受谐波负载影响下的配电变压器状态检测方法及系统与流程

本发明涉及电力安全监测技术，具体涉及一种受谐波负载影响下的配电变压器状态检测方法及系统。

背景技术：

配电变压器是电力系统配电网的重要组成部分，其安全运行对于向电力用户提供稳定、可靠的电力供应具有重要意义。配电网络负载特性较为复杂，随着变频器在居民家用电器（如空调、冰箱等）中的普及，配电变压器负载谐波含量已经普遍处于相对较高水平。负载谐波含量的增加导致变压器损耗增加，引起变压器温度升高、噪声与振动加剧。变压器长期保持高谐波负载运行，容易造成绝缘受损、匝间短路，从而降低变压器的使用寿命，严重影响其供电可靠性。因此，有必要对谐波负载条件下的配变运行状态进行在线监测，并在故障发生前及时预警。目前，一般采用电流互感器测量配电变压器谐波电流，该方法需要在变压器母线上预先安装传感器，需要现场工作且与带电设备直接接触，存在一定的安全隐患。配电变压器数量多、分布范围广，加之许多配电变压器在投运前并未预先安装电流互感器，导致运行人员无法直接了解变压器的负载谐波状况以及运行状况。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够利用噪声特征对谐波负载条件下配电变压器运行状态进行在线监测，无需接触带电设备，检测的安全性高，无需工作人员前往配电变压器运行现场对其谐波电流进行检测与分析，省时省力，安全高效、测试方便的受谐波负载影响下的配电变压器状态检测方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供一种受谐波负载影响下的配电变压器状态检测方法，步骤包括：

1）检测配电变压器选定噪声检测点在运行状态下的噪声信号；

2）针对噪声信号提取噪声信号特征参数和声压级；

3）将噪声信号特征参数和预设的噪声信号特征参数阈值进行对比，如果噪声信号特征参数高于预设的噪声信号特征参数阈值，则判定变压器处于谐波负载运行状态，并将声压级和预设的声压级预警阈值进行对比，如果声压级超过预设的声压级预警阈值，则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常。

优选地，步骤1）中的选定噪声检测点位于配电变压器正面1/2变压器高度、且距离配电变压器0.3m。

优选地，步骤2）中的噪声信号特征参数为噪声信号的奇偶次谐波比，所述奇偶次谐波比为变压器噪声信号频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值。

优选地，步骤3）中预设的噪声信号特征参数阈值的确定步骤包括：检测配电变压器选定噪声检测点在不同正常负载、无谐波负载的运行状态下的噪声信号，得到正常噪声信号数据集合，针对正常噪声信号数据集合计算噪声信号的奇偶次谐波比，得到噪声信号特征参数集合S_n，所述奇偶次谐波比为变压器噪声信号频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值，从噪声信号特征参数集合S_n中选择取出最大值得到噪声信号特征参数最大值S_{n_max}；将噪声信号特征参数最大值S_{n_max}乘以预设倍数得到预设的噪声信号特征参数阈值。

优选地，所述预设倍数为1.1倍。

优选地，步骤3）中预设的声压级预警阈值的确定步骤包括：检测配电变压器选定噪声检测点在不同谐波负载运行状态下的噪声信号得到谐波负载噪声信号数据集合，计算谐波负载噪声信号数据集合的声压级得到噪声声压级集合P_h，从噪声声压级集合P_h中取最大值P_h-max再加上预设声压级裕量作为预设的声压级预警阈值。

优选地，所述预设声压级裕量的值为3dB(A)。

另一方面，本发明还提供一种受谐波负载影响下的配电变压器状态检测系统，包括：

噪声信号检测程序单元，用于检测配电变压器选定噪声检测点在运行状态下的噪声信号；

噪声特征提取程序单元，用于针对噪声信号提取噪声信号特征参数和声压级；

状态检测程序单元，用于将噪声信号特征参数和预设的噪声信号特征参数阈值进行对比，如果噪声信号特征参数高于预设的噪声信号特征参数阈值，则判定变压器处于谐波负载运行状态，并进一步将声压级和预设的声压级预警阈值进行对比，如果声压级超过预设的声压级预警阈值，则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常。

本发明受谐波负载影响下的配电变压器状态检测方法具有下述优点：

1、本发明检测配电变压器选定噪声检测点在运行状态下的噪声信号，针对噪声信号提取噪声信号特征参数和声压级，将噪声信号特征参数和预设的噪声信号特征参数阈值进行对比，如果噪声信号特征参数高于预设的噪声信号特征参数阈值，则判定变压器处于谐波负载运行状态，并将声压级和预设的声压级预警阈值进行对比，如果声压级超过预设的声压级预警阈值，则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常，因此本发明基于负载谐波含量的增加导致变压器损耗增加，引起变压器温度升高、噪声与振动加剧的特性，能够利用噪声特征对谐波负载条件下配电变压器运行状态进行在线监测，无需接触带电设备，检测的安全性高，无需工作人员前往配电变压器运行现场对其谐波电流进行检测与分析，省时省力，具有安全高效、测试方便的优点。

2、本发明能够方便地与远程传输技术相结合，能够实现负载谐波条件下配电变压器运行状态的实时监测与预警，便于实现多台配电变压器的远程集中监测，有利于提高配电变压器状态检修工作的自动化程度。

本发明受谐波负载影响下的配电变压器状态检测系统为本发明受谐波负载影响下的配电变压器状态检测方法完全对应的系统，因此也具有本发明受谐波负载影响下的配电变压器状态检测方法的前述优点，故在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例中某配电变压器正常与谐波负载条件下噪声特征参数对比图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例受谐波负载影响下的配电变压器状态检测方法的步骤包括：

1）检测配电变压器选定噪声检测点在运行状态下的噪声信号；

2）针对噪声信号提取噪声信号特征参数和声压级；

3）将噪声信号特征参数和预设的噪声信号特征参数阈值进行对比，如果噪声信号特征参数高于预设的噪声信号特征参数阈值，则判定变压器处于谐波负载运行状态，并将声压级和预设的声压级预警阈值进行对比，如果声压级超过预设的声压级预警阈值，则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常。

本实施例中，步骤1）中的选定噪声检测点位于配电变压器正面1/2变压器高度、且距离配电变压器0.3m，基于负载谐波含量的增加导致变压器损耗增加，引起变压器温度升高、噪声与振动加剧的特性，本实施例基于上述结构位置能够确保选定噪声检测点能够准确地采集配电变压器由于负载谐波含量的增加而导致的噪声信号。

本实施例中，步骤2）中的噪声信号特征参数为噪声信号的奇偶次谐波比，奇偶次谐波比为变压器噪声信号频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值。由于铁心的磁致伸缩以及绕组间的周期性电动力的交互作用，对于工频50Hz交流系统，配电变压器的噪声频谱主要集中在2kHz范围内的50Hz及其整数倍频率上，上述频率点的幅值变化能够反映出变压器的不同运行状态。配电变压器发生三相不平衡时或者负载电流谐波含量较高时，变压器噪声信号频谱的奇偶次谐波比（即变压器频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值）将发生变化。但负载电流谐波含量较高时变压器噪声信号频谱的奇偶次谐波比更大。因此，通过合理设置奇偶次谐波比的阈值，可以排除三相负载不平衡对配电变压器谐波负载运行状态判断结果的影响。

本实施例中，步骤3）中预设的噪声信号特征参数阈值的确定步骤包括：检测配电变压器选定噪声检测点在不同正常负载、无谐波负载的运行状态下的噪声信号，得到正常噪声信号数据集合，针对正常噪声信号数据集合计算噪声信号的奇偶次谐波比，得到噪声信号特征参数集合S_n，奇偶次谐波比为变压器噪声信号频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值，从噪声信号特征参数集合S_n中选择取出最大值得到噪声信号特征参数最大值S_{n_max}；将噪声信号特征参数最大值S_{n_max}乘以预设倍数得到预设的噪声信号特征参数阈值。本实施例中，预设倍数为1.1倍。

本实施例中，步骤3）中预设的声压级预警阈值的确定步骤包括：检测配电变压器选定噪声检测点在不同谐波负载运行状态下的噪声信号得到谐波负载噪声信号数据集合，计算谐波负载噪声信号数据集合的声压级得到噪声声压级集合P_h，从噪声声压级集合P_h中取最大值P_h-max再加上预设声压级裕量作为预设的声压级预警阈值。本实施例中，预设的声压级裕量为3dB(A)。

确定配电变压器在不同谐波负载运行状态下时，具体是通过谐波检测装置判断配电变压器是否处于谐波负载运行状态以及谐波负载的大小。

假设s_n(i)(i=1,2,…,k)为正常噪声信号数据集合中的某一个信号的特征参数值，k为集合内信号总数，S_{n_max}为正常噪声信号数据集合中的最大值；假设s_h(i)(i=1,2,…,m)为谐波负载噪声信号数据集合中的某一个信号的特征参数值，m为集合内信号总数；假设P_h(i)为噪声声压级集合P_h中的某一个信号的声压级，P_h-max为声压级集合中的最大值。由于通常情况下s_n(i)< s_h(i)，并且考虑一定的裕度，因此本实施例中，预设倍数为1.1倍，即将噪声信号特征参数最大值S_{n_max}乘以1.1倍得到预设的噪声信号特征参数阈值（1.1S_{n_max}）。预设声压级裕量的值为3dB(A)，即将噪声声压级集合P_h中的最大值P_h-max加上预设声压级裕量（P_h-max+3dB(A)）作为预设的声压级预警阈值。若噪声信号特征参数s大于1.1S_{n_max}，则判定变压器处于谐波负载运行状态，若噪声信号声压级超过声压级预警值P_h-max+3dB(A)，则判定变压器运行异常，否则认为变压器运行正常。本实施例中对某800kVA三相干式配电变压器分别进行了以下几种运行条件下的噪声测试：(1) 正常负载条件下，18%、29%、50%、60%、75%额定负载的噪声测试；(2) A、C相75%额定负载，B相0%、18%、43%额定负载；(3) A、B相75%额定负载，C相0%、18%、43%额定负载；(4) 43%、50%、75%额定负载，70kVA的3次与5次谐波负载；(5) 43%、50%、75%额定负载，35kVA的5次谐波负载。获得噪声信号特征参数集合S_n{0.074, 0.081, 0.077, 0.078, 0.090, 0.114, 0.128, 0.142, 0.115, 0.103, 0.118}，以及噪声声压级集合P_h{58.6, 58.3, 58.4, 58.2, 57.7, 57.4}。参见图2可知，正常运行条件下的噪声信号特征参数均远小于谐波负载条件下的噪声信号特征参数，最终选择的噪声信号特征参数阈值1.1S_{n_max}的值为0.156，预设的声压级预警阈值P_h-max+3dB(A)的值为61.6 dB(A)。基于步骤1）和2）的步骤测试三相平衡负载条件下43%额定负载条件下的噪声信号，提取噪声信号特征参数和声压级分别为0.084与57.3dB(A)，0.084<0.156且57.3dB(A)< 61.6 dB(A)，因此判定变压器处于正常运行状态。

本实施例受谐波负载影响下的配电变压器状态检测方法具体是通过计算机程序来实现的，采用该计算机程序实现的受谐波负载影响下的配电变压器状态检测系统包括：

噪声信号检测程序单元，用于检测配电变压器选定噪声检测点在运行状态下的噪声信号；

噪声特征提取程序单元，用于针对噪声信号提取噪声信号特征参数和声压级；

状态检测程序单元，用于将噪声信号特征参数和预设的噪声信号特征参数阈值进行对比，如果噪声信号特征参数高于预设的噪声信号特征参数阈值，则判定变压器处于谐波负载运行状态，并进一步将声压级和预设的声压级预警阈值进行对比，如果声压级超过预设的声压级预警阈值，则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。