專利名稱：一種電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力設(shè)備振動(dòng)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法。
背景技術(shù)：
電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其正常運(yùn)行是保證電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的前提。振動(dòng)分析法對可能引發(fā)變壓器重大事故的機(jī)械結(jié)構(gòu)缺陷的檢測具有很好靈敏性和有效性，是一種新穎的電力變壓器在線狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷方法，具有很好的應(yīng)用與發(fā)展前景。有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明電力變壓器繞組是發(fā)生故障最多的部件之一，研究其監(jiān)測與診斷方法具有十分重要的實(shí)際意義。由于繞組松動(dòng)或變形等機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變，必然會(huì)導(dǎo)致變壓器器身的機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能發(fā)生變化，因此通過研究變壓器的振動(dòng)特性來監(jiān)測和 診斷繞組狀況與故障成為了一個(gè)行之有效的途徑。繞組的振動(dòng)由負(fù)載電流通過繞組時(shí)，在繞組間、線餅間、線匝間產(chǎn)生的電磁力引起。繞組受到的電磁力與電流平方成正比，在不考慮繞組振動(dòng)的非線性情況下，繞組振動(dòng)加速度的幅值正比于負(fù)載電流的平方，振動(dòng)的頻率是電流頻率(工頻50Hz)的2倍，即100Hz。電力變壓器在運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電流通過繞組，在繞組間、線餅間、線匝間產(chǎn)生電磁力則使繞組發(fā)生振動(dòng)，繞組的振動(dòng)通過變壓器內(nèi)部連接固件和絕緣油傳遞到變壓器油箱壁，在油箱表面產(chǎn)生振動(dòng)。因此，通過對變壓器油箱表面的振動(dòng)測量和分析處理可以監(jiān)測變壓器繞組機(jī)械結(jié)構(gòu)狀況。油箱表面的振動(dòng)不僅與振動(dòng)源和振動(dòng)傳遞相關(guān)，還受油箱體本身機(jī)械結(jié)構(gòu)特性的影響；如圖I所示，電力變壓器油箱表面結(jié)構(gòu)主要由平板結(jié)構(gòu)面組成，還包含有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)面及其他不規(guī)則結(jié)構(gòu)面。電力變壓器體積較大，工作時(shí)繞組上各點(diǎn)的振動(dòng)皆不相同，由于油箱結(jié)構(gòu)的不一致性和繞組振動(dòng)傳播過程的復(fù)雜性，油箱表面上的振動(dòng)并不都能有效地體現(xiàn)變壓器內(nèi)部繞組的狀況，因此對油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域進(jìn)行研究分析，合理地選擇振動(dòng)測點(diǎn)位置對實(shí)現(xiàn)電力變壓器振動(dòng)在線狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷是至關(guān)重要的。程錦、汲勝昌和劉家齊等在標(biāo)題為繞組振動(dòng)信號監(jiān)測法中測試位置的影響與分析(高電壓技術(shù)，2004，30 (10) 46-48)的文獻(xiàn)中研究了不同負(fù)載電流和壓緊狀況下連續(xù)式繞組不同位置的振動(dòng)信號以及測量位置對振動(dòng)信號基頻分量幅值的影響，還初步分析了壓緊狀況變化對不同位置的繞組振動(dòng)信號的影響，基于此來確定可更好地提取振動(dòng)信號特征向量的測試位置。上述文獻(xiàn)僅研究了繞組上的振動(dòng)信號，未對油箱表面振動(dòng)信號以及油箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體和深入的分析，只是根據(jù)繞組上振動(dòng)信號基頻分量幅值的大小，提出了振動(dòng)測試時(shí)在繞組的空間對應(yīng)的油箱表面上布置測點(diǎn)，但由于油箱體結(jié)構(gòu)的不一致性以及振動(dòng)傳播的復(fù)雜性，其在油箱表面的振動(dòng)布置測點(diǎn)并不能很好體現(xiàn)對應(yīng)繞組上的振動(dòng)情況，故無法給出一種客觀有效的指標(biāo)來評價(jià)測試位置對繞組振動(dòng)的敏感性，難以應(yīng)用于實(shí)際的現(xiàn)場測試中。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足和局限，本發(fā)明提供了一種電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，所選區(qū)域采集的振動(dòng)信號與負(fù)載電流有較高的相關(guān)性，能夠反應(yīng)變壓器繞組振動(dòng)特性和繞組狀態(tài)特征。一種電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，包括如下步驟(I)在電力變壓器油箱表面布置m個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)；在負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下對電力變壓器的負(fù)載電流信號以及每個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號進(jìn)行η次同步采集;!11和11均為大于I的自然數(shù)；(2)根據(jù)同步采集得到的負(fù)載電流信號以及各振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號，計(jì)算出每個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)平均能量、振動(dòng)主成份比率以及振動(dòng)相關(guān)系數(shù)； (3)確定所述的振動(dòng)相關(guān)系數(shù)、振動(dòng)平均能量和振動(dòng)主成份比率所分別對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出每個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)綜合評價(jià)指標(biāo)；根據(jù)所述的振動(dòng)綜合評價(jià)指標(biāo)選取振動(dòng)測點(diǎn)。所述的步驟⑴中，對電力變壓器的負(fù)載電流信號以及每個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號進(jìn)行η次同步采集的方法為連續(xù)T小時(shí)對電力變壓器的負(fù)載電流信號以及各振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號進(jìn)行監(jiān)測，以初始監(jiān)測時(shí)刻起每隔10秒鐘對負(fù)載電流信號以及各振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號同步采集一次，同步采集時(shí)長為I秒，采樣頻率滿足奈奎斯特采樣定理，直至監(jiān)測結(jié)束完成η次同步采集；Τ為大于等于24的自然數(shù)。所述的步驟(I)中，在電力變壓器油箱表面布置m個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的方法為首先，取m個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)中三分之二的振動(dòng)測點(diǎn)均勻布置于油箱表面對應(yīng)三相繞組的平板結(jié)構(gòu)面上；然后，取m個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)中四分之一的振動(dòng)測點(diǎn)均勻布置于油箱底面對應(yīng)三相繞組的結(jié)構(gòu)面上；最后，將其余振動(dòng)測點(diǎn)均勻布置于油箱表面的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)面上。所述的步驟(2)中，根據(jù)以下算式計(jì)算振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)平均能量
ηη
_7]V,」
η其中，E為振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)平均能量，V(i)為振動(dòng)測點(diǎn)第i次同步采集的振動(dòng)信號的有效值，i為自然數(shù)且I彡i彡η。所述的步驟(2)中，根據(jù)以下算式計(jì)算振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)主成份比率
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P = ^L——w J %η其中，P為振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)主成份比率，Vlooaz (i)為振動(dòng)測點(diǎn)第i次同步采集的振動(dòng)信號IOOHz頻率成份的幅值。所述的步驟⑵中，根據(jù)以下算式計(jì)算振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)相關(guān)系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，包括如下步驟 (1)在電力變壓器油箱表面布置m個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)；在負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下對電力變壓器的負(fù)載電流信號以及每個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號進(jìn)行n次同步采集;!11和11均為大于I的自然數(shù)； (2)根據(jù)同步采集得到的負(fù)載電流信號以及各振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號，計(jì)算出每個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)平均能量、振動(dòng)主成份比率以及振動(dòng)相關(guān)系數(shù)； (3)確定所述的振動(dòng)相關(guān)系數(shù)、振動(dòng)平均能量和振動(dòng)主成份比率所分別對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出每個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)綜合評價(jià)指標(biāo)；根據(jù)所述的振動(dòng)綜合評價(jià)指標(biāo)選取振動(dòng)測點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，其特征 在于所述的步驟(I)中，對電力變壓器的負(fù)載電流信號以及每個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號進(jìn)行n次同步采集的方法為連續(xù)T小時(shí)對電力變壓器的負(fù)載電流信號以及各振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號進(jìn)行監(jiān)測，以初始監(jiān)測時(shí)刻起每隔10秒鐘對負(fù)載電流信號以及各振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)信號同步采集一次，同步采集時(shí)長為I秒，直至監(jiān)測結(jié)束完成n次同步采集；T為大于等于24的自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，其特征在于所述的步驟(I)中，在電力變壓器油箱表面布置m個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)的方法為首先，取m個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)中三分之二的振動(dòng)測點(diǎn)均勻布置于油箱表面對應(yīng)三相繞組的平板結(jié)構(gòu)面上；然后，取m個(gè)振動(dòng)測點(diǎn)中四分之一的振動(dòng)測點(diǎn)均勻布置于油箱底面對應(yīng)三相繞組的結(jié)構(gòu)面上；最后，將其余振動(dòng)測點(diǎn)均勻布置于油箱表面的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，其特征在于所述的步驟(2)中，根據(jù)以下算式計(jì)算振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)平均能量
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，其特征在于所述的步驟(2)中，根據(jù)以下算式計(jì)算振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)主成份比率
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，其特征在于所述的步驟(2)中，根據(jù)以下算式計(jì)算振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)相關(guān)系數(shù)
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，其特征在于所述的步驟(3)中，通過層次分析法確定振動(dòng)相關(guān)系數(shù)、振動(dòng)平均能量和振動(dòng)主成份比率所分別對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，其特征在于所述的步驟(3)中，根據(jù)以下算式計(jì)算出振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)綜合評價(jià)指標(biāo)L = A ^+A2G+A3P 其中，L為振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)綜合評價(jià)指標(biāo)，R、E、P分別為振動(dòng)測點(diǎn)的振動(dòng)相關(guān)系數(shù)、振動(dòng)平均能量和振動(dòng)主成份比率，Ap A2、A3分別為R、E、P所對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，e為E歸一化后的值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電力變壓器油箱表面繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法，包括(1)布置測點(diǎn)，同步采集負(fù)載電流信號和振動(dòng)信號；(2)計(jì)算振動(dòng)測點(diǎn)振動(dòng)的平均能量、主成份比率以及相關(guān)系數(shù)；(3)確定權(quán)重系數(shù)，計(jì)算振動(dòng)綜合評價(jià)指標(biāo)，以選取振動(dòng)測點(diǎn)。本發(fā)明繞組振動(dòng)的敏感區(qū)域選取方法利用了變壓器繞組的振動(dòng)特性，考慮了振動(dòng)信號100Hz成份幅值與負(fù)載電流有效值的相關(guān)性，振動(dòng)能量的衰減以及振動(dòng)信號的主成份比率，保證了所選敏感區(qū)域振動(dòng)信號不僅衰減小并且100Hz頻率成份所占比重較高，確保了振動(dòng)信號100Hz成份幅值與負(fù)載電流有較高的相關(guān)性；本發(fā)明最終選取的區(qū)域，其振動(dòng)能反應(yīng)變壓器繞組振動(dòng)特性和繞組狀態(tài)特征。
文檔編號G01R31/06GK102778633SQ201210277748
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者何文林, 吳錦華, 周偉青, 周建平, 姚暉, 宋偉光, 張亮, 林愛弟, 陳斌, 陳祥獻(xiàn), 黃海 申請人:浙江大學(xué), 紹興電力局