高效。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1是单相变压器Π型等效电路。
具体实施方式
实施例
本实施例的基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法,包括以下步骤:
(1)在工频理想情况下,根据磁动势平衡关系,将双绕组单相变压器二次侧归算到一次侧的Π等效电路模型,如图1所示,图中:U1、I1、U2、I2分别为变压器一、二次侧的电压和电流;Z1、Z2为分别为变压器一、二次侧的等效阻抗;Im为励磁电流;Ud表示变压器一、二次侧电压之差;
用正弦函数表示变压器一、二次侧的电压差和电流,并假设电流超前电压差的角度为θ,则它们可以表示为
其中Δu(t)和i1(t)分别为电压差和一次侧电流的瞬时值;u1(t)和u2(t)分别为变压器一、二次侧电压的瞬时值;ΔU、I1分别为电压差和一次电流的幅值;θ为电流超前电压差的角度;ω为角频率;t为时间;
基于欧拉公式sin2(ωt)+cos2(ωt)=1,可以将时间参数ωt消去,可得
若令
同时有
因此ΔU-I的轨迹在笛卡尔坐标系中表示为一个椭圆;
(2)在同型号的双绕组单相变压器的全寿命周期中,对各个时期的变压器发生短路故障前的30s的电压差Δu(t)和一次侧电流的瞬时值i1(t)形成的ΔU-I的轨迹进行记录,建立变压器的短路前ΔU-I历史轨迹数据库;
(3)通过电流传感器和电压传感器实时监测同型号的双绕组单相变压器的电压差Δu(t)和一次侧电流的瞬时值i1(t);
(4)通过工业计算机将电流传感器和电压传感器监测得到的电压差Δu(t)和一次侧电流的瞬时值i1(t)按照步骤(1)中的公式进行处理,并在笛卡尔坐标系中形成实时的ΔU-I轨迹;
(5)根据实时的ΔU-I轨迹进行变压器抗短路能力评价,具体为:
A、通过工业计算机将监测到实时的ΔU-I轨迹与该变压器初始工作状态时ΔU-I轨迹进行对比,得到变化量百分比P1;
设置变化量百分比的阈值为P2,阈值P2为3%,当变化量百分比P1大于阈值P2时,工业计算机输出变压器抗短路能力下降的评价;
B、同时,通过工业计算机将实时的ΔU-I轨迹与历史轨迹数据库中同型号的双绕组单相变压器的数据分别进行单独对比,筛选出相似度最高的历史轨迹数据并输出与该数据的相似度百分比P3;
设置相似度百分比阈值为P4,阈值P4为95%,当相似度百分比P3大于阈值P4时,工业计算机输出变压器抗短路能力下降的评价。
本发明的基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法中,通过变压器一、二次侧的电压差和一次侧电流的瞬时值在笛卡尔坐标系中建立ΔU-I的轨迹,由于绕组内部元件的电气参数与绕组外形尺寸和布置存在直接的关系,当变压器绕组外形尺寸及其布置发生改变时,其对应的ΔU-I轨迹特征也会改变,因此通过在笛卡尔坐标系中建立ΔU-I的轨迹能够实现变压器绕组变形的实时监测,而变压器绕组变形与变压器抗短路能力直接相关,因此可以通过实时的ΔU-I轨迹来实现实时的变压器抗短路能力评价。
并且在本发明的基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法中,通过建立变压器的短路前ΔU-I历史轨迹数据库,并通过工业计算机监测实时的ΔU-I轨迹变化以及将实时的ΔU-I轨迹与历史轨迹数据库中的数据进行对比来评价变压器抗短路能力,结合历史数据的双重对比使得本发明的变压器抗短路能力评价方法更加精确高效。
本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)根据磁动势平衡关系,将双绕组单相变压器二次侧归算到一次侧的Π等效电路模型,用正弦函数表示变压器一、二次侧的电压差和电流,并假设电流超前电压差的角度为θ,则它们可以表示为
其中Δu(t)和i1(t)分别为电压差和一次侧电流的瞬时值;u1(t)和u2(t)分别为变压器一、二次侧电压的瞬时值;ΔU、I1分别为电压差和一次电流的幅值;θ为电流超前电压差的角度;ω为角频率;t为时间;
基于欧拉公式sin2(ωt)+cos2(ωt)=1,可以将时间参数ωt消去,可得
若令
同时有
因此ΔU-I的轨迹在笛卡尔坐标系中表示为一个椭圆;
(2)在同型号的双绕组单相变压器的全寿命周期中,对各个时期的变压器发生短路故障前的30s的电压差Δu(t)和一次侧电流的瞬时值i1(t)形成的ΔU-I的轨迹进行记录,建立变压器的短路前ΔU-I历史轨迹数据库;
(3)通过电流传感器和电压传感器实时监测同型号的双绕组单相变压器的电压差Δu(t)和一次侧电流的瞬时值i1(t);
(4)通过工业计算机将电流传感器和电压传感器监测得到的电压差Δu(t)和一次侧电流的瞬时值i1(t)按照步骤(1)中的公式进行处理,并在笛卡尔坐标系中形成实时的ΔU-I轨迹;
(5)根据实时的ΔU-I轨迹进行变压器抗短路能力评价,具体为:
A、通过工业计算机将监测到实时的ΔU-I轨迹与该变压器初始工作状态时ΔU-I轨迹进行对比,得到变化量百分比P1;
设置变化量百分比的阈值为P2,当变化量百分比P1大于阈值P2时,工业计算机输出变压器抗短路能力下降的评价;
B、同时,通过工业计算机将实时的ΔU-I轨迹与历史轨迹数据库中同型号的双绕组单相变压器的数据分别进行单独对比,筛选出相似度最高的历史轨迹数据并输出与该数据的相似度百分比P3;
设置相似度百分比阈值为P4,当相似度百分比P3大于阈值P4时,工业计算机输出变压器抗短路能力下降的评价。
2.根据权利要求1所述的基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法,其特征在于:步骤(5)中变化量百分比的阈值P2的范围为3%-5%。
3.根据权利要求2所述的基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法,其特征在于:步骤(5)中变化量百分比的阈值P2为3%。
4.根据权利要求1所述的基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法,其特征在于:步骤(5)中相似度百分比阈值P4的范围为90%-99%。
5.根据权利要求4所述的基于变压器绕组检测的变压器抗短路能力评价方法,其特征在于:步骤(5)中相似度百分比阈值P4为95%。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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