电力变压器内部松动判断系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了电力变压器内部松动判断系统及其方法，所述系统电力变压器内部松动判断与初步定位系统，包含依次连接的信号调理电路、数据采集仪和数据分析模块，还包含3个振动传感器，3个振动传感器分别经信号调理电路与数据采集仪连接；3个振动传感器分别对应测量电力变压器三相的振动信号，振动信号经信号调理电路放大、滤波和降噪后传送给数据采集仪，数据采集仪将采集的振动信号传送给数据分析模块，数据分析模块对振动信号进行存储和处理，并进行故障判断。本发明根据振动信号随松动程度的变化特点，利用振动信号中100Hz信号判断出变压器的松动故障。
【专利说明】电力变压器内部松动判断系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能变电站【技术领域】，特别涉及了电力变压器内部松动判断系统及其方法。
【背景技术】
[0002]电力变压器铁芯和绕组的松动变形会对变压器的安全运行产生巨大威胁，因此，对变压器运行状况进行在线监测，及时发现故障隐患具有非常重要的意义。基于振动信号的电力变压器状态监测方法实现方便，监测系统与变压器没有电气联系，不影响设备正常运行。现有技术对变压器振动进行研究，分析变压器内部铁芯故障后油箱振动信号中10Hz信号会发生变化，并分析了变压器电压、电流变化对振动的影响。但因为10Hz信号大小并不与铁芯故障呈线性关系，甚至不成单调关系，变压器内部松动，油箱有些位置振动基频分量会增大，有些位置有可能还会减小，规律并不明确，直接判断依然困难。通过研究，发现变压器铁芯/绕组松动故障后50Hz、150Hz、300Hz信号发生明显变化，提出基于振动信号中300Hz、150Hz和50Hz分量的关系进行铁芯松动诊断，提高了诊断准确性。但是50Hz、150Hz、300Hz信号总体量值很小，对振动监测精度要求较高。
[0003]通过进一步研究，油箱表面振动信号是变压器内部各振动的产生振动信号在油箱表面测点的矢量叠加。振动信号基频分量幅值除了与空载电压的平方成线性和负载时电流平方成线性关系外；当A、B、C三相中某一相铁芯/绕组发生松动故障时，此相铁芯/绕组在油箱顶面或底部对应位置测点的振动信号10Hz基频分量幅值比正常时增大，且随铁芯松动程度增大而变大，其他两相铁芯/绕组在油箱顶面或底部对应位置测点的振动点的振动幅值随铁芯松动程度增加而先减小后增大。可根据此规律进行铁芯绕组松动判断，并进行松动初步定位。
【发明内容】
[0004]为了解决【背景技术】存在的技术问题，本发明旨在提供电力变压器内部松动判断系统及其方法，根据振动信号随松动程度的变化特点，利用振动信号中10Hz信号判断出变压器的松动故障。
[0005]电力变压器内部松动判断系统，包含依次连接的信号调理电路、数据采集仪和数据分析模块，还包含3个振动传感器，所述3个振动传感器分别经信号调理电路与数据采集仪连接；所述3个振动传感器分别对应测量电力变压器三相的振动信号，振动信号经信号调理电路放大、滤波和降噪后传送给数据采集仪，数据采集仪将采集的振动信号传送给数据分析模块，数据分析模块对振动信号进行存储和处理，并进行故障判断。
[0006]本发明还包括基于上述电力变压器内部松动判断系统的松动判断方法，该方法用于电力变压器铁芯松动的判断和初步定位，且该方法是在电力变压器空载运行下进行，包括以下步骤，其中步骤(1)-(4)为在确定电力变压器无故障时测量松动阈值，步骤(5)-(6)是在日常维护中检测松动故障:
[0007](I)预设采样频率和采样时间，数据采集仪连续至少3次采样各振动传感器检测到的振动信号；
[0008](2)根据采样频率和采样时间，整周期截取每个振动传感器每次采样的振动信号;
[0009](3)数据分析模块对整周期截取的振动信号进行滤波处理，再进行时频变换，得到各振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值；
[0010](4)对每个振动传感器多次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值取算数平均值，得到每个振动传感器采样的振动信号中10Hz处的频谱分量平均幅值，将该平均幅值乘以一定倍数后分别得到电力变压器三相铁芯的松动阈值CR1A、CRib, CRic,并将松动阈值存储于数据分析模块中；
[0011](5)重复步骤(1)-(3)，重新得到每个振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值，当某一振动传感器至少连续2次其采样的振动信号10Hz处的频谱分量幅值大于该振动传感器对应相铁芯的松动阈值时，进入步骤(6)，否则返回步骤(5)；
[0012](6)各振动传感器某次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值与其对应相铁芯的松动阈值的比值分别表示为λ1Α、λ1Β和Aic:
[0013]当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值均不大于I时，判断电力变压器存在明显的铁芯松动，且最大比值对应的电力变压器的该相铁芯存在松动；
[0014]当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值至少有I个比值大于I时，仅判断出电力变压器存在明显的铁芯松动；
[0015]当3个比值中最大比值大于I且小于2时，仅能判断出电力变压器存在微小的铁芯松动；
[0016]当3个比值中最大比值不大于I时，判断出电力变压器不存在铁芯松动。
[0017]其中，上述步骤(3)中的时频变换采用傅里叶变换。
[0018]其中，上述步骤(4)中的一定倍数为1.2?2倍。
[0019]本发明还包括基于上述电力变压器内部松动判断系统的松动判断方法，该方法用于电力变压器绕组松动的判断和初步定位，且该方法是在电力变压器负载运行下进行，包括以下步骤，其中步骤(1)-(4)为在确定电力变压器无故障时测量松动阈值，步骤(5)-(6)是在日常维护中检测松动故障:
[0020](I)预设采样频率和采样时间，数据采集仪连续至少3次采样各振动传感器检测到的振动信号；
[0021](2)根据采样频率和采样时间，整周期截取每个振动传感器每次采样的振动信号;
[0022](3)数据分析模块对整周期截取的振动信号进行滤波处理，再进行时频变换，得到各振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值；
[0023](4)对每个振动传感器多次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值取算数平均值，得到每个振动传感器采样的振动信号中10Hz处的频谱分量平均幅值，将该平均幅值乘以一定倍数后分别得到电力变压器三相绕组的松动阈值CR2A、CR2b, CR2c,并将松动阈值存储于数据分析模块中；
[0024](5)重复步骤(1)-(3)，重新得到每个振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值，当某一振动传感器至少连续2次其采样的振动信号10Hz处的频谱分量幅值大于该振动传感器对应相绕组的松动阈值时，进入步骤￠)，否则返回步骤(5)；
[0025](6)各振动传感器某次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值与其对应相绕组的松动阈值的比值分别表不为λ 2Α、λ 2B和λ 2C:
[0026]当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值均不大于I时，判断电力变压器存在明显的绕组松动，且最大比值对应的电力变压器的该相绕组存在松动；
[0027]当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值至少有I个比值大于I时，仅判断出电力变压器存在明显的绕组松动；
[0028]当3个比值中最大比值大于I且小于2时，仅判断出电力变压器存在微小的绕组松动；
[0029]当3个比值中最大比值不大于I时，判断出电力变压器不存在绕组松动。
[0030]其中，保持检测松动故障时电力变压器的负载电流与测量松动阈值时电力变压器的负载电流相等。
[0031]其中，若检测松动故障时电力变压器的负载电流与测量松动阈值时电力变压器的负载电流存在偏差，则用下式折合振动信号在10Hz处的频谱分量幅值:
, I ,
[0032]Aoo =~ΓΑχ
J- 2*
[0033]上式中，ΑΧ是任意负载电流下振动信号在10Hz处的频谱分量幅值，Altltl是Ax的折合值，I2*是检测松动故障时电力变压器负载电流的标幺值。
[0034]采用上述技术方案带来的有益效果:
[0035]本发明能够方便地判断出电力变压器铁芯、绕组松动，并且能对松动位置初步定位。本发明利用了振动信号中10Hz处的分量幅值，由于变压器振动信号中10Hz分量幅值较大，所以对测量系统精度要求不高，且抗干扰能力较强。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是本发明的系统结构框图；
[0037]图2是本发明吊芯式电力变压器振动传感器的位置示意图。
【具体实施方式】
[0038]以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0039]如图1所示本发明的系统结构框图，电力变压器内部松动判断系统，包含依次连接的信号调理电路、数据采集仪和数据分析模块，还包含3个振动传感器，所述3个振动传感器分别经信号调理电路与数据采集仪连接；所述3个振动传感器分别对应测量电力变压器三相的振动信号，振动信号经信号调理电路放大、滤波和降噪后传送给数据采集仪，数据采集仪将采集的振动信号传送给数据分析模块，数据分析模块对振动信号进行存储和处理，并进行故障判断。
[0040]在本实施例中，3个振动传感器用胶牢固地粘接在油箱表面。当检测的电力变压器为吊芯式电力变压器，3个振动传感器分别设置在电力变压器油箱顶面与电力变压器三相绕组对应的3个位置，如图2所示，1、2、3号即3个振动传感器安装位置。当检测的电力变压器为吊罩式电力变压器，3个振动传感器分别设置在电力变压器油箱底面与电力变压器三相绕组对应的3个位置。
[0041]本发明还包括基于上述系统的铁芯松动的判断方法，且该方法是在电力变压器空载运行下进行，包括以下步骤，其中步骤(1)-(4)为在确定电力变压器无故障时测量松动阈值，步骤(5)-(6)是在日常维护中检测松动故障:
[0042](I)预设采样频率和采样时间，数据采集仪连续至少3次采样各振动传感器检测到的振动信号；
[0043](2)根据采样频率和采样时间，整周期截取每个振动传感器每次采样的振动信号;
[0044](3)数据分析模块对整周期截取的振动信号进行滤波处理，再进行时频变换，得到各振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值；
[0045](4)对每个振动传感器多次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值取算数平均值，得到每个振动传感器采样的振动信号中10Hz处的频谱分量平均幅值，将该平均幅值乘以一定倍数后分别得到电力变压器三相铁芯的松动阈值CR1A、CRib, CRic,并将松动阈值存储于数据分析模块中；
[0046](5)重复步骤(1)-(3)，重新得到每个振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值，当某一振动传感器至少2次其采样的振动信号10Hz处的频谱分量幅值大于该振动传感器对应相铁芯的松动阈值时，进入步骤(6)，否则返回步骤(5)；
[0047](6)各振动传感器某次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值与其对应相铁芯的松动阈值的比值分别表示为λ1Α、λ1Β和Aic:
[0048]当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值均不大于I时,判断电力变压器存在明显的铁芯松动，且最大比值对应的电力变压器的该相铁芯存在松动；
[0049]当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值至少有I个比值大于I时，仅判断出电力变压器存在明显的铁芯松动；
[0050]当3个比值中最大比值大于I且小于2时，仅能判断出电力变压器存在微小的铁芯松动；
[0051]当3个比值中最大比值不大于I时，判断出电力变压器不存在铁芯松动。
[0052]在本实施例中，上述步骤(3)中的时频变换采用傅里叶变换，步骤(4)中的一定倍数为1.2?2倍。
[0053]本发明还包含用于电力变压器绕组松动的判断方法，该方法的步骤与上述电力变压器铁芯松动的判断和初步定位方法一致，唯一的区别在于:判断铁芯松动时，电力变压器必须处于空载运行状态，而判断绕组松动时，电力变压器必须处于负载运行状态。
[0054]在判断绕组松动时，检测松动故障时电力变压器的负载电流与测量松动阈值时电力变压器的负载电流应该保持相等。若无法保持相等，则需要用下式折合振动信号在10Hz处的频谱分量幅值:
[0055]Am
[0056]上式中，AX是任意负载电流下振动信号在10Hz处的频谱分量幅值，Altltl是Ax的折合值，I2*是检测松动故障时电力变压器负载电流的标幺值。
[0057]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.电力变压器内部松动判断系统，其特征在于:包含依次连接的信号调理电路、数据采集仪和数据分析模块，还包含3个振动传感器，所述3个振动传感器分别经信号调理电路与数据采集仪连接；所述3个振动传感器分别对应测量电力变压器三相的振动信号，振动信号经信号调理电路放大、滤波和降噪后传送给数据采集仪，数据采集仪将采集的振动信号传送给数据分析模块，数据分析模块对振动信号进行存储和处理，并进行故障判断。
2.基于权利要求1所述电力变压器内部松动判断系统的松动判断方法，其特征在于:该方法用于电力变压器铁芯松动的判断和初步定位，且该方法是在电力变压器空载运行下进行，包括以下步骤: (1)预设采样频率和采样时间，数据采集仪连续至少3次采样各振动传感器检测到的振动信号； (2)根据采样频率和采样时间，整周期截取每个振动传感器每次采样的振动信号； (3)数据分析模块对整周期截取的振动信号进行滤波处理，再进行时频变换，得到各振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值； (4)对每个振动传感器多次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值取算数平均值，得到每个振动传感器采样的振动信号中10Hz处的频谱分量平均幅值，将该平均幅值乘以一定倍数后分别得到电力变压器三相铁芯的松动阈值CR1A、CRib, CRic,并将松动阈值存储于数据分析模块中； (5)当需要对电力变压器进行松动检测时，重复步骤(I)_(3)，重新得到每个振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值，当某一振动传感器至少连续2次其采样的振动信号10Hz处的频谱分量幅值大于该振动传感器对应相铁芯的松动阈值时，进入步骤(6)，否则返回步骤(5)； (6)各振动传感器某次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值与其对应相铁芯的松动阈值的比值分别表不为λ 1Α、λ 1B和λ 1C: 当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值均不大于I时，判断电力变压器存在明显的铁芯松动，且最大比值对应的电力变压器的该相铁芯存在松动； 当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值至少有I个比值大于I时，仅判断出电力变压器存在明显的铁芯松动； 当3个比值中最大比值大于I且小于2时，仅能判断出电力变压器存在微小的铁芯松动； 当3个比值中最大比值不大于I时，判断出电力变压器不存在铁芯松动。
3.根据权利要求2所述基于电力变压器内部松动判断系统的松动判断方法，其特征在于:步骤(3)中的时频变换采用傅里叶变换。
4.根据权利要求2所述基于电力变压器内部松动判断系统的松动判断方法，其特征在于:步骤(4)中的一定倍数为1.2?2倍。
5.基于权利要求1所述电力变压器内部松动判断系统的松动判断方法，其特征在于:该方法用于电力变压器绕组松动的判断和初步定位，且该方法是在电力变压器负载运行下进行，包括以下步骤: (I)预设采样频率和采样时间，数据采集仪连续至少3次采样各振动传感器检测到的振动信号； (2)根据采样频率和采样时间，整周期截取每个振动传感器每次采样的振动信号； (3)数据分析模块对整周期截取的振动信号进行滤波处理，再进行时频变换，得到各振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值； (4)对每个振动传感器多次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值取算数平均值，得到每个振动传感器采样的振动信号中10Hz处的频谱分量平均幅值，将该平均幅值乘以一定倍数后分别得到电力变压器三相绕组的松动阈值CR2A、CR2b, CR2c,并将松动阈值存储于数据分析模块中； (5)当需要对电力变压器进行松动检测时，重复步骤(I)_(3)，重新得到每个振动传感器每次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值，当某一振动传感器至少连续2次其采样的振动信号10Hz处的频谱分量幅值大于该振动传感器对应相绕组的松动阈值时，进入步骤(6)，否则返回步骤(5)； (6)各振动传感器某次采样的振动信号中10Hz处的频谱分量幅值与其对应相绕组的松动阈值的比值分别表不为λ 2Α、λ 2Β和λ 2C: 当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值均不大于I时，判断电力变压器存在明显的绕组松动，且最大比值对应的电力变压器的该相绕组存在松动； 当3个比值中最大比值大于2，且其余2个比值至少有I个比值大于I时，仅判断出电力变压器存在明显的绕组松动； 当3个比值中最大比值大于I且小于2时，仅判断出电力变压器存在微小的绕组松动； 当3个比值中最大比值不大于I时，判断出电力变压器不存在绕组松动。
6.根据权利要求5所述基于电力变压器内部松动判断系统的松动判断方法，其特征在于:保持检测松动故障时电力变压器的负载电流与测量松动阈值时电力变压器的负载电流相等。
7.根据权利要求5所述基于电力变压器内部松动判断系统的松动判断方法，其特征在于:若检测松动故障时电力变压器的负载电流与测量松动阈值时电力变压器的负载电流存在偏差，则用下式折合振动信号在10Hz处的频谱分量幅值: . 4 00 =TrA-
t 2* 上式中，Ax是任意负载电流下振动信号在10Hz处的频谱分量幅值，A100是Ax的折合值，I2*是检测松动故障时电力变压器负载电流的标幺值。
【文档编号】G01H17/00GK104236702SQ201410436393
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】姜宁, 李凯, 陈冰冰, 李勇, 许洪华, 王春宁, 马宏忠, 赵宏飞 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司南京供电公司, 河海大学