本發(fā)明涉及電力變壓器，尤其是一種基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、電力變壓器在電能傳輸與轉(zhuǎn)換中發(fā)揮著巨大的作用，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。電力變壓器一旦發(fā)生故障或者損壞，將產(chǎn)生巨大的直接經(jīng)濟(jì)損失。電力變壓器的故障維修受多方面影響不易開展，且維修成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，因此對(duì)變壓器的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)及早期故障診斷尤為重要。

2、繞組是變壓器中最重要、最復(fù)雜也是最容易出現(xiàn)故障的部件，統(tǒng)計(jì)表明，繞組損壞率約占變壓器所有類型故障的60％-70％。因此，對(duì)繞組變形的在線監(jiān)測(cè)是保障變壓器可靠運(yùn)行的有效手段之一。

3、繞組變形的原因是多方面的，一方面變壓器在運(yùn)輸、安裝過程中的機(jī)械碰撞或擠壓造成繞組表面鼓包、扭曲、傾斜和塌陷；另一方面變壓器在運(yùn)行過程中，突發(fā)的區(qū)外短路故障會(huì)多次產(chǎn)生較大短路沖擊電流，短路電流引發(fā)的極強(qiáng)電磁力會(huì)造成繞組在輻向和軸向的結(jié)構(gòu)和尺寸變動(dòng)，導(dǎo)致繞組發(fā)生變形。

4、傳統(tǒng)繞組形變故障診斷通常采用頻率響應(yīng)分析法、短路阻抗法、振動(dòng)信號(hào)法、低壓脈沖法及電容量變化法等離線方法對(duì)變壓器繞組變形進(jìn)行無損監(jiān)測(cè)，這類方法不僅需要斷電進(jìn)行、過程耗時(shí)且費(fèi)用高昂，更無法實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器繞組狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)功能。

5、變壓器繞組變形最直接的反映是其匝間或?qū)娱g壓力的變化，在線監(jiān)測(cè)繞組所受壓力是一類診斷繞組變形的有效準(zhǔn)確的技術(shù)手段。

6、專利文獻(xiàn)cn202311153684.4公開了一種基于光纖光柵傳感的變壓器繞組變形在線監(jiān)測(cè)方法，其結(jié)合安裝在變壓器內(nèi)部的各類傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果，綜合分析繞組的變形狀態(tài)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及電、磁、光等多類傳感器的安裝和信號(hào)的采集，其雖然實(shí)現(xiàn)了變壓器繞組狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，但是實(shí)施方式復(fù)雜，且對(duì)各類信號(hào)采集設(shè)備性能要求嚴(yán)苛，并且結(jié)果準(zhǔn)確性受客觀環(huán)境和條件影響較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)合理的基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置及方法，從而在線監(jiān)測(cè)壓力值進(jìn)行變形故障的診斷、定位，整體布設(shè)和操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)和實(shí)施，并且結(jié)果準(zhǔn)確性高，實(shí)用性好。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置，包括由線圈繞裝于鐵心上構(gòu)成的繞組，沿著線圈繞制長(zhǎng)度方向間隔安裝有多組傳感器模組，單組傳感器模組分別沿著線圈橫截面的圓周方向進(jìn)行包覆；包覆于線圈上的單組傳感器模組包括有相對(duì)布設(shè)的匝間壓力傳感器和相對(duì)布設(shè)的層間壓力傳感器，匝間壓力傳感器沿著鐵心的軸向以水平狀態(tài)貼合于對(duì)應(yīng)線圈表面上，層間壓力傳感器沿著鐵心的徑向以豎直狀態(tài)貼合于對(duì)應(yīng)線圈表面上。

4、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

5、所述層間壓力傳感器、匝間壓力傳感器均為柔性薄膜型壓力傳感器，四個(gè)柔性薄膜型壓力傳感器水平間隔排布并密封后構(gòu)成單組傳感器模組。

6、所述柔性薄膜型壓力傳感器采用納米功能材料制備而成，其制備方法為：

7、將碳納米管薄膜轉(zhuǎn)移到銅箔表面，通過化學(xué)氣相沉積法原位生長(zhǎng)石墨烯，得到取向碳納米管/石墨烯薄膜；

8、通過印模植物葉片法得到具有多級(jí)微結(jié)構(gòu)的柔性基底；

9、將得到的取向碳納米管/石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到柔性基底的表面，形成高靈敏、低檢測(cè)限的柔性薄膜型壓力傳感器。

10、所述層間壓力傳感器位于對(duì)應(yīng)線圈層間間隙的中心位置處，匝間壓力傳感器位于對(duì)應(yīng)線圈匝間間隙的中心線位置處。

11、采用絕緣紙將各組傳感器模組纏繞固定于線圈的預(yù)設(shè)位置；傳感器模組沿著線圈長(zhǎng)度方向間隔等距布設(shè)，相鄰傳感器模組沿著線圈圓周路徑的距離不低于100mm同時(shí)不大于300mm。

12、所述傳感器模組均勻分布于繞組的層間和匝間，傳感器模組的總數(shù)量不低于200個(gè)。

13、繞制于鐵心上的相鄰線圈之間存在豎直方向的主油隙，以3-5層線圈為一組，將每組線圈上所有傳感器模組的通訊線采用就近原則從主油隙側(cè)面引出；變壓器油箱側(cè)面開孔并配裝有貫通器，從主油隙引出的通訊線連接至貫通器的數(shù)據(jù)集端口上，經(jīng)由端口統(tǒng)一連接至外部信號(hào)處理系統(tǒng)。

14、一種上述中任一項(xiàng)所述的壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置的方法，包括如下步驟：

15、根據(jù)變壓器內(nèi)部繞組實(shí)際空間尺寸繪制等比例三維模型，由信號(hào)處理系統(tǒng)接收繞組上各組傳感器模組反饋的數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)信息在等比例三維模型的對(duì)應(yīng)位置處繪制并標(biāo)識(shí)相應(yīng)的壓力值，獲得繞組上壓力值分布的三維雷達(dá)圖；

16、在三維雷達(dá)圖中，采用包括但不限于綠色、黃色、紅色的顏色來對(duì)應(yīng)標(biāo)注位于各區(qū)間內(nèi)的壓力值；

17、通過觀察三維雷達(dá)圖中的顏色分布來確定繞組變形故障區(qū)域；

18、由于越靠近故障位置中心，壓力值越突出，根據(jù)故障區(qū)域內(nèi)各傳感器模組的具體壓力值遞進(jìn)關(guān)系來明確故障中心位置，完成繞組變形的定位。

19、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

20、將低于10mpa的壓力值標(biāo)注為綠色，代表壓力處于安全范圍，將位于10mpa-50mpa之間的壓力值標(biāo)注為黃色，代表存在較大壓力異常，將高于50mpa的壓力值標(biāo)注為紅色，代表存在較大故障。

21、在對(duì)繞組變形定位之后，根據(jù)相應(yīng)的傳感器模組判斷豎直方向或是水平方向的變形；當(dāng)單組傳感器模組中兩個(gè)匝間壓力傳感器數(shù)值突出時(shí)，判斷繞組主要發(fā)生豎直方向的變形，當(dāng)單組傳感器模組中兩個(gè)層間壓力傳感器數(shù)值突出時(shí)，判斷繞組主要發(fā)生水平方向的變形。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

23、本發(fā)明可以由各組傳感器模組的反饋值構(gòu)成繞組上壓力值分布的三維雷達(dá)圖，通過持續(xù)在線監(jiān)測(cè)壓力值進(jìn)行變形故障的診斷、定位；整體布設(shè)和操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)和實(shí)施，并且結(jié)果準(zhǔn)確性高，實(shí)用性好；

24、本發(fā)明還包括如下優(yōu)點(diǎn)：

25、本發(fā)明基于薄膜形態(tài)的壓力傳感器構(gòu)成傳感器模組，利用變壓器運(yùn)行過程中變形繞組和正常繞組的匝間或?qū)娱g壓力分布特征的顯著區(qū)別，來判斷變壓器繞組變形故障的位置和嚴(yán)重程度，極大地保證了診斷、定位的準(zhǔn)確性和可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置，包括由線圈繞裝于鐵心(5)上構(gòu)成的繞組(1)，其特征在于：沿著線圈繞制長(zhǎng)度方向間隔安裝有多組傳感器模組(6)，單組傳感器模組(6)分別沿著線圈橫截面的圓周方向進(jìn)行包覆；包覆于線圈上的單組傳感器模組(6)包括有相對(duì)布設(shè)的匝間壓力傳感器(3)和相對(duì)布設(shè)的層間壓力傳感器(2)，匝間壓力傳感器(3)沿著鐵心(5)的軸向以水平狀態(tài)貼合于對(duì)應(yīng)線圈表面上，層間壓力傳感器(2)沿著鐵心(5)的徑向以豎直狀態(tài)貼合于對(duì)應(yīng)線圈表面上。

2.如權(quán)利要求1所述的基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置，其特征在于：所述層間壓力傳感器(2)、匝間壓力傳感器(3)均為柔性薄膜型壓力傳感器，四個(gè)柔性薄膜型壓力傳感器水平間隔排布并密封后構(gòu)成單組傳感器模組(6)。

3.如權(quán)利要求2所述的基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置，其特征在于：所述柔性薄膜型壓力傳感器采用納米功能材料制備而成，其制備方法為：

4.如權(quán)利要求1所述的基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置，其特征在于：所述層間壓力傳感器(2)位于對(duì)應(yīng)線圈層間間隙的中心位置處，匝間壓力傳感器(3)位于對(duì)應(yīng)線圈匝間間隙的中心線位置處。

5.如權(quán)利要求1所述的基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置，其特征在于：采用絕緣紙將各組傳感器模組(6)纏繞固定于線圈的預(yù)設(shè)位置；傳感器模組(6)沿著線圈長(zhǎng)度方向間隔等距布設(shè)，相鄰傳感器模組(6)沿著線圈圓周路徑的距離不低于100mm同時(shí)不大于300mm。

6.如權(quán)利要求1所述的基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置，其特征在于：所述傳感器模組(6)均勻分布于繞組(1)的層間和匝間，傳感器模組(6)的總數(shù)量不低于200個(gè)。

7.如權(quán)利要求1所述的基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置，其特征在于：繞制于鐵心(5)上的相鄰線圈之間存在豎直方向的主油隙，以3-5層線圈為一組，將每組線圈上所有傳感器模組(6)的通訊線采用就近原則從主油隙側(cè)面引出；變壓器油箱(7)側(cè)面開孔并配裝有貫通器(8)，從主油隙引出的通訊線連接至貫通器(8)的數(shù)據(jù)集端口上，經(jīng)由端口統(tǒng)一連接至外部信號(hào)處理系統(tǒng)(9)。

8.一種權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置的方法，其特征在于：包括如下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述的壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置的方法，其特征在于：將低于10mpa的壓力值標(biāo)注為綠色，代表壓力處于安全范圍，將位于10mpa-50mpa之間的壓力值標(biāo)注為黃色，代表存在較大壓力異常，將高于50mpa的壓力值標(biāo)注為紅色，代表存在較大故障。

10.如權(quán)利要求8所述的壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置的方法，其特征在于：在對(duì)繞組(1)變形定位之后，根據(jù)相應(yīng)的傳感器模組(6)判斷豎直方向或是水平方向的變形；當(dāng)單組傳感器模組(6)中兩個(gè)匝間壓力傳感器(3)數(shù)值突出時(shí)，判斷繞組(1)主要發(fā)生豎直方向的變形，當(dāng)單組傳感器模組(6)中兩個(gè)層間壓力傳感器(2)數(shù)值突出時(shí)，判斷繞組(1)主要發(fā)生水平方向的變形。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及基于壓力監(jiān)測(cè)的電力變壓器繞組變形診斷定位裝置及方法，包括由線圈繞裝于鐵心上構(gòu)成的繞組，沿著線圈繞制長(zhǎng)度方向間隔安裝有多組傳感器模組，單組傳感器模組分別沿著線圈橫截面的圓周方向進(jìn)行包覆；包覆于線圈上的單組傳感器模組包括有相對(duì)布設(shè)的匝間壓力傳感器和相對(duì)布設(shè)的層間壓力傳感器，匝間壓力傳感器沿著鐵心的軸向以水平狀態(tài)貼合于對(duì)應(yīng)線圈表面上，層間壓力傳感器沿著鐵心的徑向以豎直狀態(tài)貼合于對(duì)應(yīng)線圈表面上，從而可以由各組傳感器模組的反饋值構(gòu)成繞組上壓力值分布的三維雷達(dá)圖，通過持續(xù)在線監(jiān)測(cè)壓力值進(jìn)行變形故障的診斷、定位；整體布設(shè)和操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)和實(shí)施，并且結(jié)果準(zhǔn)確性高。

技術(shù)研發(fā)人員：豐勝,王宇,鄒家興,裴曉彤,黃雨晴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吳江變壓器有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9