專利名稱：一種變壓器繞組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)監(jiān)測方法，尤其涉及一種變壓器繞組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測方法。
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)的安全影響重大。隨著我國電網(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)弓I發(fā)大的事故發(fā)生。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)的檢測方法主要有以下三種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，從理論上來說變壓器的漏抗相應(yīng)也會(huì)發(fā)生變化，因此通過對(duì)變壓器短路阻抗的檢測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)要將測得的短路阻抗值與原有的記錄進(jìn)行比較來判斷繞組是否發(fā)生了變形，如果短路阻抗值變化較大，例如國標(biāo)中設(shè)定為變化超過3%，則可確認(rèn)繞組有顯著變形。按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變壓器在短路阻抗測試試驗(yàn)中，要求測量每一相的短路阻抗，并把試驗(yàn)后所測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)用情況來看，短路阻抗法在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中已建立了標(biāo)準(zhǔn)，判據(jù)較為明確，在國際電工標(biāo)準(zhǔn)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、頻響分析法頻響分析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，這是頻響分析法測試變壓器繞組變形的依據(jù)和基礎(chǔ)。 頻響法測試首先將一穩(wěn)定的正弦掃頻電壓信號(hào)Vi施加到被試變壓器繞組的一端，然后同時(shí)記錄該端口 Vi和其它輸出端口上的電壓V。，從而得到該被試?yán)@組的一組頻響特性曲線，其表達(dá)式為H(j ω) = V0Ai頻響法的測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，兩種方法都是采用電測方法，出發(fā)點(diǎn)都是基于變壓器繞組發(fā)生明顯變形的狀況下模型中對(duì)應(yīng)的元件的電氣參數(shù)發(fā)生變化來進(jìn)行測量判別，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)檫@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進(jìn)行判別。3、振動(dòng)分析法振動(dòng)分析法的基本原理是把變壓器繞組看作一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)體，則當(dāng)繞組結(jié)構(gòu)或受力發(fā)生任何變化時(shí)，都可以從它的機(jī)械振動(dòng)特性變化上得到反映。繞組的振動(dòng)通過變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接件傳遞到變壓器箱體，所以變壓器箱體表面檢測得到的振動(dòng)信號(hào)與變壓器的繞組振動(dòng)特性有密切的關(guān)系，因此，變壓器箱體表面的振動(dòng)信號(hào)分析可以作為變壓器繞組故障診斷的一個(gè)途徑。與前述電氣測量法相比較，振動(dòng)分析法的最大優(yōu)點(diǎn)是可通過吸附在變壓器箱壁上的振動(dòng)傳感器來獲得變壓器的振動(dòng)信號(hào)，通過分析其振動(dòng)特性的變化來判斷繞組狀態(tài)的變化情況，只要繞組的機(jī)械特性(如結(jié)構(gòu)變形、預(yù)緊力松動(dòng)等)發(fā)生變化，都可以從它的機(jī)械振動(dòng)特性變化上得到反映，從而大大提高了檢測的靈敏度。此外，將振動(dòng)傳感器置于箱壁上的振動(dòng)檢測與整個(gè)強(qiáng)電系統(tǒng)沒有直接的連接，對(duì)于整個(gè)電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行沒有任何影響，因此，可發(fā)展成為一種較準(zhǔn)確、便捷、安全的在線監(jiān)測方法。變壓器的振動(dòng)主要包括鐵芯振動(dòng)和繞組振動(dòng)。鐵芯振動(dòng)主要由硅鋼片的磁致伸縮和電磁吸引力引起，若忽略磁滯現(xiàn)象，鐵芯振動(dòng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度的平方成正比，或者與外加電壓的平方成正比。繞組振動(dòng)主要由漏磁場與繞組電流相互作用產(chǎn)生的電動(dòng)力引起，與電流的平方成正比。因此，需要建立變壓器的箱壁振動(dòng)模型，對(duì)繞組的工作狀態(tài)進(jìn)行描述和判別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種變壓器繞組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，該方法通過對(duì)變壓器電壓、電流和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變壓器繞組工作狀態(tài)的高效、準(zhǔn)確地判斷。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種變壓器繞組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，其包括下列步驟(I)采集變壓器箱壁的振動(dòng)信號(hào)、變壓器的三相電壓信號(hào)和三相電流信號(hào)，并根據(jù)變壓器的三相電壓信號(hào)和三相電流信號(hào)計(jì)算得到相應(yīng)的三個(gè)功率因數(shù)。(2)基于廣義自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立變壓器箱壁振動(dòng)模型
ηS0=YyiPi
i=\
ηSn=YjPi
i=\
,[X-Xf[X-XlPi =exp(-----), z = 1,2,L ,n
'2(7式中，n為廣義自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元的數(shù)目；X為所述變壓器箱壁振動(dòng)模型的輸入量，其是將所述變壓器的三相電壓信號(hào)、三相電流信號(hào)和相應(yīng)的功率因數(shù)共9個(gè)量形成的向量序列，X = [X1, X2 L, x9]T ；Xi是第i個(gè)神經(jīng)元對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)樣本向量,所述學(xué)習(xí)樣本向量為在測得的三相電壓信號(hào)、三相電流信號(hào)和計(jì)算得到的相應(yīng)的功率因數(shù)中任意選取一段數(shù)據(jù)形成的向量，學(xué)習(xí)樣本向量包括任意一段取自學(xué)習(xí)樣本的訓(xùn)練樣本向量和除了訓(xùn)練樣本向量之外的預(yù)測樣本向量，Xi= [Xil，Xi2，L，xi9]T;0是光滑因子，其取值范圍為O. 10
O.20 ；Yi是所述變壓器箱壁振動(dòng)模型的實(shí)際輸出量，與訓(xùn)練樣本向量相對(duì)應(yīng)，其是變壓器箱壁的振動(dòng)信號(hào)的IOOHz分量的幅值；Y是所述變壓器箱壁振動(dòng)模型的期望輸出量，與預(yù)測樣本向量相對(duì)應(yīng)，其是變壓器箱壁的振動(dòng)信號(hào)的IOOHz分量的幅值。廣義自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量處理單元(或稱為神經(jīng)元)通過相關(guān)連接而構(gòu)成的自適應(yīng)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其由輸入層、模式層、求和層和輸出層四層構(gòu)成。其中，輸入層是由神經(jīng)元的輸入構(gòu)成，對(duì)應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入X = [X1, x2, L，χρ]τ，模式層由多個(gè)神經(jīng)元構(gòu)成，模式層的神經(jīng)元數(shù)目等于學(xué)習(xí)樣本向量的數(shù)目η，各神經(jīng)元各自對(duì)應(yīng)不同的學(xué)習(xí)樣本向量，其中學(xué)習(xí)樣本向量包括訓(xùn)練樣本向量和預(yù)測樣本向量。廣義自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員均所熟知的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，故發(fā)明人在本技術(shù)方案中對(duì)此不再做詳細(xì)的介紹。(3)在采集的變壓器箱壁的振動(dòng)信號(hào)中選取與變壓器箱壁振動(dòng)模型的期望輸出量Y時(shí)間對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換得到該振動(dòng)信號(hào)的IOOHz分量的幅值Γ。(4)將Y'與變壓器箱壁振動(dòng)模型的期望輸出量Y進(jìn)行比較，若二者的相對(duì)誤差小于15% 20%，則判斷變壓器繞組運(yùn)行狀態(tài)正常；若二者的相對(duì)誤差大于等于15% 20%，則判斷變壓器繞組發(fā)生了松動(dòng)或變形，相對(duì)誤差E的計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種變壓器繞組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括下列步驟 (1)采集變壓器箱壁的振動(dòng)信號(hào)、變壓器的三相電壓信號(hào)和三相電流信號(hào)，并根據(jù)變壓器的三相電壓信號(hào)和三相電流信號(hào)計(jì)算得到相應(yīng)的三個(gè)功率因數(shù)； (2)基于廣義自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立變壓器箱壁振動(dòng)模型
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變壓器繞組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，其包括下列步驟采集變壓器箱壁的振動(dòng)信號(hào)、變壓器的三相電壓信號(hào)和三相電流信號(hào)，并根據(jù)變壓器的三相電壓信號(hào)和三相電流信號(hào)計(jì)算得到相應(yīng)的三個(gè)功率因數(shù)；基于廣義自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立變壓器箱壁振動(dòng)模型；將測得的變壓器箱壁振動(dòng)信號(hào)100Hz分量的幅值與變壓器箱壁振動(dòng)模型的期望輸出量進(jìn)行比較，若二者的相對(duì)誤差小于一閾值，則判斷變壓器繞組運(yùn)行狀態(tài)正常；若二者的相對(duì)誤差大于等于該閾值，則判斷變壓器繞組發(fā)生了松動(dòng)或變形。該方法能有效地、高靈敏度地在線監(jiān)測出變壓器繞組的松動(dòng)和變形狀況，從而可及時(shí)檢修或更換變壓器，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。
文檔編號(hào)G01R31/06GK102998545SQ20111027558
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者李清, 蔡開穗, 李越, 王豐華, 金之儉 申請(qǐng)人:河南電力試驗(yàn)研究院, 上海交通大學(xué)