一种变压器故障检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种变压器故障检测方法，该方法基于变压器电参数故障特征库，包括变压器模型建立、变压器电参数故障特征库建立和故障检测。该方法全数字实现，可准确判断变压器的多种故障：外部断路故障、内部断路故障、对地短路故障、匝地短路故障、匝间短路故障、外部相间短路故障，内部相间短路故障，还可以根据实际需要进行适当扩充。该算法能广泛适用于油浸式变压器、水冷式变压器、空冷式变压器和空水冷式变压器等类型的变压器，能够提前判断变压器故障的发生，最大限度地预防判断变压器故障的发生，同时解决参数检测、故障保护和故障诊断的技术问题，提高了系统的安全性和维修性，降低了系统排查故障的难度和所花费的时间。
【专利说明】一种变压器故障检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于变压器及故障诊断领域，具体涉及一种变压器故障检测方法。
【背景技术】
[0002] 目前，变压器故障诊断主要采用油中溶解气体分析法（DGA)，但油中溶解气体分析 法只能适用于油浸式变压器，无法广泛应用于水冷式变压器、空冷式变压器和空水冷式变 压器等类型的变压器。且油中溶解气体分析法只能在故障发生以后，变压器油中溶解气体 发生显著改变的情况下，被动地预防故障的扩大，往往效果不佳。
[0003] 该方法不能主动预防故障的发生，故障反应速度较慢，无法检测变压器电参数，也 无法诊断故障类型和故障点位置。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术所存在的不能主动预防故障的发生，故障反应速 度较慢，无法检测变压器电参数，也无法诊断故障类型和故障点位置的缺点，提出一种变压 器故障检测方法，能广泛适用于油浸式变压器、水冷式变压器、空冷式变压器和空水冷式变 压器等类型的变压器，能够提前判断变压器故障的发生，最大限度地预防判断变压器故障 的发生，同时解决参数检测、故障保护和故障诊断的技术问题，提高了系统的安全性和维修 性，降低了系统排查故障的难度和所花费的时间。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 一种变压器故障检测方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1，建立变压器故障模型：针对所要检测的变压器类型，通过理论分析或者系 统仿真软件分析出各种故障前后变压器各相绕组线电压波形和线电流波形的变化以及该 故障所触发的继电保护的类型；
[0008] 步骤2,建立变压器电参数故障特征库：对各种故障前后变压器各相绕组线电压 波形和线电流波形的变化以及该故障所触发的继电保护的类型进行分析，选择方法简单、 效果明显的故障特征，将其编码成故障特征识别码固化到变压器电参数故障特征库中去；
[0009] 其中，变压器故障库包含以下7个内容：纵差保护识别码、零序电流保护识别码、 电流有效值识别码、电压有效值识别码、过电流识别码、电流不均衡度识别码和二次谐波制 动码；具体如下：
[0010] 识别码一.纵差保护识别码为一个1位二进制数，该位反映变压器纵差保护状态； 变压器至少有一相发生电流纵差保护，该位取1;只有变压器电流都不发生纵差保护，该位 才取〇 ;
[0011] 识别码二.零序电流保护识别码为一个3位二进制数，第0位反映星形副边零序 电流保护状态，第1位反映三角形副边零序电流保护状态，第2位反映原边零序电流保护状 态；如果某边绕组发生零序电流保护时，该边绕组对应位上的识别码为1 ;如果某边绕组未 发生零序电流保护时，该边绕组对应位上的识别码为〇 ;
[0012] 识别码三.电流有效值识别码是一个9位十进制数，第0位反映副边星形c2线电 流有效值，第1位反映副边星形b2线电流有效值，第2位反映副边星形a2线电流有效值， 第3位反映副边三角形cl线电流有效值，第4位反映副边三角形bl线电流有效值，第5位 反映副边三角形al线电流有效值，第6位反映原边三角形C线电流有效值，第7位反映原 边三角形B线电流有效值，第8位反映原边三角形A线电流有效值；电流有效值识别码主要 用于反映各线电流有效值的相对大小，以诊断变压器断路故障；如果某套绕组电流有效值 为0,对应位上线电流识别码为0,该套绕组其它线电流有效值相同，相应位识别码为1 ;如 果某套绕组电流有效值都不为〇,则该套绕组三个线电流有效值识别码都为2 ;
[0013] 识别码四.电压有效值识别码是一个3位十进制数，第0位反映原边三角形C线 电压有效值，第1位反映原边三角形B线电压有效值，第2位（最高位）反映原边三角形A 线电压有效值；电压有效值识别码主要用于区分原边三角形绕组单相外部断路和原边三角 形绕组两相内部断路；原边线电压有效值存在两种情况，所有线电压有效值相同，电压有效 值识别码每位都为1 ;某一线电压有效值为其余线电压有效值的2倍，则该线电压有效值识 别码为2,其余位为1 ;
[0014] 识别码五.过电流识别码是一个9位二进制数，第0位反映副边星形c2线电流过 电流状态，第1位反映副边星形b2线电流过电流状态，第2位反映副边星形a2线电流过电 流状态，第3位反映副边三角形cl线电流过电流状态，第4位反映副边三角形bl线电流过 电流状态，第5位反映副边三角形al线电流过电流状态，第6位反映原边三角形C线电流 过电流状态，第7位反映原边三角形B线电流过电流状态，第8位反映原边三角形A线电流 过电流状态；过电流识别码主要用于检测各线电流是否过流，以诊断变压器外部短路故障； 如果某线电流存在过电流，则相应位过电流识别码为1，否则为〇 ;
[0015] 识别码六.电流不均衡度识别码是一个6位十进制数，第0位反映副边星形c2线 电流不均衡度，第1位反映副边星形b2线电流不均衡度，第2位反映副边星形a2线电流不 均衡度，第3位反映副边三角形cl线电流不均衡度，第4位反映副边三角形bl线电流不均 衡度，第5位反映副边三角形al线电流不均衡度；电流不均衡度识别码用来诊断电流特征 不明显的故障；对于某一套绕组而言，如过某一线电流大于该套绕组线电流有效值的平均 值，则电流不均衡度识别码取2 ;如果某一线电流等于该套绕组线电流有效值的平均值，电 流不均衡度识别码取1 ;如果某一线电流小于该套绕组线电流有效值的平均值，电流不均 衡度识别码取〇 ;
[0016] 识别码七.二次谐波制动码是一个1位二进制数；原边至少有一线电流二次谐波 超过整定值，该位取1 ;只有原边线电流二次谐波都没超过整定值时，该位才取0 ;它反映变 压器是否存在励磁涌流；变压器产生励磁涌流时，变压器纵差保护会误动，二次谐波制动码 就是用来实现变压器纵差保护制动，防止误动；
[0017] 步骤3,采集原始信号，基于步骤1建立的变压器故障模型和步骤2建立的变压 器电参数故障特征库进行变压器故障类型和故障点位置的检测：通过参数检测检测算法计 算出线电压有效值、线电流有效值、线电压相位角、线电流相位角、有功功率、无功功率、视 在功率、功率因数、功率因数角等；然后通过故障保护算法计算出两段比率式纵差保护、零 序分量保护、过负荷保护、过流保护计算，同时通过计算励磁涌流防止继电保护误动作；最 后通过查变压器故障特征库检测以下故障：外部断路故障、内部断路故障、对地短路故障、 匝地短路故障、匝间短路故障、外部相间短路故障，内部相间短路故障、过负荷故障、过流故 障。
[0018] 在上述的一种变压器故障检测方法，所述步骤1是选择系统仿真软件MTLAB针对 如下类型的变压器故障开发变压器故障模型，所选择的变压器故障类型包括：外部断路故 障、内部断路故障、对地短路故障、匝地短路故障、匝间短路故障、外部相间短路故障和内部 相间短路故障；调试计算机将变压器故障模型下载到dSpace半实物仿真平台中以产生模 拟变压器线电压线电流波形供开发、调试及验证之用。
[0019] 本发明具有如下有点：1、广泛适用于油浸式变压器、水冷式变压器、空冷式变压器 和空水冷式变压器等类型的变压器；2、提前判断变压器故障的发生，最大限度地预防判断 变压器故障的发生；3、数字实现参数检测、故障保护和故障诊断，装置还可以根据实际需要 增加要检测的内容；4、在线实时参数检测、故障诊断和故障保护，检测范围大，保护范围广， 故障诊断明确，提高了系统的安全性和维修性，降低了系统排查故障的难度和所花费的时 间。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明所涉及的开发、调试及验证平台示意图。
[0021] 图2是本发明所涉及的变压器模型示意图。
[0022] 图3是本发明所涉及的变压器电参数故障特征库建立流程简图。
[0023] 图4是本发明所涉及的变压器故障检测流程简图。
[0024] 图5是本发明所涉及的变压器故障检测流程图。
[0025] 图6是本发明所涉及的变压器故障诊断流程图。
【具体实施方式】
[0026] 本发明所述的一种变压器故障检测方法，以针对检测DdOyll变压器为例进行说 明，实施如下：
[0027] 步骤1、变压器模型建立包含以下步骤：选择系统仿真软件MATLAB针对如下类型 的变压器故障开发变压器故障模型，所选择的变压器故障类型包括：外部断路故障、内部断 路故障、对地短路故障、匝地短路故障、匝间短路故障、外部相间短路故障和内部相间短路 故障。调试计算机将变压器故障模型下载到dSpace半实物仿真平台中以产生模拟变压器 线电压线电流波形供开发、调试及验证之用。开发、调试及验证平台见图1，变压器故障模型 不意图见图2。
[0028] 步骤2、变压器电参数故障特征库建立包含以下步骤：按照图3所示的开发流程， 经过调试和验证，变压器故障库包含以下7个内容：纵差保护识别码、零序电流保护识别 码、电流有效值识别码、电压有效值识别码、过电流识别码、电流不均衡度识别码和二次谐 波制动码。
[0029] 1.纵差保护识别码为一个1位二进制数，该位反映变压器纵差保护状态。变压器 至少有一相发生电流纵差保护，该位取1 ;只有变压器电流都不发生纵差保护，该位才取〇。
[0030] 2.零序电流保护识别码为一个3位二进制数，第0位（最低位）反映星形副边零 序电流保护状态，第1位（中间位）反映三角形副边零序电流保护状态，第2位（最高位） 反映原边零序电流保护状态。如果某边绕组发生零序电流保护时，该边绕组对应位上的识 别码为1 ;如果某边绕组未发生零序电流保护时，该边绕组对应位上的识别码为0。
[0031] 3.电流有效值识别码是一个9位十进制数，第0位（最低位）反映副边星形c2线 电流有效值，第1位反映副边星形b2线电流有效值，第2位反映副边星形a2线电流有效值， 第3位反映副边三角形cl线电流有效值，第4位反映副边三角形bl线电流有效值，第5位 反映副边三角形al线电流有效值，第6位反映原边三角形C线电流有效值，第7位反映原 边三角形B线电流有效值，第8位（最高位）反映原边三角形A线电流有效值。电流有效 值识别码主要用于反映各线电流有效值的相对大小，以诊断变压器断路故障。如果某套绕 组电流有效值为〇,对应位上线电流识别码为〇,该套绕组其它线电流有效值相同，相应位 识别码为1 ;如果某套绕组电流有效值都不为〇,则该套绕组三个线电流有效值识别码都为 2〇
[0032] 4.电压有效值识别码是一个3位十进制数，第0位（最低位）反映原边三角形C 线电压有效值，第1位反映原边三角形B线电压有效值，第2位（最高位）反映原边三角形 A线电压有效值。电压有效值识别码主要用于区分原边三角形绕组单相外部断路和原边三 角形绕组两相内部断路。原边线电压有效值存在两种情况，所有线电压有效值相同，电压有 效值识别码每位都为1 ;某一线电压有效值为其余线电压有效值的2倍，则该线电压有效值 识别码为2,其余位为1。
[0033] 5.过电流识别码是一个9位二进制数，第0位（最低位）反映副边星形c2线电流 过电流状态，第1位反映副边星形b2线电流过电流状态，第2位反映副边星形a2线电流过 电流状态，第3位反映副边三角形cl线电流过电流状态，第4位反映副边三角形bl线电流 过电流状态，第5位反映副边三角形al线电流过电流状态，第6位反映原边三角形C线电 流过电流状态，第7位反映原边三角形B线电流过电流状态，第8位（最高位）反映原边三 角形A线电流过电流状态。过电流识别码主要用于检测各线电流是否过流，以诊断变压器 外部短路故障。如果某线电流存在过电流，则相应位过电流识别码为1，否则为0。
[0034] 6.电流不均衡度识别码是一个6位十进制数，第0位（最低位）反映副边星形c2 线电流不均衡度，第1位反映副边星形b2线电流不均衡度，第2位反映副边星形a2线电流 不均衡度，第3位反映副边三角形cl线电流不均衡度，第4位反映副边三角形bl线电流不 均衡度，第5位反映副边三角形al线电流不均衡度。电流不均衡度识别码用来诊断电流特 征不明显的故障（如：不存在过流、不存在电流为0)。对于某一套绕组而言，如过某一线电 流大于该套绕组线电流有效值的平均值，则电流不均衡度识别码取2 ;如果某一线电流等 于该套绕组线电流有效值的平均值，电流不均衡度识别码取1 ;如果某一线电流小于该套 绕组线电流有效值的平均值，电流不均衡度识别码取0。
[0035] 7.二次谐波制动码是一个1位二进制数。原边至少有一线电流二次谐波超过整定 值，该位取1 ;只有原边线电流二次谐波都没超过整定值时，该位才取〇。它反映变压器是否 存在励磁涌流。变压器产生励磁涌流时，变压器纵差保护会误动，二次谐波制动码就是用来 实现变压器纵差保护制动，防止误动。
[0036] 步骤3、变压器故障检测包含以下步骤：参数检测算法、故障保护算法和故障诊断 算法。
[0037] (1)、参数检测算法如下：
【权利要求】
1. 一种变压器故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，建立变压器故障模型：针对所要检测的变压器类型，通过理论分析或者系统仿 真软件分析出各种故障前后变压器各相绕组线电压波形和线电流波形的变化以及该故障 所触发的继电保护的类型； 步骤2,建立变压器电参数故障特征库：对各种故障前后变压器各相绕组线电压波形 和线电流波形的变化以及该故障所触发的继电保护的类型进行分析，选择方法简单、效果 明显的故障特征，将其编码成故障特征识别码固化到变压器电参数故障特征库中去； 其中，变压器故障库包含以下7个内容：纵差保护识别码、零序电流保护识别码、电流 有效值识别码、电压有效值识别码、过电流识别码、电流不均衡度识别码和二次谐波制动 码；具体如下： 识别码一.纵差保护识别码为一个1位二进制数，该位反映变压器纵差保护状态；变 压器至少有一相发生电流纵差保护，该位取1 ;只有变压器电流都不发生纵差保护，该位才 取〇 ; 识别码二.零序电流保护识别码为一个3位二进制数，第0位反映星形副边零序电流 保护状态，第1位反映三角形副边零序电流保护状态，第2位反映原边零序电流保护状态； 如果某边绕组发生零序电流保护时，该边绕组对应位上的识别码为1 ;如果某边绕组未发 生零序电流保护时，该边绕组对应位上的识别码为〇 ; 识别码三.电流有效值识别码是一个9位十进制数，第0位反映副边星形c2线电流 有效值，第1位反映副边星形b2线电流有效值，第2位反映副边星形a2线电流有效值，第3 位反映副边三角形cl线电流有效值，第4位反映副边三角形bl线电流有效值，第5位反映 副边三角形al线电流有效值，第6位反映原边三角形C线电流有效值，第7位反映原边三 角形B线电流有效值，第8位反映原边三角形A线电流有效值；电流有效值识别码主要用于 反映各线电流有效值的相对大小，以诊断变压器断路故障；如果某套绕组电流有效值为0， 对应位上线电流识别码为0,该套绕组其它线电流有效值相同，相应位识别码为1 ;如果某 套绕组电流有效值都不为0,则该套绕组三个线电流有效值识别码都为2 ; 识别码四.电压有效值识别码是一个3位十进制数，第0位反映原边三角形C线电压 有效值，第1位反映原边三角形B线电压有效值，第2位（最高位）反映原边三角形A线电 压有效值；电压有效值识别码主要用于区分原边三角形绕组单相外部断路和原边三角形绕 组两相内部断路；原边线电压有效值存在两种情况，所有线电压有效值相同，电压有效值识 别码每位都为1 ;某一线电压有效值为其余线电压有效值的2倍，则该线电压有效值识别码 为2,其余位为1 ; 识别码五.过电流识别码是一个9位二进制数，第0位反映副边星形c2线电流过电 流状态，第1位反映副边星形b2线电流过电流状态，第2位反映副边星形a2线电流过电流 状态，第3位反映副边三角形cl线电流过电流状态，第4位反映副边三角形bl线电流过电 流状态，第5位反映副边三角形al线电流过电流状态，第6位反映原边三角形C线电流过 电流状态，第7位反映原边三角形B线电流过电流状态，第8位反映原边三角形A线电流 过电流状态；过电流识别码主要用于检测各线电流是否过流，以诊断变压器外部短路故障； 如果某线电流存在过电流，则相应位过电流识别码为1，否则为〇 ; 识别码六.电流不均衡度识别码是一个6位十进制数，第0位反映副边星形c2线电 流不均衡度，第1位反映副边星形b2线电流不均衡度，第2位反映副边星形a2线电流不均 衡度，第3位反映副边三角形cl线电流不均衡度，第4位反映副边三角形bl线电流不均衡 度，第5位反映副边三角形al线电流不均衡度；电流不均衡度识别码用来诊断电流特征不 明显的故障；对于某一套绕组而言，如过某一线电流大于该套绕组线电流有效值的平均值， 则电流不均衡度识别码取2 ;如果某一线电流等于该套绕组线电流有效值的平均值，电流 不均衡度识别码取1 ;如果某一线电流小于该套绕组线电流有效值的平均值，电流不均衡 度识别码取〇 ; 识别码七.二次谐波制动码是一个1位二进制数；原边至少有一线电流二次谐波超过 整定值，该位取1 ;只有原边线电流二次谐波都没超过整定值时，该位才取〇 ;它反映变压器 是否存在励磁涌流；变压器产生励磁涌流时，变压器纵差保护会误动，二次谐波制动码就是 用来实现变压器纵差保护制动，防止误动； 步骤3,采集原始信号，基于步骤1建立的变压器故障模型和步骤2建立的变压器电参 数故障特征库进行变压器故障类型和故障点位置的检测：通过参数检测检测算法计算出线 电压有效值、线电流有效值、线电压相位角、线电流相位角、有功功率、无功功率、视在功率、 功率因数、功率因数角等；然后通过故障保护算法计算出两段比率式纵差保护、零序分量保 护、过负荷保护、过流保护计算，同时通过计算励磁涌流防止继电保护误动作；最后通过查 变压器故障特征库检测以下故障：外部断路故障、内部断路故障、对地短路故障、匝地短路 故障、匝间短路故障、外部相间短路故障，内部相间短路故障、过负荷故障、过流故障。
2.根据权利要求1所述的一种变压器故障检测方法，其特征在于，所述步骤1是选择系 统仿真软件MATLAB针对如下类型的变压器故障开发变压器故障模型，所选择的变压器故 障类型包括：外部断路故障、内部断路故障、对地短路故障、匝地短路故障、匝间短路故障、 外部相间短路故障和内部相间短路故障；调试计算机将变压器故障模型下载到dSpace半 实物仿真平台中以产生模拟变压器线电压线电流波形供开发、调试及验证之用。
【文档编号】G01R31/02GK104407267SQ201410690990
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】李俊, 周艳红, 文兰平, 李帆, 刘璇 申请人:中国船舶重工集团公司第七一二研究所