一种大功率变压器匝间短路故障的检测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种大功率变压器匝间短路故障的检测方法及装置，根据变压器绕组所采用的结构建立变压器绕组及其检测系统模型，计算系统在匝路故障和匝路完好两种状态下的传递函数，通过计算所述匝路故障和匝路完好两种状态下传递函数的标准化差异面积值来判断匝间短路的类型，然后通过绘制频率偏差指数曲线图，根据图形中不对称点在绕组中的比例位置可以唯一确定变压器故障位置，本发明明利用传递函数对大容量变压器匝间短路故障的类型及位置进行检测，与现有技术相比，提高了大容量变压器匝间短路故障判断的准确性，降低大容量变压器类似故障发生的概率和风险，提高大容量变压器运行的可靠性，同时具有良好的性价比且操作便捷。
【专利说明】—种大功率变压器匝间短路故障的检测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及变压器故障的检测，尤其是涉及一种大功率变压器匝间短路故障的检测方法及装置。
【背景技术】
[0002]在变压器中，绕组是最重要、最复杂也是最容易出现故障的部件。变压器绕组的故障主要有绕组的变形、局部放电及匝间短路等。统计资料表明:变压器绕组匝间短路占电力系统中大型变压器故障的50%?60%。特别是大功率变压器，一旦出现故障被破坏，对于整个电力系统的运行将会造成较大影响，造成严重经济损失，同时大功率变压器的绕组常采用盘式绕组，每盘由若干匝线圈组成，这个匝间短路的检测带来了更大的困难。
[0003]目前，常用的几种率变压器绕组匝间短路检测方法如下:
[0004](I)漏磁场法
[0005]以高低压绕组等高的变压器来分析，其正常情况下磁力线分布均匀，绕组中部截面处横向漏磁场分量为零。当变压器发生匝间短路时，其漏磁场分布将发生变化。此时磁力线分布变得很不均匀，中部截面处横向漏磁场分量也不再为零。根据这一原理，在绕组中部截面处安装一霍尔元件来监测漏磁场的变化，由此就可简单而且有效地判断出变压器是否发生了匝间短路故障。但这种方法对于己经制造好的变压器，在其中统一安装霍尔元件是不现实的，达不到良好的综合经济效益，而且受变压器电磁干扰等因素的影响，霍尔元件的测量准确度也没有很好的保证。
[0006](2)电压电流比法
[0007]变压器正常状态下无论从高压侧加压还是从低压侧加压，所测变比都相等，与加压侧无关。当变压器发生匝间短路故障时，用相同方法进行同一测量，所测变比随加压侧不同而不同。研究人员通过模拟实验得出，高压侧存在5%匝间短路时，从高压侧加压，所测变比差在允许的1%误差范围内；从低压侧加压，所测变比误差高达30%以上。通过模拟实验，可以得出判断变压器匝间短路故障的结论为:
[0008]高压侧加压，电压比变化不明显，低压侧加压，电压比显著减少，故障在高压侧；
[0009]低压侧加压，电压比变化不明显，高压侧加压，电压比显著增大，故障在低压侧；
[0010]低压侧加压，电流比变化不明显，高压侧加压，电流比显著减少，故障在高压侧；
[0011]高压侧加压，电流比变化不明显，低压侧加压，电流比显著增大，故障在低压侧；
[0012]虽然此方法操作简便但是精度有限。
[0013](3)功率损耗法
[0014]变压器发生匝间短路故障后，其内部绕组漏磁场分布会发生变化，而漏磁场的变化将直接影响到附加损耗的变化。如某绕组发生了匝间短路故障，该绕组的附加损耗就会较大幅度增加，其它绕组的附加损耗也会有所增加。因此，可以提出把功率损耗作为监测变压器匝间短路故障的特征量。通过对变压器两侧三相电压电流的在线采集，计算输入输出功率之差即功率损耗，进而判断变压器是否发生了匝间短路故障以及故障的严重程度，同时还可以判断出哪一相绕组发生了故障，从而实现对变压器匝间短路故障的检测。
[0015]功率损耗法监测变压器匝间短路故障虽原理清晰，但目前在利用功率损耗法判断匝间短路故障时往往要配以其它监测手段，如油色谱分析法，通过综合判断来给出故障与否的结果。因此该检测方法操作繁琐且无法单独实施。
【发明内容】
[0016]为解决上述现有技术中的存在的问题，本发明的目的在于提供了一种具有更高的判断准确性和可靠性的大功率变压器匝间短路故障的检测方法及装置，该方法提高大容量变压器匝间短路故障判断的准确性，降低大容量变压器类似故障发生的概率和风险，提高大容量变压器运行的可靠性。
[0017]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
[0018]一种大功率变压器匝间短路故障的检测方法，包括如下步骤:
[0019]S1:根据变压器绕组所采用的结构，建立变压器绕组及其检测系统模型；
[0020]S2:根据变压器绕组及其检测系统模型分别得到匝路完好和匝路故障两种状态下的传递函数；
[0021]S3:计算所述匝路完好和匝路故障两种状态下传递函数的标准化差异面积，并根据标准化差异面积值来判断匝间短路的类型；
[0022]标准化差异面积SDA值不等于零则表示变压器绕组发生单匝短路，其中，当标准化差异面积SDA值大于或等于阈值时表 示发生了盘间短路，当SDA值大于零且小于阈值时则表示发生了单匝短路；
[0023]所述标准化差异面积为匝路完好和匝路故障两种状态下传递函数曲线下的面积之差;
[0024]S4:利用频率偏差指数确定故障的位置:首先，绘制频率偏差指数曲线图，然后根据图形中不对称点在绕组中的比例位置来确定变压器故障位置。
[0025]进一步的，根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述传递函数为电流或电压传递函数，所述电流和电压传递函数的计算公式分别为:7=和
【权利要求】
1.一种大功率变压器匝间短路故障的检测方法，其特征在于，包括如下步骤: S1:根据变压器绕组所采用的结构，建立变压器绕组及其检测系统模型； S2:根据变压器绕组及其检测系统模型分别得到匝路完好和匝路故障两种状态下的传递函数； S3:计算所述匝路完好和匝路故障两种状态下传递函数的标准化差异面积，并根据标准化差异面积值来判断匝间短路的类型； 标准化差异面积SDA值不等于零则表示变压器绕组发生单匝短路，其中，当标准化差异面积SDA值大于或等于阈值时表示发生了盘间短路，当SDA值大于零且小于阈值时则表示发生了单匝短路； 所述标准化差异面积为匝路完好和匝路故障两种状态下传递函数曲线下的面积之差; S4:利用频率偏差指数确定故障的位置:首先，绘制频率偏差指数曲线图，然后根据图形中不对称点在绕组中的比例位置来确定变压器故障位置。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述传递函数为电流或电压传递函数，所述电流和电压传递函数的计算公式分别为
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S3中标准化差异面积的计算公式如下:
4.根据权利要求2中所述的检测方法，其特征在于，步骤S2中所述输入信号的频率w取IOOkHzUMHz和IOOHz到IMHz之间的任一数值。
5.根据权利要求2中所述的检测方法，其特征在于，步骤S2中所述输入电压VH为正弦电压，幅度在100和240伏之间自动调整。
6.根据权利要求1-5任一项所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括: S41:将固定输入端设置在经步骤S3已确定故障类型的变压器绕组的底部端子或顶部端子，输出端以输入端为起点向绕组另一端移动，在距输入端不同距离上多次采样并记录相应所测绕组长度下的谐振频率； S42:计算不同距离上的频率偏差指数，公式如下:
7.一种基于传递函数的大功率变压器匝间短路故障的检测装置，其特征在于，包括: 系统建模模块，用于根据变压器的绕组所采用的结构，建立变压器绕组及检测系统模型； 传递函数检测模块，用于根据建模检测模块建立的变压器绕组及检测系统模型分别得到匝路故障和匝路完好两种状态下的传递函数； 故障类型判断模块，用于计算所述匝路故障和匝路完好两种状态下传递函数的标准化差异面积，所述标准化差异面积为匝路故障和匝路完好两种状态下传递函数曲线下的面积之差，根据标准化差异面积值来判断匝间短路的类型: 标准化差异面积SDA值不等于零则表示变压器绕组发生单匝短路，其中当标准化差异面积SDA值大于或等于阈值时表示发生了盘间短路，当SDA值大于零且小于阈值时则表示发生了单匝短路； 故障位置判断模块，用于利用频率偏差指数确定故障的位置:绘制频率偏差指数曲线图，根据图形中不对称点在绕组中的比例位置可以唯一确定变压器故障位置。
8.根据权利要求7中所述的检测装置，其特征在于，所述故障位置判断模块具体用于: 将固定输入端设置在经步骤S3已确定故障类型的变压器绕组的底部端子或顶部端子，输出端以输入端为起点向绕组另一端移动，在距输入端不同距离上多次采样并记录相应所测绕组长度下的谐振频率； 计算不同距离上的频率偏差指数，公式如下:
【文档编号】G01R31/02GK103529350SQ201310516038
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】卢艳, 黄云龙, 廖东进, 王琳 申请人:衢州职业技术学院