一種判斷電力變壓器繞組變形的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種判斷電力變壓器繞組變形的方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型電力變壓器是電網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。電力變壓器故障可導(dǎo)致輸電網(wǎng)絡(luò)中 斷，并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失與社會(huì)影響，因此準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)大型電力變壓器是否發(fā)生故障并保 證變壓器的正常運(yùn)行非常必要。變壓器的故障分為繞組故障和鐵心故障，繞組故障發(fā)生的 可能性更高，且繞組故障對(duì)變壓器使用壽命影響最大。繞組故障一般表現(xiàn)為繞組松動(dòng)或者 變形，這些故障可能會(huì)導(dǎo)致繞組匝間短路等嚴(yán)重情況發(fā)生，且繞組在發(fā)生故障后，抗短路沖 擊力的能力會(huì)急劇下降，容易發(fā)生更大程度的變形。因此對(duì)繞組狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，判斷是否存 在故障非常有必要。
[0003] 常用的繞組故障檢測(cè)技術(shù)包括頻率響應(yīng)法、短路阻抗法和油色譜分析法等。頻率 響應(yīng)法是將繞組一端注入掃頻信號(hào)，在另一端測(cè)量傳遞過來的信號(hào)計(jì)算繞組的傳遞函數(shù)， 然后根據(jù)繞組沖擊前后傳遞函數(shù)的變化計(jì)算得到繞組是否變形。短路阻抗法則是通過測(cè)量 繞組短路阻抗的變化來檢測(cè)繞組是否發(fā)生變形。油色譜分析法是根據(jù)測(cè)得的變壓器油中溶 解的各種氣體含量結(jié)果，對(duì)變壓器絕緣性能進(jìn)行分析，從而判斷變壓器設(shè)備內(nèi)部是否發(fā)生 故障。但是以上三種方法存在一些缺點(diǎn)，前兩種方法對(duì)繞組的輕中度變形診斷準(zhǔn)確度低，其 次，這兩種方法都不能進(jìn)行帶電檢測(cè)。油色譜分析法雖然可用于帶電檢測(cè)，但是對(duì)內(nèi)部的機(jī) 械結(jié)構(gòu)并不敏感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種判斷電力變壓器繞組變形的方法。此外，本發(fā)明的目的 還提供一種判斷電力變壓器繞組變形的系統(tǒng)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種判斷電力變壓器繞組變形的方法，包括：
[0006] 在預(yù)定條件下，同步采集所述電力變壓器繞組的各測(cè)點(diǎn)處的振動(dòng)信號(hào)；
[0007] 提取各所述振動(dòng)彳目號(hào)中的每階固有頻率對(duì)應(yīng)的單頻振動(dòng);S減曲線；
[0008] 根據(jù)所述單頻振動(dòng)衰減曲線計(jì)算所述電力變壓器繞組各測(cè)點(diǎn)的診斷參數(shù)值；
[0009] 判斷所述診斷參數(shù)值與診斷參數(shù)平均值的差值是否處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；
[0010] 當(dāng)所述診斷參數(shù)值與診斷參數(shù)平均值的差值處于所述預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，確定對(duì)應(yīng)的 測(cè)點(diǎn)為正常;否則，確定對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)存在繞組變形。
[0011]優(yōu)選地，所述預(yù)定條件包括:下電過程或短路沖擊。
[0012] 優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)范圍為±20%。
[0013] 優(yōu)選地，當(dāng)所述電力變壓器繞組為三相繞組時(shí)，所述測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為6個(gè)，且均勻分 布于所述電力變壓器的油箱表面。
[0014] 一種判斷電力變壓器繞組變形的系統(tǒng)，包括：
[0015] 采集單元，用于在預(yù)定條件下，同步采集所述電力變壓器繞組的各測(cè)點(diǎn)處的振動(dòng) 信號(hào)；
[0016] 提取單元，用于提取各所述振動(dòng)信號(hào)中的每階固有頻率對(duì)應(yīng)的單頻振動(dòng)衰減曲 線;根據(jù)所述單頻振動(dòng)衰減曲線計(jì)算所述電力變壓器繞組各測(cè)點(diǎn)的診斷參數(shù)值；
[0017] 判斷單元，用于判斷所述診斷參數(shù)值與診斷參數(shù)平均值的差值是否處于預(yù)設(shè)范圍 內(nèi)；
[0018] 確定單元，用于當(dāng)所述診斷參數(shù)值與診斷參數(shù)平均值的差值處于所述預(yù)設(shè)范圍內(nèi) 時(shí)，確定對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)為正常;否則，確定對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)存在繞組變形。
[0019] 優(yōu)選地，所述預(yù)定條件為下電過程或短路沖擊。
[0020] 優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)范圍為±20%。
[0021] 優(yōu)選地，當(dāng)所述電力變壓器繞組為三相繞組時(shí)，所述測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為6個(gè)，且均勻分 布于所述電力變壓器的油箱表面。
[0022] 優(yōu)選地，所述采集單元包括振動(dòng)傳感器，所述振動(dòng)傳感器的數(shù)量與所述測(cè)點(diǎn)的數(shù) 量相同。
[0023] 優(yōu)選地，還包括：磁座，用于將所述振動(dòng)傳感器固定于所述電力變壓器的油箱表 面。
[0024]本發(fā)明提供的判斷電力變壓器繞組變形的方法，通過同步采集電力變壓器繞組的 各測(cè)點(diǎn)處的振動(dòng)信號(hào)以提取各振動(dòng)信號(hào)中的每階固有頻率對(duì)應(yīng)的單頻振動(dòng)衰減曲線以計(jì) 算各測(cè)點(diǎn)的診斷參數(shù)值。由于正常情況下，診斷參數(shù)值是不變的，或者變化很小，因此當(dāng)診 斷參數(shù)值與診斷參數(shù)平均值的差值處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，確定對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)為正常;否則，確定 對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)存在繞組變形。本方法與電力變壓器無任何電氣連接，且無需對(duì)變壓器進(jìn)行斷 電，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行影響很小。此外，本方法基于繞組振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理，更好地反映了 繞組的機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠?qū)@組內(nèi)部結(jié)構(gòu)松動(dòng)、變形等情況進(jìn)行檢測(cè)。
【附圖說明】
[0025] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖做簡(jiǎn)單的 介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026] 圖1為本發(fā)明提供的一種判斷電力變壓器繞組變形的方法的流程圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明提供的電力變壓器繞組各測(cè)點(diǎn)的分布示意圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明提供的一種判斷電力變壓器繞組變形的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒?發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下，所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0030] 本發(fā)明的核心是提供一種判斷電力變壓器繞組變形的方法及系統(tǒng)。
[0031] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】 對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032] 實(shí)施例一
[0033] 圖1為本發(fā)明提供的一種判斷電力變壓器繞組變形的方法的流程圖。如圖1所示， 判斷電力變壓器繞組變形的方法，包括：
[0034] S10:在預(yù)定條件下，同步采集電力變壓器繞組的各測(cè)點(diǎn)處的振動(dòng)信號(hào)。
[0035] 在具體實(shí)施中，在電力變壓器油箱表面選取多個(gè)測(cè)點(diǎn)，通過采集單元，例如振動(dòng)傳 感器，采集各測(cè)點(diǎn)處的振動(dòng)信號(hào)。振動(dòng)傳感器應(yīng)布置在靠近繞組的油箱表面上;確保每個(gè)繞 組的垂直方向被兩個(gè)或兩個(gè)以上的振動(dòng)傳感器覆蓋。
[0036] 需要說明的是本發(fā)明中的預(yù)定條件可以包括:下電過程或短路沖擊。下電過程指 的是變壓器輸入端(通常是高壓側(cè))斷電這一過程。
[0037] S11:提取各振動(dòng)信號(hào)中的每階固有頻率對(duì)應(yīng)的單頻振動(dòng)衰減曲線。
[0038] 對(duì)于采集到的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，先通過短時(shí)傅里葉變換法分析振動(dòng)頻譜分 布，并提取出對(duì)應(yīng)的固有頻率，振動(dòng)頻譜圖上的每個(gè)峰值分別對(duì)應(yīng)每一階的固有頻率。根據(jù) 每一階固有頻率的數(shù)值，分別設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器，并利用此濾波器再對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾 波，最后得到對(duì)應(yīng)的單頻振動(dòng)衰減曲線。
[0039] S12:根據(jù)單頻振動(dòng)衰減曲線計(jì)算電力變壓器繞組各測(cè)點(diǎn)的診斷參數(shù)值。
[0040] 根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)特性和絕緣材料力學(xué)特性建立一個(gè)等效的繞組結(jié)構(gòu)一致性模型，并 根據(jù)單頻衰減曲線估算各個(gè)測(cè)點(diǎn)的DFR(診斷參數(shù)值）。
[0041] 大型電力變壓器通常采用餅式線圈，可以認(rèn)為一個(gè)餅式線圈主要由銅導(dǎo)體、絕緣 墊塊、絕緣紙組成。繞組結(jié)構(gòu)一致性模型可以等效為一個(gè)由質(zhì)量-彈簧-阻尼組成的多自由 度系統(tǒng)。根據(jù)繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，把單層線圈等效為一個(gè)集中的質(zhì)量塊，把絕緣墊片等效為一 個(gè)彈性元件，鐵芯的剛度可以視為無窮大。繞組的上下端為固定端，該處的位移為零。ki， 1?-_，1^表示各個(gè)線圈之間絕緣墊塊的等效彈性系數(shù)，在本文中，所有的彈性系數(shù)認(rèn)為是一 致的。ci，C2，···，c n為變壓器油對(duì)各個(gè)線圈的阻尼系數(shù);mi，m2,…!!!!!為各個(gè)線圈的等效質(zhì)量。η 個(gè)單層線圈的多自由度振動(dòng)系統(tǒng)具有η個(gè)自由度，并且線圈的位移只有軸向分量，分別為 XI，Χ2，···Χη。瞬態(tài)振動(dòng)對(duì)應(yīng)各個(gè)線圈在受力為零的情況下發(fā)生的自由振動(dòng)，繞組振動(dòng)方程如 下所示：
[0043] 其中，M、C、K分別為質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣，{χ}為單個(gè)線圈位移組成的向 量。
[0044] 絕緣材料剛度系數(shù)與對(duì)應(yīng)的阻尼系數(shù)的比例關(guān)系如下式所示，比例系數(shù)η是一個(gè) 與頻率有關(guān)的參數(shù)。
[0046] 對(duì)正常繞組而言，所有的線圈具有相同的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)，因此該比例系數(shù) 的數(shù)值大小是固定的。當(dāng)繞組發(fā)生松動(dòng)或者變形時(shí)，等效剛度和阻尼均會(huì)發(fā)生變化，最終導(dǎo) 致診斷參數(shù)值會(huì)發(fā)生變化。
[0047] 振型疊加法是求解多自由度振動(dòng)的一種常用方法。根據(jù)該方法，任一自由度的位 移大小Xj都可以分解為：
[0049] 其中，N為自由度維數(shù)，Djn為第η階正交模態(tài)中第j階自由度的幅值，qn為廣義坐標(biāo) 下各自由度的振動(dòng)幅值。
[0050] 利用振型疊加法對(duì)多自由度振動(dòng)進(jìn)行解耦，最終結(jié)果等效為各個(gè)單自由度系統(tǒng)發(fā) 生擾動(dòng)且激勵(lì)力F = 0,并在時(shí)間t = 0時(shí)發(fā)生的自由振動(dòng)。當(dāng)阻尼系數(shù)小于臨界阻尼時(shí)，第j 個(gè)線圈的位移可以等效為：
[0052] 其中固定值，僅與自由度初始位移和速度有關(guān)
[0053] ωη為第η階無阻尼固有頻率
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