用于执行变压器诊断的系统和方法与流程

本申请涉及一种诊断系统。特别地，本申请描述了一种用于对变压器执行诊断的系统和方法。

相关技术的描述

高压变压器用于电力输送，通常用于将输电线路上的电压逐步降低到更适合住宅或商业区的电压。变压器通常包括一个或多个初级绕组和一个或多个次级绕组。在三相电力系统的情况下，初级绕组可以包括三个绕组，每个绕组耦合到电力系统的不同相位。

输送到负载的电压在某种程度上取决于负载本身。因此，一些高压变压器包括负载分接开关(load-tap-changer,ltc)和/或断电分接开关(de-energizedtapchanger,detc)。ltc和detc是一种便于改变变压器的匝数比的开关机构。ltc/detc改变位置以控制其输出电压。

高压变压器在操作过程中会承受很大的应力。在高峰用电期间，如夏季温热的日子，情况尤其如此。应力可能导致变压器性能降级。例如，绕组之间的绝缘可能会降级；相邻匝或绕组之间可能开始出现短路。可能会出现其他问题。如果这些问题持续足够长时间，变压器可能会发生灾难性故障。这种故障反过来可能会导致电源系统的其他部件发生故障。

为了尽量减少这种破坏，变压器通常在安装后进行常规诊断测试，以确定是否存在任何可能导致最终灾难性故障的问题。采用的一种测试是用交流电压给变压器的绕组或相位通电，并测量流入变压器的激励电流的电源频率分量(powerfrequencycomponent)的大小。

不利的是，在某些现代电源变压器中，激励电流的电容分量会使测量电流的预期模式失真，使得诊断分析的结论不太确定。

技术实现要素：

提供了便于对变压器执行诊断的方法、系统和计算机可读介质。

在一个方面，一种用于对目标变压器执行诊断的方法包括：将电压发生器的电压输出施加到目标变压器的绕组或相位；控制电压发生器输出第一频率和然后第二频率的交流电压，并测量分别流入目标变压器的与第一频率和第二频率相关联的第一激励电流和第二激励电流。该方法还包括根据第一激励电流和第二激励电流确定目标变压器的实际激励电流，并将目标变压器的实际激励电流和与具有已知电特性的一个或多个基准变压器相关联的激励电流进行比较。并且，当目标变压器的实际激励电流与基准变压器之一的激励电流相匹配时，确定目标变压器的电特性与这个基准变压器的电特性相匹配。

在第二方面，提供了一种用于对目标变压器执行诊断的系统。该系统包括：电压发生器，其产生第一频率和第二频率的交流电压；开关部段，其被配置为选择性地将交流电压施加到目标变压器的多个绕组或相位之一；电流传感器，其被配置为感测流经目标变压器的选定绕组或相位的电流；处理器，其与电压发生器、开关部段和电流传感器通信；以及，非暂时性计算机可读介质，其与处理器通信。非暂时性计算机可读介质存储指令代码，当由处理器执行时使处理器实现以下动作，包括：a)控制开关电路将电压发生器的电压输出施加到目标变压器的绕组或相位；b)控制电压发生器输出第一频率的交流电压；c)经由电流传感器测量流入目标变压器的与第一频率相关联的第一激励电流；d)控制电压发生器输出第二频率的交流电压；e)经由电流传感器测量流入目标变压器的与第二频率相关联的第二激励电流；f)根据第一激励电流和第二激励电流确定目标变压器的实际激励电流；g)将所确定的目标变压器的实际激励电流和与具有已知电特性的一个或多个基准变压器相关联的激励电流进行比较。当目标变压器的实际激励电流与基准变压器之一的激励电流相匹配时，指令代码使处理器确定目标变压器的电特性与这个基准变压器的电特性相匹配。

在第三方面，提供了一种存储用于对目标变压器执行诊断的计算机程序的非暂时性机器可读存储介质。该程序可由机器执行，并使机器实现以下动作：a)控制开关电路向目标变压器的绕组或相位施加电压发生器的电压输出；b)控制电压发生器输出第一频率的交流电压；c)经由电流传感器测量流入目标变压器的与第一频率相关联的第一激励电流；d)控制电压发生器输出第二频率的交流电压；e)经由电流传感器测量流入目标变压器的与第二频率相关联的第二激励电流；f)根据第一激励电流和第二激励电流确定目标变压器的实际激励电流；g)将所确定的目标变压器的实际激励电流和与具有已知电特性的一个或多个基准变压器相关联的激励电流进行比较；并且当目标变压器的实际激励电流与基准变压器之一的激励电流相匹配时，确定目标变压器的电特性与这个基准变压器的电特性相匹配。

附图说明

图1示出了用于对目标变压器执行诊断的示例性系统；

图2a和图2b示出了图1的系统的输出可以耦合到的示例性变压器配置；

图3示出了可以由系统执行的各种示例性操作；

图4a示出了变压器的相位的示例性电路表示；

图4b示出了流入图4a的示例性电路的电流的矢量表示；和

图5示出了可以实现系统的各种模块的计算机系统。

具体实施方式

下面描述的实施例通过提供一种能够对目标变压器执行更完整的诊断分析的系统来解决上述问题。通常，该系统被配置成用正弦交流电压来驱动目标变压器的一个或多个绕组或相位，并测量流入目标变压器的绕组/相的激励电流的特性参数。将这些参数和与所谓的基准变压器相关联的参数或目标变压器的先前数据进行比较，以确定目标变压器是否与给定基准变压器的特性相匹配。基准变压器可包括正常运行的变压器和表现出特定类型缺陷的变压器。

在操作中，可以将与目标变压器相关联的参数和与代表正常运行的变压器的基准变压器相关联的相应参数或者目标变压器的先前数据进行比较，以确定目标变压器是否处于正常运转状态。另一方面，与目标变压器相关联的参数可以与基准变压器相关联的参数相匹配，该基准变压器例如具有短路绕组或其他缺陷。在这种情况下，可以确定目标变压器具有短路绕组。

图1示出了用于对变压器执行诊断的示例性系统100。系统100包括电压发生器部段105、开关部段110、处理器120和存储装置125。电压发生器部段105包括电压源106和电流测量装置107。电压源被配置成产生电压，所产生的电压通常低于在正常使用中施加到目标变压器的电压。例如，测试电压可以是大约12kv。进入目标变压器的生成电流可以是非正弦交流电流。

电流测量装置107被配置为测量从电压源106流向目标变压器的绕组的激励电流。电流测量装置107可以包括电流感测部分，例如小电阻。流经电阻的电流导致电阻上的电压降。电流测量装置107可以包括模数转换电路，其对电阻上产生的电压进行采样，并将采样电压的数字表示传送给处理器120。

开关部段110被配置为将电压发生器部段105的输出按路线发送到目标变压器的不同绕组。开关部段110可以对应于机械或固态开关。图2a和图2b示出了可以耦合到开关部段110的示例性变压器配置。图2a示出了包括ltc/detc210的y型变压器205。开关部段110可以将第一电压发生器输出耦合到变压器205的中心节点h0。开关部段110可以将另一个输出耦合到节点h1、h2和h3之一，以便于测量在绕组h1-h0、h2-h0或h3-h0之一内流动的激励电流。图2b示出了包括ltc/detc220的不同变压器215，其中可能不提供对变压器中性节点的接入。在这种情况下，开关部段110可以将电压发生器部段105的输出耦合到节点h1、h2和h3之一，以便于测量在绕组/相位h1-h2、h1-h3或h2-h3之一内流动的激励电流。

回到图1，处理器120被配置为将与激励电流相关联的电流分量与先前确定的与目标变压器或基准变压器相关联的分量数据进行比较。处理器120可以与电压发生器部段105和开关部段110通信，以控制相应部段的操作。例如，处理器120可以控制电压发生器部段105的电压发生器106的启动，并且可以控制电压发生器部段105的输出电压和频率。处理器120可以控制开关部段110的开关配置来按路线发送来自电压调节器部段105的电压以选择目标变压器的特定绕组/相位。

在一些实施方式中，处理器120可以被配置成向操作者传达信息和/或指令。例如，系统100可以包括显示器或网络接口，该显示器或网络接口便于将指令传达给操作者，以使操作者在测试目标变压器的操作时选择特定的ltc/detc位置。在替代实施方式中，处理器120可以控制耦合到目标变压器的ltc/detc的伺服或其他形式的致动器，以便于测试期间自动改变ltc/detc位置。

由系统100执行的操作在图3的流程图中示出。为了便于各种操作的执行，一种或多种非暂时性类型的存储器，例如ram、rom、闪存等可以与处理器120通信，并且可以存储可由处理器120执行的指令代码，以使处理器120执行所有或部分各种操作。

在框300，可以执行初始ltc/detc位置的选择。例如，用于将目标变压器的ltc/detc位置设置到初始位置的指令，例如ltc/detc位置1，可以通过显示器传达给操作者。

在框305，可以控制开关部段110将电压发生器部段105的电压输出按路线发送到目标变压器的第一相位或绕组。例如，处理器120可以控制开关部段110选择变压器的相位h1-h3，如图2b所示。

在框310，电压发生器部段105的电压发生器106可以以第一频率被通电，并且可以捕获与第一频率相关联的激励电流的电流相量。例如，当通电时，电压发生器106可以产生频率比目标变压器的正常操作频率低约5％的12kv正弦交流电压，例如当正常操作频率为60hz时为57hz。较低的频率可能导致变压器的电感变得非线性。电压的产生导致激励电流流过目标变压器的选定绕组/相位。

电压发生器部段105的电流测量装置107可以测量电流的大小和相对于电压源相位的相位，以确定流入目标变压器的电流的同相(i)和异相(q)分量。例如，电流测量装置107可以对在感测电阻器上产生的电压进行数字采样，并且基于采样来确定电流的同相(i)和异相(q)分量。如上所述，流入目标变压器的电流可以是非正弦交流电流。在这种情况下，确定电流的i分量和q分量可能需要确定测量电流的第一谐波波形。例如，可以利用滤波器或谐波分析仪来确定第一谐波。

图4a示出了在变压器的单个相位的示例性电路表示400中流动的各种电流。如图所示，变压器相位可以表示为电感器lm、电阻器rm和电容器c的并联组合。电压源将电流im提供给部件的并联组合，其中im等于分别流经电感器lm、电阻器rm和电容器c的电流il、ir和lc的总和。

图4b示出了各种电流分量的矢量表示。如图所示，同相电流(ir)对应于流经变压器相位的等效电阻的电流ir。异相电流(iq)的大小对应于分别流经变压器相位的等效电感器和电容器的电流il和ic的大小之差。

回到图3，在框315，电压发生器部段105的电压发生器106可以以第二频率被通电，并且可以捕获与第二频率相关联的激励电流的同相(i)和异相(q)分量电流相量。例如，电压发生器106可被控制以产生频率比目标变压器的正常操作频率高约5％的12kv正弦交流电压，例如当正常操作频率为60hz时为63hz。较高的频率可导致变压器的电感变得非线性。可以捕获该频率下电流的同相(i)和异相(q)分量。

在框320，可以基于在框310和315中执行的同相(i)和异相(q)分量电流测量值来确定分别流经电感器lm和电容器c的电流il和ic。在一个实施方式中，根据以下方法来确定与电感分量和电容分量相关联的电流。

在较低频率f1(例如60hz)下测量的电流正交分量可以表示为：

iq1＝il1+ic1(1)

在较高频率f2(例如70hz)下测量的电流的正交分量可以表示为：

iq2＝il2+ic(2)

使用施加的电压作为参考，电感分量和电容分量可以表示如下：

il1＝v/jω1l(3)

ic1＝jvω1c(4)

il2＝v/jω2l(5)

ic2＝jvω2c(6)

il＝v/jωl(7)

ic＝jvωc(8)

其中ω1＝2πf1，ω2＝2πf2，ω＝2πf，f1＜f＜f2，并且f是电源频率。

使用，

ω1＝ω-δω(9)

ω2＝ω+δω(10)

ξ＝δω/ω＝δf/f(11)

方程式(3-8)、(1)和(2)可以重写为：

iq1＝v/jω1l+jvω1c＝il/(1-ξ)+ic(1-ξ)(12)

同样，

iq2＝il/(1+ξ)+ic(1+ξ)(13)

自(12)：

il＝iq1(1-ξ)-ic(1-ξ)²(14)

将(14)代入(13)得出：

iq2＝iq1(1-ξ)/(1+ξ)+ic[4ξ/(1+ξ)](15)

自(15)

ic＝(1/4ξ)[iq2(1+ξ)-iq1(1-ξ)](16)

将(16)代入(14)得出：

il＝[(1-ξ²)/4ξ][iq1(1+ξ)-iq2(1-ξ)](17)

计算后，计算出的电流il，ic和测量电流ir可以存储到存储装置125中，并与当前itc/detc位置和当前相位相关联，如表1所示。

表1

参考表1，数据库中的第一记录可以包括与ltc/detc位置和绕组/相位的第一组合相关联的数据。类似地，第二记录包括与ltc/detc位置和绕组/相位的第二组合相关联的数据。与其他桥接和非桥接ltc/detc位置相关联的数据可以在数据库的附加记录中指定。

数据可以不同地表示，以便于根据上述不同类型的模式搜索数据库。例如，数据库中的记录可以被布置成便于在数据库中搜索特定的ltc/detc模式和/或相位模式。这样，在为目标变压器确定给定模式之后，可以根据模式类型搜索数据库。例如，可以为ltc/detc位置的给定组合确定相位模式。可以在数据库中搜索与相同ltc/detc位置相关联的记录，以及将该记录的值与所确定的相位模式进行比较。

当对目标变压器执行诊断时，可以将与目标变压器相关联的数据和与一个或多个基准变压器相关联的数据进行比较。可以在逐个测量的基础上或不同的基础上进行比较。例如，可以将与所有三个相位和所有ltc/detc位置相关联的电流测量值和/或以上计算的电流与一个或多个基准变压器的相应电流测量值和/或计算的电流进行比较。在这种情况下，必须在目标变压器上对所有相位和ltc/detc位置的组合进行电流测量和/或计算电流。在完成后，将比较电流测量值和/或计算的电流，以确定目标变压器是否与基准变压器的特性相匹配。在一些情况下，不同的权重可以被应用于不同的分量，以表示一个分量相对于另一个分量的重要性。例如，il电流可能被给予大于ic电流的权重。

在一些情况下，通过图3中描述的操作的迭代可以在首次注意到目标变压器异常之后终止。例如，如果在对第一ltc/detc位置执行诊断时检测到异常，操作可以简单地在该点终止，而不是继续诊断所有其他ltc/detc位置。例如，可以执行给定ltc/detc的电流分量的计算，然后当设置为相同的ltc/detc位置时，将计算值和与基准变压器相关联的电流分量数据进行比较。在这种情况下，如果目标变压器和基准变压器的测量值之间的差异超过阈值，则可以停止对目标变压器的进一步分析。

替代地，可以将测量值和与一个或多个不同基准变压器相关联的测量值进行比较，以找到对于所选ltc/detc具有相似电流分量特性的基准变压器。例如，这可以用于确定目标变压器的故障模式。例如，与目标变压器的给定ltc/detc位置相关联的测量值可以与在相同相位上具有短路绕组的基准变压器相匹配。如果目标变压器与基准变压器之间的测量值相匹配，则可以确定目标变压器具有短路绕组。

回到图3，在框340，如果有额外的绕组或相位要测量，则选择下一个绕组或相位，并且操作从框310重复。例如，三相变压器每个相位有三个绕组或三组绕组。在这种情况下，将测量与流经每个相位或每组绕组的激励电流相关联的电流分量。

如果在框340，所有相位的测量已经完成，那么在框350，如果有额外的ltc/detc位置要测量，则可以选择下一个ltc/detc位置，并且操作可以从框305重复。例如，如果目标变压器包括具有16个位置的ltc/detc，则可以选择每个位置，并且对所有16个位置执行上述测量。ltc/detc位置可以包括非桥接位置和桥接位置，这两个位置是目标变压器的两个相邻抽头经由预防性自耦变压器连接的位置。

如果在框350，已经评估了所有ltc/detc位置，则可以完成目标变压器的诊断，如框370所示。如以上在框320中所指出的那样，与目标变压器相关联的测量值和与基准变压器相关联的测量值的比较可以发生在已经测量了ltc/detc位置和绕组/相位的所有组合之后。在这种情况下，比较可以发生在框370。替代地，可以在每个ltc/detc位置和相位已经执行之后进行比较。

图5示出了计算机系统500，其可以对应于处理器120或者形成这里引用的模块中任何模块的一部分。计算机系统500可以包括一组指令545，处理器505可以执行该组指令以使计算机系统500实现上述任何操作。计算机系统500可以作为独立装置操作，或者可以例如使用网络连接到其他计算机系统或外围装置。

在网络化部署中，计算机系统500可以在服务器-客户端用户网络环境中以服务器或客户端-用户计算机的身份运行，或者在对等(或分布式)网络环境中以对等计算机系统的身份运行。计算机系统500也可以被实现为或结合到各种装置中，诸如个人计算机或移动装置，能够执行指令545(以顺序或其他方式)，指令545规定了该机器要采取的动作。此外，所描述的系统中每一个可以包括个别地或共同执行一组或多组指令以实现一个或多个计算机功能的子系统的任何集合。

计算机系统500可以包括在用于传递信息的总线上的一个或多个存储器装置510。此外，可操作以使计算机系统执行上述操作中任何操作的代码可以存储在存储器510中。存储器510可以是随机存取存储器、只读存储器、可编程存储器、硬盘驱动器或任何其他类型的存储器或存储装置。

计算机系统500可以包括显示器530，例如液晶显示器(lcd)、阴极射线管(crt)或适于传达信息的任何其他显示器。显示器530可以作为用户查看处理器505功能的接口，或者具体地作为与存储在存储器510或驱动单元515中的软件的接口。

此外，计算机系统500可以包括输入装置525，例如键盘或鼠标，其被配置为允许用户与系统500的部件中的任何部件交互。

计算机系统500还可以包括磁盘或光驱单元515。磁盘驱动单元515可以包括计算机可读介质540，指令545可以存储在该介质中。在由计算机系统500执行期间，指令545可以完全或至少部分驻留在存储器510和/或处理器505中。存储器510和处理器505也可以包括如上所述的计算机可读介质。

计算机系统500可以包括通信接口535，以支持经由网络550的通信。网络550可以包括有线网络、无线网络或其组合。通信接口535网络可以允许通过任何数量的通信标准例如802.11、802.12、802.20、wimax、蜂窝电话标准或其他通信标准进行通信。

因此，该方法和系统可以用硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现。该方法和系统可以在至少一个计算机系统中以集中式方式实现，或者以分布式方式实现，其中不同的元件分布在几个互连的计算机系统中。可以采用适于执行这里描述的方法的任何类型计算机系统或其他设备。

该方法和系统也可以嵌入计算机程序产品中，该计算机程序产品包括能够实现这里描述的操作的所有特征，并且当被加载到计算机系统中时，能够执行这些操作。本上下文中的计算机程序是指一组指令以任何语言、代码或符号的任何表达，该组指令旨在使具有信息处理能力的系统直接或在以下任一者或两者之后执行特定功能：a)转换成另一种语言、代码或符号；b)以不同的材料形式复制。

虽然已经参考某些实施例描述了方法和系统，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种改变并且可以替换等同物，而不脱离范围。此外，可以进行许多更改以使特定的情况或材料适应本教导，而不脱离其范围。因此，期望的是，本方法和系统并不限于所公开的特定实施例，而是所公开的方法和系统包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。