專利名稱：利用振動(dòng)波形檢測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用振動(dòng)波形檢測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的方法，尤其涉及一種利用變 壓器短路沖擊電流激發(fā)的振動(dòng)波形檢測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，其運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)電力系統(tǒng)安全影響重 大。隨著我國(guó)電網(wǎng)容量的日益增大，短路容量亦隨之不斷增大，變壓器出口短路形成的沖擊 電流產(chǎn)生的巨大電磁作用力對(duì)變壓器繞組的機(jī)械強(qiáng)度和動(dòng)穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。目前 變電站設(shè)備及線路的運(yùn)行環(huán)境始終不容樂觀，因外部短路造成變壓器繞組受沖擊而引發(fā)的 變形，是變壓器運(yùn)行過(guò)程中較為常見的故障，其對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了很大的威脅。變壓器發(fā)生突然短路故障時(shí)，在變壓器繞組內(nèi)流過(guò)很大的短路電流，該短路電流 在漏磁場(chǎng)的作用下，在繞組上產(chǎn)生很大的電動(dòng)力。盡管這種暫態(tài)持續(xù)時(shí)間很短，但是變壓器 還是有可能遭到損壞。變壓器遭受突發(fā)短路后，其繞組可能首先發(fā)生松動(dòng)或輕微變形，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn) 研究分析變壓器繞組變形具有累積效應(yīng)，如果對(duì)于松動(dòng)或變形不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，那么 在變壓器的松動(dòng)或變形累積到一定程度后會(huì)使變壓器的抗短路能力大幅下降而在遭受較 小的沖擊電流下也會(huì)引發(fā)大的事故發(fā)生。變壓器在受到?jīng)_擊短路電流時(shí)除了會(huì)發(fā)生松動(dòng)和變形外，在鐵芯的磁致伸縮與運(yùn) 行電流的長(zhǎng)期作用下變壓器本身在運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)械振動(dòng)，這些因素結(jié)合起來(lái)也 會(huì)使繞組發(fā)生漸進(jìn)性的變形、松散失穩(wěn)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致變壓器的抗短路能力下降而使得變 壓器存在潛在的事故隱患。繞組的變形一方面會(huì)導(dǎo)致機(jī)械抗短路電流沖擊能力的下降，另一方面也會(huì)導(dǎo)致線 圈內(nèi)部局部絕緣距離發(fā)生變化，使局部出現(xiàn)絕緣薄弱點(diǎn)，當(dāng)遇到過(guò)電壓作用時(shí)，繞組有可能 發(fā)生餅間或匝間短路導(dǎo)致變壓器絕緣擊穿事故，或者由于局部場(chǎng)強(qiáng)增大而引起局部放電， 絕緣損傷部位會(huì)逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致變壓器發(fā)生絕緣擊穿事故而引發(fā)進(jìn)一步的事態(tài)擴(kuò)大。因此，在運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)變壓器經(jīng)歷了外部短路事故后或運(yùn)行一段時(shí)間后的常規(guī)檢 修中，如何有效地檢測(cè)出變壓器繞組是否存在松動(dòng)和變形，從而判斷變壓器是否需要檢修 處理顯得十分重要，是保障變壓器安全運(yùn)行的一個(gè)重要手段，因此變壓器繞組變形的檢測(cè) 是目前變壓器常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目之一。目前實(shí)際應(yīng)用的對(duì)變壓器繞組狀態(tài)的檢測(cè)方法主要有以下2種1、短路阻抗法變壓器短路阻抗是當(dāng)負(fù)載阻抗為零時(shí)變壓器內(nèi)部的等效阻抗，短路阻抗是變壓器 繞組的漏抗和電阻的矢量和，由于變壓器直流電阻相對(duì)于漏抗數(shù)值很小，因此變壓器的短 路阻抗反映的主要是變壓器繞組的漏抗。由變壓器的理論分析可知，變壓器漏抗值是由繞 組的幾何尺寸所決定的，或者說(shuō)是由繞組的結(jié)構(gòu)決定的，一旦變壓器繞組發(fā)生變形，從理論 上來(lái)說(shuō)變壓器的漏抗相應(yīng)也會(huì)發(fā)生變化，因此通過(guò)對(duì)變壓器短路阻抗的檢測(cè)可以間接地反映變壓器繞組內(nèi)部是否發(fā)生了變形。一般情況下，運(yùn)行中的變壓器受到了短路電流的沖擊后，或在定期常規(guī)檢查時(shí)要 將測(cè)得的短路阻抗值與原有的記錄進(jìn)行比較來(lái)判斷繞組是否發(fā)生了變形，如果短路阻抗值 變化較大，例如國(guó)標(biāo)中設(shè)定為變化超過(guò)3%，則可確認(rèn)繞組有顯著變形。圖1為短路阻抗法的測(cè)量示意圖，將變壓器低壓側(cè)短路，高壓側(cè)通過(guò)調(diào)壓器施加 試驗(yàn)電壓，測(cè)量對(duì)應(yīng)的短路電壓U和短路電流I，變壓器的短路阻抗由Z = U/I計(jì)算得到。按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變壓器在短路阻抗測(cè)試試驗(yàn)中，要求測(cè)量每一相的短路阻抗， 并把試驗(yàn)后所測(cè)量的短路阻抗值與以往試驗(yàn)的數(shù)據(jù)加以比較，根據(jù)其變化的程度，作為判 斷被試變壓器繞組是否合格的重要依據(jù)之一。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，短路阻抗法在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中已建立了標(biāo)準(zhǔn)，判據(jù)較為 明確，在IEC60076-5和GB1095-85中均明確給出了線圈變形程度的判據(jù)。但很多情況下這 種方法的靈敏度很低，故障的檢出率較低，只有在線圈整體變形情況較為嚴(yán)重時(shí)才能夠得 到較明確的反映。2、頻響法(FRA Frequency Response Analysis)頻響法的基本原理是將變壓器繞組視為一個(gè)分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，它由對(duì)地電容C、縱向 電容K、電感L等分布參數(shù)構(gòu)成一無(wú)源線性雙端口網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的特性在頻域上可以用傳遞 函數(shù)H(jco)來(lái)描述。繞組發(fā)生局部機(jī)械變形后，其內(nèi)部的分布電感L、縱向電容K和對(duì)地電容C等分布 參數(shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而在網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)H(jco)上得到反映。因此分析變壓器繞組 的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)曲線的變化情況就可以分析內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)電參數(shù)是否發(fā)生變化，從而推斷相 應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了變形，這是頻響法測(cè)試變壓器繞組變形的依據(jù)和基礎(chǔ)，如圖2所 示，為變壓器繞組的等效雙口網(wǎng)絡(luò)。頻響法測(cè)試首先將一穩(wěn)定的正弦掃頻電壓信號(hào)f施加到被試變壓器繞組的一端， 然后同時(shí)記錄該端口&和其它輸出端口上的電壓^，從而得到該被試?yán)@組的一組頻響特性 曲線，即

VH(JO)) = +
Vi頻響法的測(cè)試靈敏度較短路阻抗法高，但由于其頻響波形的復(fù)雜性，對(duì)繞組狀況 的判別需要較多的經(jīng)驗(yàn)，較難形成明確的定量判據(jù)，因此至今沒有形成判別標(biāo)準(zhǔn)。上述兩種方法是目前判別變壓器繞組狀況最常用的，兩種方法都是基于電測(cè)方 法，出發(fā)點(diǎn)都是根據(jù)變壓器繞組發(fā)生明顯變形的狀況下模型中對(duì)應(yīng)的元件電參數(shù)發(fā)生變化 來(lái)進(jìn)行測(cè)量判別，這對(duì)變壓器繞組發(fā)生較明顯的變形情況較為適宜，但對(duì)繞組發(fā)生輕微變 形，尤其是對(duì)變壓器繞組存在的相對(duì)松動(dòng)和扭曲變形的狀態(tài)不能給出較明確的判斷，因?yàn)?這些情況下反映在等效電路模型中的電參數(shù)幾乎沒有變化，其傳遞函數(shù)的變化也就非常 小。然而變壓器繞組松動(dòng)或扭曲變形對(duì)其抗短路能力有很大的影響，因此研究繞組的狀況 需有靈敏度更高的方法來(lái)進(jìn)行判別。同時(shí)這兩種方法都是離線檢測(cè)方法，即需要將變壓器 停電退出運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)造成一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種利用變壓器短路沖擊電流激發(fā)的振動(dòng)波形檢測(cè)變壓器繞組狀 態(tài)的方法，將變壓器繞組視為一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，若繞組發(fā)生松動(dòng)和變形，其機(jī)械特性將會(huì)發(fā)生 變化，通過(guò)檢測(cè)變壓器繞組在沖擊電流作用下的機(jī)械相應(yīng)特征，能夠更為靈敏地檢測(cè)變壓 器繞組的松動(dòng)和變形。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用變壓器短路沖擊電流激發(fā)的振動(dòng)波形 檢測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的方法，包含以下步驟步驟1、將振動(dòng)傳感器設(shè)置到被測(cè)變壓器的殼體上；步驟2、當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，振動(dòng)傳感器測(cè)量被測(cè)變壓器繞組在短路沖擊電流作 用下的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并將測(cè)得的信號(hào)通過(guò)電路傳輸至振動(dòng)信號(hào)采集器； 步驟3、振動(dòng)信號(hào)采集器被變壓器發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的短路沖擊電流所觸發(fā)，同步完 成對(duì)振動(dòng)傳感器測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行采集、抗混迭數(shù)字濾波以及高速緩存，將處理后得到的振 動(dòng)響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)高速總線傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊；步驟4、數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行振動(dòng)波形形態(tài)分析，根據(jù)波形的形態(tài)變 化來(lái)判斷變壓器繞組的狀態(tài)；當(dāng)變壓器繞組狀態(tài)的動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)良好時(shí)，沖擊振動(dòng)波形趨于收斂，當(dāng)繞組狀態(tài)的 動(dòng)穩(wěn)定性趨于惡化，發(fā)生松動(dòng)或變形時(shí)，沖擊振動(dòng)波形趨于發(fā)散，此時(shí)需及時(shí)進(jìn)行處理，避 免形成重大故障。所述的振動(dòng)信號(hào)采集器的采樣頻率和采樣長(zhǎng)度可通過(guò)所述的數(shù)據(jù)分析模塊控制 調(diào)整；本發(fā)明提供的一種利用變壓器短路沖擊電流激發(fā)的振動(dòng)波形檢測(cè)變壓器繞組狀 態(tài)的方法，通過(guò)分析變壓器繞組短路沖擊狀態(tài)下的振動(dòng)波形形態(tài)，能有效地、高靈敏度地檢 測(cè)出變壓器繞組的松動(dòng)和變形狀況，及時(shí)檢修或更換，避免因繞組結(jié)構(gòu)損壞而導(dǎo)致變壓器 發(fā)生突然短路的故障。


圖1是短路阻抗法的測(cè)量示意圖；圖2是頻響法中變壓器繞組的等效雙口網(wǎng)絡(luò)；圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例中變壓器繞組動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)良好時(shí)的振動(dòng)波形形態(tài)；圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例中變壓器繞組動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)趨于惡化時(shí)的振動(dòng)波形形態(tài)。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)圖3和圖4，說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例2006年11月17日沈陽(yáng)虎石臺(tái)國(guó)家變壓器質(zhì)量檢測(cè)中心對(duì)上海市電力公司某 IOkV配電變壓器進(jìn)行短路沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)中低壓繞組短路，高壓各相繞組加載電源，對(duì)每個(gè)繞組進(jìn)行三次短路沖擊，每 次短路試驗(yàn)后停電進(jìn)行短路阻抗檢測(cè)，同時(shí)記錄每次短路沖擊狀態(tài)過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)。從A相沖擊試驗(yàn)來(lái)看，三次試驗(yàn)波形均較為穩(wěn)定，波形平緩呈收斂狀(見圖3)，B
5相試驗(yàn)三次，試驗(yàn)振動(dòng)波形峰值不斷增大，第二次試驗(yàn)短路阻抗變化為0. 63%，第三次沖擊 試驗(yàn)中，試驗(yàn)品損壞，短路阻抗變化3. 3%。 第二次短路沖擊試驗(yàn)振動(dòng)波形(見圖4)呈發(fā)散狀，顯示繞組狀態(tài)發(fā)生明顯變化， 與完好的A相波形比較有明顯差別。
權(quán)利要求
一種利用振動(dòng)波形檢測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1、將振動(dòng)傳感器設(shè)置到被測(cè)變壓器的殼體上；步驟2、當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，振動(dòng)傳感器測(cè)量被測(cè)變壓器繞組在短路沖擊電流作用下的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，并將測(cè)得的信號(hào)通過(guò)電路傳輸至振動(dòng)信號(hào)采集器；步驟3、振動(dòng)信號(hào)采集器被變壓器發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的短路沖擊電流所觸發(fā)，同步完成對(duì)振動(dòng)傳感器測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行采集、抗混迭數(shù)字濾波以及高速緩存，將處理后得到的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)高速總線傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊；步驟4、數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行振動(dòng)波形形態(tài)分析，根據(jù)波形的形態(tài)變化來(lái)判斷變壓器繞組的狀態(tài)；當(dāng)變壓器繞組狀態(tài)的動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)良好時(shí)，沖擊振動(dòng)波形趨于收斂，當(dāng)繞組狀態(tài)的動(dòng)穩(wěn)定性趨于惡化，發(fā)生松動(dòng)或變形時(shí)，沖擊振動(dòng)波形趨于發(fā)散，此時(shí)需及時(shí)進(jìn)行處理，避免形成重大故障。
2.如權(quán)利要求1所述的利用振動(dòng)波形檢測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的方法，其特征在于，所述 的振動(dòng)信號(hào)采集器的采樣頻率和采樣長(zhǎng)度可通過(guò)所述的數(shù)據(jù)分析模塊控制調(diào)整。
全文摘要
一種利用振動(dòng)波形檢測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的方法，將變壓器繞組視為一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，若繞組發(fā)生松動(dòng)和變形，其機(jī)械特性將會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)變壓器繞組在沖擊電流作用下的機(jī)械相應(yīng)特征，能夠更為靈敏地檢測(cè)變壓器繞組的松動(dòng)和變形。
文檔編號(hào)G01H17/00GK101937047SQ20091005750
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者傅堅(jiān), 姜益民, 朱子述, 金之儉, 饒柱石 申請(qǐng)人:上海市電力公司;上海交通大學(xué)