一种突发短路下的变压器绕组状态诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种信号监测方法，具体地说是一种变压器发生突发短路时绕组状态 的诊断方法。
【背景技术】
[0002] 变压器是电力系统中最重要的设备之一，其运行稳定性对电力系统安全影响极 大。随着我国电网容量的日益增大，短路容量亦随之不断增大，因外部短路而造成的变压器 绕组变形故障一直居高不下，是变压器运行过程中较为常见的故障，对电力系统的安全运 行造成了很大的威胁。
[0003] 变压器遭受突发短路后，其绕组可能首先发生松动或轻微变形，而变压器绕组变 形具有累积效应，若不能及时发现及修复变压器绕组松动或变形现象，则当变压器松动或 变形累积到一定程度后会使变压器的抗短路能力大幅下降，此时，即使遭受较小的短路冲 击电流也有可能会引发大的事故发生。
[0004] 绕组变形一方面会导致变压器绕组机械强度下降，另一方面也会使得线圈内部局 部绝缘距离发生变化，出现局部绝缘薄弱点，当遇到过电压作用时，有可能发生饼间或匝间 短路导致变压器绝缘击穿事故，或者由于局部场强增大而引起局部放电，绝缘损伤部位会 逐渐扩大，最终导致变压器发生绝缘击穿事故而引发进一步的事态扩大。
[0005] 因此，在运行过程中当变压器经历了外部短路事故后或运行一段时间后的常规检 修中，如何有效地检测出变压器绕组是否存在松动和变形，进而采取有效的运维措施就显 得十分重要，这是保障变压器安全运行的重要手段。
[0006] 变压器绕组变形检测是目前变压器常规试验项目之一，实际应用中的检测方法主 要有以下三种：
[0007] 1、短路阻抗法
[0008] 变压器短路阻抗是变压器绕组的漏抗和电阻的矢量和，主要反映的是变压器器绕 组漏抗，而变压器漏抗值主要取决于绕组的几何尺寸。若变压器绕组发生变形，则其漏抗也 会随之发生变化，因此通过对变压器短路阻抗的检测可以间接地反映变压器绕组内部是否 发生了变形。
[0009] -般情况下，运行中的变压器受到了短路电流的冲击后，或在定期常规检查时要 将测得的短路阻抗值与原有的记录进行比较来判断绕组是否发生了变形，如果短路阻抗值 变化较大，例如国标中设定为变化超过3%，则可确认绕组有显著变形。
[0010] 按照有关标准规定，变压器在短路阻抗测试试验中，要求测量每一相的短路阻抗， 并把试验后所测量的短路阻抗值与以往试验的数据加以比较，根据其变化的程度，作为判 断被试变压器绕组是否合格的重要依据之一。
[0011] 到目前为止，短路阻抗法在长期的生产实践中已建立了标准，判据较为明确，在国 际电工标准IEC60076-5和GB1095-85中均明确给出了线圈变形程度的判据。但很多情况下 这种方法的灵敏度很低，只有在线圈整体变形情况较为严重时才能够得到较明确的反映。
[0012] 2、频响分析法
[0013] 频响分析法的基本原理是将变压器绕组视为一个分布参数网络，即为由对地电容 C、纵向电容K、电感L等分布参数构成一无源线性双端口网络，用该网络在频域上的传递函 数H(j?)来描述其特性。若有绕组变形发生，绕组内部的分布电感L、纵向电容K和对地电 容C等参数会发生相应的变化，从而在网络的传递函数H(j?)上得到反映。因此分析变压 器绕组的网络传递函数曲线的变化情况就可以分析内部的网络电参数是否发生变化，从而 推断相应的机械结构是否发生了变形。
[0014] 频响法测试首先将一稳定的正弦扫频电压信号Vi施加到被试变压器绕组的一端， 然后同时记录该端口Vi和其它输出端口上的电压V。，从而得到该被试绕组的一组频响特性 曲线，其表达式为
[0015]H(jw) =vyv；
[0016] 频响法的测试灵敏度较短路阻抗法高，但由于其频响波形的复杂性，对绕组状况 的判别需要较多的经验，较难形成明确的定量判据，因此至今没有形成判别标准。
[0017] 上述两种方法的出发点均是根据变压器绕组的电参数发生变化来对其进行测量 判别，这对变压器绕组发生较明显的变形情况较为适宜，但对绕组发生轻微变形，尤其是对 变压器绕组存在的相对松动和扭曲变形状态不能给出较为明确的判断。考虑到变压器绕组 松动或扭曲变形对其抗短路能力有很大的影响，因此需要寻求更为灵敏的绕组状况诊断方 法。
[0018] 3、振动分析法
[0019] 振动分析法的基本原理是把变压器绕组看作一个机械结构体，则当绕组结构或受 力发生任何变化时，都可以从它的机械振动特性变化上得到反映。绕组的振动通过变压器 内部结构连接件传递到变压器箱体，所以变压器箱体表面检测得到的振动信号与变压器的 绕组振动特性有密切的关系。考虑到突发短路下变压器箱体表面振动信号主要为绕组振 动，因此，可将变压器箱体表面的振动信号分析作为变压器绕组故障诊断的一个途径。与前 述电气测量法相比较，振动分析法的最大优点是可通过吸附在变压器箱壁上的振动传感器 来获得变压器的振动信号，通过分析其振动特性的变化来判断绕组状态的变化情况，只要 绕组的机械特性（如结构变形、预紧力松动等）发生变化，都可以从它的振动特性变化上得 到反映，从而大大提高了检测的灵敏度。此外，将振动传感器置于箱壁上的振动检测与整个 强电系统没有直接的连接，可发展成为一种较准确、便捷、安全的在线监测方法。
【发明内容】
[0020] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种突发短路下的变压器绕组状态诊断方 法，能够通过在线监测变压器突发短路时变压器箱壁振动信号对绕组工作状态进行判别。
[0021] 解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0022] 一种突发短路下的变压器绕组状态诊断方法，包括以下步骤：
[0023] (1)对变压器进行实时短路监测，并且，每当检测到变压器发生突发短路时采集变 压器箱壁的一段连续的振动信号，并通过以下步骤（2)至步骤（5)的方法计算出每一次变 压器发生突发短路时所采集振动信号的希尔伯特能量谱能量分布；其中，变压器发生突发 短路时对变压器箱壁采集振动信号的开始时间应尽量接近于变压器发生突发短路的起始 时刻、对变压器箱壁采集振动信号的结束时间可通过现有的振动检测装置进行判断，以尽 量完整的采集到变压器箱壁由于变压器发生突发短路而产生的振动信号；
[0024] 上述每一次变压器发生突发短路时从变压器箱壁所采集到的振动信号表示为 X〇(t);
[0025] (2)按照下述步骤根据振动信号X(](t)构造窄带白噪声信号g(t):
[0026] 2a.对振动信号x。(t)进行傅里叶变换，得到振动信号x。(t)的频谱分布；本步骤 中傅里叶变换是本领域内常用的数学方法，因此发明人在此不再进行详细的描述；
[0027] 2b.根据振动信号X(](t)的频谱分布生成白噪声信号S(](t)，其中白噪声信号S(](t) 的幅值A的表达式为
[0028]
[0029] 式中，K为系数，系数K取值为振动信号X(](t)幅值平均值的1/10 ;Nf为振动信号 x〇(t)频谱分量中最高频率分量fH与50Hz的比值= 1，2, ...，Nf)为振动信号x0(t)的 各个频率分量；ai(i= 1，2,…，Nf)为振动信号x。(t)的各个频率分量对应的幅值；
[0030] 2c.使用巴特沃斯带通滤波器对白噪声信号S(](t)进行滤波，得到窄带白噪声信号 g(t);所述巴特沃斯带通滤波器的传递函数表达式为
[0031]
[0032] 式中，0^=12 4为低频截止频率，为振动信号xjt)频谱分量中的最低频率 分量，I为低频带宽系数，通常取1. 5 ; ?KH2fH为高频截止频率，fH为振动信号x。(t) 频谱分量中的最高频率分量，KH为高频带宽系数，通常取0. 8 ;m为滤波器阶数；《= 2f 为角频率，f= 50 ;
[0033] (3)将振动信号X(](t)与窄带白噪声信号g(t)进行相加，得到叠加信号x(t)，按 照下述步骤将叠加信号x(t)分解为若干个固有模式函数分量（Intr