本发明属于变压器检测技术领域，涉及变压器有载分接开关过渡电阻故障诊断技术，尤其涉及一种有载分接开关过渡电阻故障的仿真及诊断方法和系统。
背景技术
变压器有载分接开关oltc作为变压器的核心部件之一，在电力系统中发挥着稳定负荷中心电压，调节无功潮流，增加电网调度灵活性等重要作用。
有载分接开关作为一种在线动态装置，处在频繁地地带负荷调压的工作状态，虽然通常具有动作几十万次的机械寿命，但是受材质、工艺及负荷轻重的影响，其故障率在变压器总事故中的比例相对较高。吊芯检查是发现有载分接开关内部缺陷最直接的方法，但是由此会产生经济损失，因此，常规预防性试验在加强对有载分接开关潜在缺陷异常的诊断监控，提高电力系统运行可靠性方面有着重要意义。
传统的预防性试验只能测量变压器在分接切换前后接触是否良好，绝缘性能是否劣化，却无法监测有载分接开关过渡过程的机械特性。通过对有载分接开关动作特性的仿真，分析有载分接开关的过渡时间、过渡波形、过渡电阻等参数，可及时有效地判断其是否存在潜在缺陷和故障。
而传统的过渡电阻故障检测，一般都是通过测试有载分接开关切换波形，将其与标准波形对比，从而进行过渡电阻故障诊断，但由于分接开关现场复杂，得到的测试波形畸变很严重，与标准波形对比存在一定的误差。因此，本申请从变压器一次侧电流调档前后的变化以及变压器一次侧过渡波形的变化来进行过渡电阻的故障诊断。
技术实现要素：
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种有载分接开关过渡电阻故障的仿真及诊断方法和系统，诊断效果好，算法简单，可操性强。
为了实现上述目标，本申请的第一件发明采用如下技术方案：
一种有载分接开关过渡电阻故障的仿真及诊断方法，其特征在于，所述包括以下步骤：
步骤1：搭建单相有载调压变压器模型；
步骤2：对步骤1所搭建的单相有载调压变压器模型的各个模块进行参数设置，其中所述各个模块包括：交流电源模块、升压变压器模块、有载分接开关模块、多绕组单相变压器模块、二次侧电压采集模块、一次侧电流采集模块；
步骤3：模拟单相有载调压变压器的有载分接开关过渡电阻损坏程度，观察单相有载调压变压器一次侧电流的变化情况；步骤4：通过变压器一次侧电流波形中的过渡波形幅值、时间的变化，对有载分接开关过渡电阻进行状态诊断。
本发明进一步包括以下优选方案：
在步骤1中，在matlab中simulink环境下搭建单相有载调压变压器模型：
交流发电机产生正弦交流电，经过升压变压器后输入单相有载调压变压器的一次侧，通过模拟有载分接开关的动作进行调压。
在步骤1中，将有载分接开关模块装设在单相有载调压变压器的一次侧，单相有载调压变压器模型由matlab软件自带的可设抽头的多绕组变压器模型通过参数设置得到。
在matlab中，将多绕组变压器模型设置为2抽头。
有载调压变压器有载分接开关模块包括时序发生器单元、晶闸管单元、第一过渡电阻r1、第二过渡电阻r2组成；所述2抽头为模拟的有载调压变压器相邻抽头；其中第一抽头通过第一引线连接至第一晶闸管，通过第一过渡电阻r1连接至第二晶闸管；第二抽头分别通过第二过渡电阻连接至第三晶闸管，通过第二引线连接至第四晶闸管；所述第一至第四晶闸管通过时序发生器控制通断。
在步骤2中，所述的对单相有载调压变压器模型的各个模块进行参数设置包括：
对交流电源模块的设置，包括电压值、频率以及相位；
对升压变压器模块的设置，包括抽头数目、电抗、电阻、电压以及频率；
对单相有载调压变压器模块的设置，包括抽头数目、电抗、电阻、电压以及频率；
对有载分接开关模块的设置，包括过渡电阻阻值，切换时间。
有载分接开关模块包括时序发生器单元、晶闸管单元、第一过渡电阻r1、第二过渡电阻r2；
对晶闸管开关的设置包括对第一过渡电阻r1、第二过渡电阻r2和时序发生器单元的时序设置。
在步骤3中，所述的对分接开关的过渡电阻损坏程度分别进行模拟包括：
有载分接开关模块两个过渡电阻的正常状态模拟、其中一个过渡电阻烧损模拟以及两个过渡电阻同时烧损的模拟。
其中过渡电阻烧损采用断路模拟，也即是电阻无穷大；
当两个过渡电阻都正常的情况下，两个过渡电阻并联，连入电路的阻值为r/2；
当其中一个过渡电阻烧损时，则连入电路的阻值为r；
当两个过渡电阻同时烧损时，则连入电路的阻值为无穷大；
其中r＝r1＝r2。
在步骤3中，先根据模型模拟分接开关过渡电阻处于正常状态下，变压器调档前后，变压器一次侧电流的变化；
然后模拟分接开关其中一个过渡电阻损坏的情况，再观察变压器调档前后一次侧电流的变化情况；
最后，模拟分接开关两个过渡电阻同时处于损坏的情况，观察变压器调档前后一次侧电流的变化情况。
在步骤4中，根据变压器一次侧电流中的过渡波形幅值以及时间判断过渡电阻故障状态，具体为：当过渡波形中出现幅值为0的情况时，则分接开关的过渡电阻发生了故障，即处于损坏状态；
在检测到过渡波形出现幅值为0的基础上，再观测过渡波形幅值为0所持续的时间，即可判断过渡电阻的故障程度，即一个过渡电阻发生故障，还是两个过渡电阻同时发生故障：
当过渡波形幅值为0的持续时间≤t1时，则说明有一个过渡电阻发生故障；当t>过渡波形幅值为0的持续时间>t1，则说明两个过渡电阻都发生了故障。
其中，t1为单个过渡电阻的接入电路时间，t为分接开关过渡电阻的切换时间。
分接开关过渡电阻的切换时间t根据分接开关型号的不同而不同，t的取值在40ms-60ms之间；
单个过渡电阻接入电路的时间t1的取值为：3ms≤t1≤7ms，优选15ms。
本申请还公开了另一件发明，即基于前述方法的有载分接开关过渡电阻仿真及故障诊断系统，其特征在于：
所述有载分接开关过渡电阻仿真及故障诊断系统包括交流电源模块、升压变压器模块、有载分接开关模块、多绕组单相变压器模块、二次侧电压采集模块、一次侧电流采集模块；
所述交流电源模块采用交流发电机的形式，通过交流发电机产生正弦交流电，连接至升压变压器模块的一次侧；
所述升压变压器模块的二次侧通过一次侧电流采集模块后连接到多绕组单相变压器模块一次侧，所述一次侧电流采集模块用于测量多绕组单相变压器的一次电流；
所述二次侧电压采集模块连接在多绕组单相变压器模块的二次侧，用于采集多绕组单相变压器模块的二次电压；
所述有载分接开关模块装设在多绕组单相变压器模块的一次侧，通过参数设置将多绕组变压器模型用于模拟单相有载调压变压器。
进一步，所述有载调压变压器有载分接开关模块包括时序发生器单元、晶闸管单元、第一过渡电阻r1、第二过渡电阻r2；
将多绕组变压器模型设置为2抽头，其中第一抽头通过第一引线连接至第一晶闸管，通过第一过渡电阻r1连接至第二晶闸管；第二抽头分别通过第二过渡电阻连接至第三晶闸管，通过第二引线连接至第四晶闸管；所述第一至第四晶闸管通过时序发生器控制通断。
所述仿真及故障诊断系统还包括电流示波器，所述电流示波器与一次侧电流采集模块的输出端相连，用于显示所模拟的单相有载调压变压器一次电流波形。
所述仿真及故障诊断系统还包括电压示波器，所述电压示波器与二次侧电压采集模块的输出端相连，用于显示所模拟的单相有载调压变压器的二次电压波形。
本申请所达到的有益效果：
1.本申请为分接开关过渡电阻故障诊断提供了新的思路；
2.本申请可以有效地进行分接开关过渡电阻故障诊断；
3.本申请简单，可靠，工程应用性强。
附图说明
图1是分接开关过渡过程的工作原理图；
图2是本发明搭建的单相有载调压变压器模型示意图；
图3是本发明有载分接开关过渡电阻故障的诊断及其仿真方法流程示意图；
图4是正常状态下单相调压变压器一次侧电流的变化曲线；
图5是一个过渡电阻烧损下单相调压变压器一次侧电流的变化曲线；
图6是两个过渡电阻烧损下单相调压变压器一次侧电流的变化曲线。
其中，附图2标记的含义如下：1为交流电源，2为升压变压器模块，3为变压器一次侧电流采集单元，4为单相多绕组变压器模块，5为二次侧电压采集单元，s1为电流示波器，s2为电压示波器，6-9为时序发生器，r1和r2为过渡电阻，k1和k2为代表主触头的晶闸管开关，m1和m2为代表辅助触头的晶闸管开关。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
图1为分接开关过渡过程，其中，k1和k2为主触头、m1和m2为辅助触头，r1和r2为过渡电阻。为方便理解，下面先结合图1说明一下分接开关的过渡过程工作原理：
(1)切换开关先接通k1、m1，再断开k1，过渡电阻r1接入负载回路，见图1a～c。
(2)切换开关先接通m1、m2，短路过渡电阻r1、r2接入负载回路，两过渡电阻中存在环流，见图1d。
(3)切换开关断开m1，先接通过渡电阻r1接入负载回路，再短接m2、k1，最后断开m2，图1e～g。
本申请的有载分接开关过渡电阻故障的仿真及诊断方法发明通过对图1所示的分接开关过渡过程进行模拟，从而提供一种有载分接开关过渡电阻故障的诊断及其仿真方法，如附图3所示，本发明公开的有载分接开关过渡电阻故障的诊断及其仿真方法包括以下步骤：
步骤1：在matlab中的simulink环境下搭建单相有载调压变压器模型，以备后面的分接开关切换过程的仿真分析；
如附图2所示，单相有载调压变压器模型包括：交流电源1，升压变压器模块2，变压器一次侧电流采集单元3，单相多绕组变压器模块4，二次侧电压采集单元5，电流示波器s1，电压示波器s2，时序发生器6-9，过渡电阻r1和r2，代表主触头的晶闸管开关k1和k2，代表辅助触头的晶闸管开关m1和m2。
交流发电机产生正弦交流电1，经过升压变压器2后输入单相有载调压变压器4的一次侧，通过模拟有载分接开关的动作进行调压。
在本发明实施例中，将多绕组变压器模型2设置为2抽头。
有载调压变压器有载分接开关模块包括时序发生器单元6-9、晶闸管单元k1-k2以及m1-m2、第一过渡电阻r1、第二过渡电阻r2组成；所述2抽头为模拟的有载调压变压器相邻抽头；其中第一抽头通过第一引线连接至第一晶闸管k1，通过第一过渡电阻r1连接至第二晶闸管m1；第二抽头分别通过第二过渡电阻连接至第三晶闸管m2，通过第二引线连接至第四晶闸管k2；所述第一至第四晶闸管通过时序发生器6-9控制通断。
二次侧电压采集模块包括采集多绕组单相变压器模块二次侧电压的二次侧电压采集单元5和电压示波器s2。
一次侧电流采集模块包括采集多绕组单相变压器模块一次电流的电流采集单元3和电流示波器s1。
步骤2：对有载调压变压器模型的各个模块进行参数设置；
对交流电源模块1的设置，包括电压值、频率以及相位；
对升压变压器模块2的设置，包括抽头数目、电抗、电阻、电压以及频率；
对单相有载调压变压器模块4的设置，包括抽头数目、电抗、电阻、电压以及频率；
对有载分接开关模块的设置，包括过渡电阻阻值，切换时间。
有载分接开关模块包括时序发生器单元6-9、晶闸管单元k1-k2以及m1-m2、第一过渡电阻r1、第二过渡电阻r2；
对晶闸管开关k1-k2以及m1-m2的设置包括对第一过渡电阻r1、第二过渡电阻r2和时序发生器单元6-9的时序设置。步骤3：对分接开关的过渡电阻损坏程度分别进行模拟；
有载分接开关模块两个过渡电阻的正常状态模拟、其中一个过渡电阻烧损模拟以及两个过渡电阻同时烧损的模拟。
其中过渡电阻烧损采用断路模拟，也即是电阻无穷大；
当两个过渡电阻都正常的情况下，两个过渡电阻并联，连入电路的阻值为r/2。当其中一个过渡电阻烧损时，则连入电路的阻值为r；
当两个过渡电阻同时烧损时，则连入电路的阻值为无穷大；
其中r＝r1＝r2。
步骤4：通过变压器一次侧电流调档前后幅值的比值以及过渡波形幅值、时间的变化，对分接开关过渡电阻进行状态诊断。
在步骤4中，根据变压器一次侧电流中的过渡波形幅值以及时间判断过渡电阻故障状态，具体为：当过渡波形中出现幅值为0的情况时，则分接开关的过渡电阻发生了故障，即处于损坏状态；在检测到过渡波形出现幅值为0的基础上，再观测过渡波形幅值为0所持续的时间，即可判断过渡电阻的故障程度，即一个过渡电阻发生故障，还是两个过渡电阻同时发生故障。
当过渡波形幅值为0的持续时间＝t1时，则说明有一个过渡电阻发生故障；当t>过渡波形幅值为0的持续时间>t1，则说明两个过渡电阻都发生了故障。
这里t为总的切换时间，根据分接开关型号的不同而不同，一般在
40ms-60ms之间，本发明取45ms；t1为单个过渡电阻接入电路的时间，一般3ms≤t1≤7ms，本发明取15ms。
如图4所示，为两个过渡电阻都正常的情况下，变压器一次侧电流的变化情况，由图4可知，过渡波形的幅值与切换前后的电流幅值相比非常大。
如图5所示，为一个过渡电阻损坏的情况下，变压器一次侧电流的变化情况，由图5可知，过渡波形的幅值出现了幅值为0的情况，这是因为有一个过渡电阻损坏，也就断路引起的，其幅值为0的持续时间为10.840ms。
如图6所示，为两个过渡电阻都损坏的情况下，变压器一次侧电流的变化情况，由图6可知，过渡波形的幅值出现了幅值为0的情况，且持续时间较长，这是因为两个过渡电阻损坏，也就断路引起的，其幅值为0的持续时间为31.484ms。
由此，可以看出，分接开关处于不同的状态时，过渡波形的幅值以及时间也会不同。因此，可以把过渡波形的幅值以及时间作为判断过渡电阻状态的依据。
如附图2所示，本申请还公开了一种基于前述方法的有载分接开关过渡电阻仿真及故障诊断系统，所述有载分接开关过渡电阻仿真及故障诊断系统包括交流电源模块、升压变压器模块、有载分接开关模块、多绕组单相变压器模块、二次侧电压采集模块、一次侧电流采集模块。
所述交流电源模块采用交流发电机的形式，通过交流发电机产生正弦交流电，连接至升压变压器模块的一次侧；将电流示波器与一次侧电流采集模块的输出端相连，用于显示所模拟的单相有载调压变压器一次电流波形。
所述升压变压器模块的二次侧通过一次侧电流采集模块后连接到多绕组单相变压器模块一次侧，所述一次侧电流采集模块用于测量多绕组单相变压器的一次电流；将电压示波器与二次侧电压采集模块的输出端相连，用于显示所模拟的单相有载调压变压器的二次电压波形。
所述二次侧电压采集模块连接在多绕组单相变压器模块的二次侧，用于采集多绕组单相变压器模块的二次电压；所述有载分接开关模块装设在多绕组单相变压器模块的一次侧，通过参数设置将多绕组变压器模型用于模拟单相有载调压变压器。
其中，所述有载调压变压器有载分接开关模块包括时序发生器单元、晶闸管单元、第一过渡电阻r1、第二过渡电阻r2；将多绕组变压器模型设置为2抽头，其中第一抽头通过第一引线连接至第一晶闸管，通过第一过渡电阻r1连接至第二晶闸管；第二抽头分别通过第二过渡电阻连接至第三晶闸管，通过第二引线连接至第四晶闸管；所述第一至第四晶闸管通过时序发生器控制通断。
实施例：
本发明通过对图1所示的分接开关过渡过程进行模拟，从而提供一种有载分接开关过渡电阻故障的诊断及其仿真方法，如附图3所示，本发明公开的有载分接开关过渡电阻故障的诊断及其仿真方法包括以下步骤：
步骤1：在matlab中的simulink环境下搭建单相有载调压变压器模型，以备后面的分接开关切换过程的仿真分析；
如附图2所示，单相有载调压变压器模型包括：交流电源1，升压变压器模块2，变压器一次侧电流采集单元3，单相多绕组变压器模块4，二次侧电压采集单元5，电流示波器s1，电压示波器s2，时序发生器6-9，过渡电阻r1和r2，代表主触头的晶闸管开关k1和k2，代表辅助触头的晶闸管开关m1和m2。
交流发电机产生正弦交流电1，经过升压变压器2后输入单相有载调压变压器4的一次侧，通过模拟有载分接开关的动作进行调压。
在本发明实施例中，将多绕组变压器模型2设置为2抽头。
有载调压变压器有载分接开关模块包括时序发生器单元6-9、晶闸管单元k1-k2以及m1-m2、第一过渡电阻r1、第二过渡电阻r2组成；所述2抽头为模拟的有载调压变压器相邻抽头；其中第一抽头通过第一引线连接至第一晶闸管k1，通过第一过渡电阻r1连接至第二晶闸管m1；第二抽头分别通过第二过渡电阻连接至第三晶闸管m2，通过第二引线连接至第四晶闸管k2；所述第一至第四晶闸管通过时序发生器6-9控制通断。
二次侧电压采集模块包括采集多绕组单相变压器模块二次侧电压的二次侧电压采集单元5和电压示波器s2。
一次侧电流采集模块包括采集多绕组单相变压器模块一次电流的电流采集单元3和电流示波器s1。
步骤2：对有载调压变压器模型的各个模块进行参数设置；
一种有载分接开关过渡电阻故障的诊断及其仿真方法，其特征是：仿真设置单相有载调压变压器参数时，需要根据变压器型号以及相应的技术参数计算出后进行设置。
其中单相有载调压变压器高压侧每相绕组的参数如下：
其中，un—变压器的额定电压(kv)；
sn—变压器的额定容量(kv·a)；
δpk—短路损耗(kw)；
rt—变压器与un对应侧的每相电阻(ω)。
其中，uk(％)—短路电压百分值；
xt—变压器与un对应侧的每相电抗(ω)；
模型中，升压变压器的参数设置如单相有载调压变压器参数设置，区别在于升压变压器的抽头数为1。
在matlab的simulink环境下搭建的单相有载调压变压器模型，如图2所示。该调压变压器其型号为s11-400/10-0.4的有载调压变压器进行仿真分析，其相关参数为sn＝400kv，un＝10kv，u2n＝0.4kv，δp0＝4.3063kw，uk(％)＝3.84，i0(％)＝0.17，因此，可根据公式(1)和(2)计算出相关参数。即rt＝2.6914ω，xt＝9.6ω，有载调压变压器由软件自带的可设抽头的多绕组变压器模型通过参数设置得到。
在图2中，交流电源1产生220v，50hz的正弦交流电，经过变比为220/10000v的升压变压器后输入多绕组单相变压器4的一次侧。调压指令则由晶闸管开关通断控制，而晶闸管的开关由时序发生器控制。
按照分接开关过渡过程进行设置时序发生器，时序1的持续时间为0-0.07s，幅值为1；时序2的持续时间为0.065-0.09s，幅值为1；时序3的持续时间为0.085-0.11s，幅值为1；时序4的持续时间为0.105-0.16s，幅值为1。
对有载分接开关模块的设置，过渡电阻阻值为50ω。
步骤3：对分接开关的过渡电阻损坏程度分别进行模拟；
有载分接开关模块两个过渡电阻的正常状态模拟、其中一个过渡电阻烧损模拟以及两个过渡电阻同时烧损的模拟。
其中过渡电阻烧损采用断路模拟，也即是电阻无穷大；
当两个过渡电阻都正常的情况下，两个过渡电阻并联，连入电路的阻值为r/2。当其中一个过渡电阻烧损时，则连入电路的阻值为r；
当两个过渡电阻同时烧损时，则连入电路的阻值为无穷大；
其中r＝r1＝r2。
步骤4：通过变压器一次侧电流中的过渡波形幅值、时间的变化，对分接开关过渡电阻进行状态诊断。
在步骤4中，根据变压器一次侧电流中的过渡波形幅值以及时间判断过渡电阻故障状态，具体为：当过渡波形中出现幅值为0的情况时，则分接开关的过渡电阻发生了故障，即处于损坏状态；在检测到过渡波形出现幅值为0的基础上，再观测过渡波形幅值为0所持续的时间，即可判断过渡电阻的故障程度，即一个过渡电阻发生故障，还是两个过渡电阻同时发生故障。
当0<过渡波形幅值为0的持续时间≤t1时，则说明有一个过渡电阻发生故障；当t>过渡波形幅值为0的持续时间>t1，则说明两个过渡电阻都发生了故障。
这里t为总的切换时间，根据分接开关型号的不同而不同，一般在
40ms-60ms之间，本发明取45ms；t1为单个过渡电阻接入电路的时间，一般10ms≤t1，本发明取15ms。
如图4所示，为两个过渡电阻都正常的情况下，变压器一次侧电流的变化情况，由图4可知，过渡波形的幅值与切换前后的电流幅值相比非常大。
如图5所示，为一个过渡电阻损坏的情况下，变压器一次侧电流的变化情况，由图5可知，过渡波形的幅值出现了幅值为0的情况，这是因为有一个过渡电阻损坏，也就断路引起的，其幅值为0的持续时间为10.840ms。
如图6所示，为两个过渡电阻都损坏的情况下，变压器一次侧电流的变化情况，由图6可知，过渡波形的幅值出现了幅值为0的情况，且持续时间较长，这是因为两个过渡电阻损坏，也就断路引起的，其幅值为0的持续时间为31.484ms。
由此，可以看出，分接开关处于不同的状态时，过渡波形的幅值以及时间也会不同，因此，可以把过渡波形的幅值以及时间作为判断过渡电阻状态的依据。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。