一种变压器绕组状态诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变频器监测技术领域，具体是指一种变压器绕组状态诊断方法。
【背景技术】
[0002] 变压器是电力系统中最重要的设备之一，其运行的稳定性对电力系统安全影响重 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，变压器出口短路形成的冲击 电流产生的巨大电磁作用力对变压器绕组的机械强度和动稳定性构成了严重的威胁。目前 变电站设备及线路的运行环境始终不容乐观，因外部短路造成变压器绕组受冲击而引发的 变形，是变压器运行过程中较为常见的故障，其对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，通过大量的实验 研究分析变压器绕组变形具有累积效应，如果对于松动或变形不能及时发现和修复，那么 在变压器的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而在遭受较 小的冲击电流下也会引发大的事故发生。
[0004] 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，如何有效地评估变频器绕组是否存在松动和变形，从而判断变压器是否需要检修处 理显得十分重要，是保障变压器安全运行的一个重要手段。
[0005] 目前，因此变压器绕组变形的检测都是采用电测方法，基于变压器绕组发生明显 变形的状况，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的 状态不能给出较明确的判断，然而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，因此研究绕组的状况需有灵敏度更高的方法来进行判别。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种变压器绕组状态诊断方法，以提供一种可以评估发生轻微变 形，尤其是相对松动和扭曲变形的状态较为灵敏的评估方法。
[0007] 本发明公开了如下技术方案：
[0008] -种变压器绕组状态诊断方法，包括下列步骤：
[0009] (1)变频器振动函数的获取：采集变压器突发短路时，变压器箱壁的η个振动信 号，得到所述变频器箱壁的横向位移相对时间的振动函数；
[0010] (2)变频器振动函数的分解：用所述变频器振动函数的解析信号，来评估所述变 频器振动函数的瞬时振动频率；将所述变频器振动函数分解为若干个单分量振动信号MF 分量，并从所有的IMF分量中选择最优的IMF分量代表绕组本身的振动函数；
[0011] (3)变频器振动函数的评价：将得到的最优頂F分量进行希尔伯特变换，得到变频 器绕组工作状态恶化时的希尔伯特谱，用所述希尔伯特谱评价变频器绕组状态。
[0012] 优选的，在上述的变阻器绕组状态诊断方法中，所述步骤（3)具体包括：采集同一 变频器未发生短路时，变频器箱壁的振动信号，重复上述步骤（2)后，得到变频器绕组工作 状态正常时的希尔伯特谱，通过与所述变频器绕组工作状态恶化时的希尔伯特谱比较来评 价变频器绕组状态。
[0013] 优选的，在上述的变阻器绕组状态诊断方法中，所述步骤（2)具体包括：
[0014] a、将所述变频器振动函数X (t)分解为若干个新函数yi (t):
[0015] 对变频器振动函数x(t)求导，得到时间序列y(t)，且计算时间序列y(t)相邻两点 的乘积pyi (t) :pyi(t) = y; (t) Xy; i⑴；其中，i = 2, 3,…，η-1，η为振动信号的点数；
[0016] 根据乘积pyi(t)和时间序列y(t)的正负，依次找寻变频器振动函数x(t)的所有 局部极大值点eb (t)和所有局部极小值点es (t)，将所述所有局部极大值点eb (t)和所有局 部极小值点es(t)用三次样条插值函数s(t)连接起来分别求出上包络线e_(t)和下包络 线enin⑴；
[0017] 根据求得的
上包络线6_(0和下包络线e_(t)计算上、下包络线的均值 mil(t)=
[0018] 将变频器振动函数x(t)减去m(t)得到一个新函数：yi(t) = x(t)-m(t)
[0019] b、判断判断yi (t)是否满足IMF分量条件；
[0020] 判断yi(t)是否满足条件，①在上述步骤中获得的极值点和过零点的数目必须相 等或至少相差一个；②局部极大值所确定的上包络与局部极小值所确定的下包络的局部均 值为0 ;
[0021] 如果不满足，则将yi(t)作为新的变频器振动函数x(t)，重复前述步骤a共n-1次， 若果满足则记yi (t)为Cl (t)，Cl (t)为第一个頂F分量；
[0022] 将(^(1:)从x(t)中分离出来，得至lj差值；^(t) = xl^-cjt)，将；^(t)作为ff的变 频器X⑴，重复步骤a和b，得到第二个頂F分量c2 (t);
[0023] 重复上述所有的步骤得到所有的頂F，使得变频器振动函数x(t)分解为若干个 IMF分量，即
式中:rn⑴表不残差；
[0024] c、利用频带筛选准则从中选择最优IMF分量；每当得到新函数y(t)时，将其作为 新的变频器振动函数x(t)，计算得出每个y (t)的瞬时频宽Bt，然后从中选出最小的Bf2所 对应的y(t)作为最优的頂F分量，代表变频器绕组本身的振动变化情况；具体过程如下：
[0025] 将变频器振动函数x(t)或新函数y(t)进行希尔伯特变换，达到
[0026] 设定变频器振动函数x(t)解析信号为：z(t) = x(t)+jH[x(t)] = a(t) elMt)，其中j为虚部，a为解析信号的幅值，Θ为解析信号的相位；其中，幅值函数为：
相位函数为：
对相位函数Θ⑴求 导记为瞬时频率：
[0027] 定义解析信号Wt)的瞬时频宽匕为
S(w)是以〇的傅里叶变换，B 是z(t)的频宽，由傅里叶变换可知
式中，r为 z(t)平均频率；将 z(t) = x(t)+jH[x(t)] = a(t)elfl(t)带入
有：B2 =Ba2+Bf2,式中Βα 2为振幅宽度，B f2为频率频宽；其中，
[0030] 优选的，在上述的变阻器绕组状态诊断方法中，步骤a中，根据乘积pyi(t)和时间 序列y(t)的正负，依次找寻振动信号x(t)的所有局部极大值点eb(t)和所有局部极小值 点es⑴是指：
[0031] 当pydt) < 0时：若pydt) < 0且y; Jt) < 0,则X; Jt)为局部极小值点；若 py;⑴< 0且y; i⑴> 0,则X; i⑴为局部极大值点；
[0032] 当py;⑴> 0时，X;丨⑴为非极值点；
[0033] 当 pyjt) = 0 时，若 y; Jt) = 0,计算两点 yjt)和 y; 2(t)的乘积，令 pyjt)' = yi⑴x yi 2⑴，若pyi⑴' < 0且y; 2 (t) < 0,贝丨J Xi ! (t)为局部极小值点；若py; (t) ' < 0 且yi 2⑴> 〇,则Xi 1⑴为局部极大值点；若yi 2⑴=〇,则Xi 1⑴为非极值点。
[0034] 优选的，在上述的变阻器绕组状态诊断方法中，所述的三次样条插值函数s(t)是 在振动信号x(t)的每一个小区间[Utpja = 1，2，···，η-1)上不超过三次的多项式，其 表达式为
[0036] 式中，mjP m 1+1为三次样条插值函数s(t)在区间[t d t1+1]两端点处的二阶导数 值。
[0037] 由上述技术方案可见，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。因此，可通过分析箱壁上的 振动信号来对绕组的工作状态进行检测，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，对于整个电气系统的正常运行没有 任何影响，因此，可发展成为一种较准确、便捷、安全的在线监测方法。
【附图说明】
[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039] 图1为本发明实施例提供的变压器绕组状态诊断方法的流程示意图；
[0040] 图2为按照本发明实施例提供的变压器绕组状态诊断方法得到的变压器绕组状 态良好时的希尔伯特边际谱图；
[0041] 图3为按照本发明实施例提供的变压器绕组状态诊断方法得到的变压器绕组状 态恶化时的希尔伯特边际谱图。
【具体实施方式】
[0042] 本发明提供的一种变压器绕组状态诊断方法，以提供一种可以评估发生轻微变 形，尤其是相对松动和扭曲变形的状态较为灵敏的评估方法。
[0043] 为了使本技术领域的人员更好地理解本说明中的技术方案，下面将结合本说明实 施例中的附图，对本说明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本说明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明保护 的范围。
[0044] 请结合图1，一种变压器绕组状态诊断方法，包括下列步骤：
[0045] 在步骤S01中，采集变压器突发短路时，变压器箱壁的η个振动信号，得到所述变 频器箱壁的横向位移相对时间的振动函数。
[0046] 在步骤S02中，用所述变频器振动函数的解析信号，来评估所述变频器振动函数 的瞬时振动频率；将所述变频器振动函数分解为若干个单分量振动信号IMF分量，并从所 有的MF分量中选择最优的頂F分量代表绕组本身的振动函数。
[0047] 因为振动感应器设置在变频器的箱壁上，采集到的振动信号，也就是上述变频器 振动函数是全部机械振动的叠加结果，这些振动除了我们要关注的绕组本身因其变形、预 警力松动等机械特性带来的振动外，还包括变频器中其他组件的振动，例如油箱中油的振 动等，所以经过上述步骤S02分解后，最优的頂F才可能比较准确的表示绕组本身的状态。
[0048] 在步骤S03中，将得到的最优頂F分量进行希尔伯特变换，得到变频器绕组工作状 态恶化时的希尔伯特谱，用所述希尔伯特谱评价变频器绕组状态。具体包括：采集同一变频 器未发生短路时，变频器箱壁的振动信号，重复上述步骤（2)后，得到变频器绕组工作状态 正常时的希尔伯特谱，通过与所述变频器绕组工作状态恶化时的希尔伯特谱比较来评价变 频器绕组状态。通过以下试验来模拟：以某电力公司10kV配电变压器为试验对象进行短路 冲击试验。试验中低压绕组短路，高压B相绕组加载电源，进行25次短路冲击，每次短路试 验后停电进行短路阻抗检测，同时记录每次短路冲击状态过程中的振动信号，并最终得到 变阻器状态良好和恶化时的希尔伯特谱，可以结合图2和图3来分析。从图2可以看出，在 本实施例中，前24次短路冲击试验，边际谱峰值集中在100Hz处，从图3可以看出，第25次 短路冲击试验时，边际谱上以400Hz分量为中心的高频分量明显增大，表示变压器绕组状 态异常，需要对其进行检修。
[0049] 下面对上述技术方案进行进一步说明，所述步骤（2)具体包括：