一种变压器绕组变形在线监测方法与流程

1.本发明涉及一种在线监测方法及装置，更具体地说，它涉及一种变压器绕组变形在线监测方法。


背景技术：

2.电力变压器是电力系统中重要的设备，大型变压器的安全运行直接影响到电网的可靠性与稳定性。变压器在运行时可能会受到短路电流的冲击，绕组在巨大的短路电流下急剧发热，机械强度减小，受到电动力而发生变形。此外，变压器在运输、安装或吊罩过程中受到冲击、颠簸等，或者继电保护装置由于存在死区、动作失灵等原因造成变压器长时间流过稳定短路电流，都可能导致绕组变形。绕组变形分为横向尺寸及纵向尺寸的改变，如绕组鼓包、扭曲、挤压等。绕组变形可能导致变压器固体绝缘受损，进而引起局部放电甚至绝缘击穿事故，而且变压器在绕组轻微变形状态下运行，累积效应会使变形程度逐步加深，最终使变压器发生故障。
3.变压器绕组常在内部电动力或者外部机械力的作用下产生变形，当绕组变形严重时，将造成变压器因发展性或突发性故障退出运行。当绕组变形程度较轻时，变压器仍能正常运行，但在累积效应的作用下，绕组会继续发生变形，可能导致匝间短路或遭到过电压冲击时发生匝间或饼间击穿，这种潜伏性故障的不确定性及发展性成为电网可靠运行的安全隐患。变压器绕组变形是变压器发生故障的重要原因之一，因为变压器在遭受短路冲击时会受到巨大的短路电流动力作用。虽然电力变压器在结构设计上有严格的要求，但绕组变形的情况却常有发生，对变压器的安全运行带来严重影响。因此，变压器绕组变形诊断越来越受到相关部门的重视。
4.目前，国内外对绕组变形的检测可以大致分为电气测量方法与非电气测量方法。电气测量方法有低压脉冲法、短路电流抗法、电容量法、频率响应法等；非电气测量方法有振动法、超声波检测法、视频窥视技术等。从以上多种研究方法的优缺点的研究表明：对变压器绕组变形的测量大多停留在离线检测的方法上。部分方法已经不能适应当前电力带电检修作业的要求，不能及时监测变压器绕组状况发现故障。由于现有的变压器绕组变形诊断方法存在种种的不足，因此有必要对变压器绕组变形诊断新方法进行研究，以提高诊断的准确性和可靠性。


技术实现要素：

5.第一方面，本发明的目的是提供一种变压器绕组变形在线监测方法，达到准确监控变压器绕组变形、并及时发出预警的目的。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种变压器绕组变形在线监测方法，包括如下步骤：
7.根据变压器冲击启动的至少20次“负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵的数据，计算本型号变压器的理论真值“负荷－频谱－阻抗”的立体特征矩阵，作为变压器样本分布标
尺；
8.计算变压器最新冲击样本与样本分布标尺的马氏距离，当马氏距离大于距离定值时，发出预警信号；
9.或，根据当前暂态录波数据计算基波及谐波阻抗与前一次基波及谐波阻抗判断对比，只要基波或谐波阻抗误差超出相对阻抗误差定值，发出预警信号；
10.或，根据当前暂态录波数据计算基波及谐波阻抗与历史基波及谐波阻抗判断对比，只要基波或谐波阻抗误差超出绝对阻抗误差定值，发出预警信号。
11.进一步的，还包括冲击启动记录步骤，所述记录步骤包括如下步骤：
12.判定是否满足变压器冲击启动条件；如满足启动条件则按照设定的暂态记录速率开始录波；
13.按照暂态录波数据记录时段及时长定值记录暂态录波数据；在录波过程中，判定是否满足变压器冲击启动结束条件；
14.如满足结束条件则结束录波记录；并将暂态录波数据存储在暂态数据区。
15.进一步的，所述冲击启动条件为：
16.变压器高、中、低压侧任一相电流有效值大于该相电流越上限定值；或
17.变压器高、中、低压侧任一相电流瞬时值减去上一周波相同点电流瞬时值大于该相电流突变定值，且连续三点或三点以上电流值都满足；或
18.变压器任一相差动电流有效值大于该相差流越上限定值；或
19.变压器铁芯接地电流有效值大于铁芯接地电流越上限定值。
20.进一步的，判断是否同时满足以下全部条件；若同时满足以下全部条件，则冲击录波结束；
21.变压器高、中、低压侧任一相电流有效值小于该相电流越上限定值的比例(默认97％)；
22.变压器高、中、低压侧任一相电流瞬时值减去上一周波相同点电流瞬时值小于该相电流突变定值的比例(默认95％)，且连续连续三点或三点以上电流瞬时值都满足；
23.变压器任一相差动电流有效值小于该相差流定值的比例(默认 97％)；
24.变压器铁芯接地电流有效值小于铁芯接地电流越上限定值的比例(默认97％)。进一步的，所述的暂态录波数据包括，变压器高、中、低压侧的电压和电流、铁芯接地电流、变压器档位信号特征数据。
25.进一步的，所述暂态录波数据还包括冲击发生时间和冲击结束时间；变压器冲击发生前后及整个过程中，变压器电压、电流、铁芯接地电流、变压器档位信号的实时数据及波形。
26.进一步的，还包括如下步骤：根据暂态录波数据统计变压器冲击次数、冲击时长、计算本次冲击功率、总冲击功率等。
27.进一步的，还包括如下步骤：根据暂态录波数据计算变压器基波及谐波阻抗。
28.进一步的，根据变压器冲击启动时间、冲击负荷、频谱、阻抗动态生成“时间－负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵，按照先入先出(fifo)原则在暂态数据区分配存储四维立体特征阵的空间，用来存储最新“时间－负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵数据；所述暂态存储区可以存储至少30次所述“时间－负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵数据。
29.进一步的，根据暂态数据区存储的“时间－负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵数据，经高斯滤波或限幅滤波算法后，构建变压器“负荷－频谱－阻抗”的立体特征矩阵，按照先入先出(fifo) 原则在暂态数据区分配存储三维立体特征阵的空间，用来存储最新“负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵数据；所述暂态存储区可以存储至少20次所述“负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵数据。
30.本发明中所述的暂态指变压器满足冲击启动条件形成的高速录波状态。
31.本发明具有如下至少一项有益效果：
32.1、通过暂态录波数据获取多维度的冲击样本数据，计算最新冲击样本和样本标尺的马氏距离，能够更加有效和准确地对变压器绕组进行判断。避免单独维度造成的判断失误。
33.2、再结合变压器阻抗的相对变化和绝对变化，根据距离大小及阻抗变化趋势判断绕组变形的发生概率及变形程度，能及时有效地发现变压器潜在故障，实现精准预警和智能诊断，进而实现变压器绕组变形的状态检修。
34.3、该方法易于实现且不影响变压器本身的安全运行，工程实用性强。
35.4、对变压器绕组变形检测无需停电作业，即可实现在线预警，对变压器故障状态决策快速预判，对变压器的计划检修与检修建议形成决策支持。
36.5、可避免不必要的吊检和大修作业，节省大量的人力、物力，也为我们推广变压器状态检修提供大量的运行数据和经验总结。
具体实施方式
37.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
38.实施例：
39.第一方面，本实施例提供了一种变压器绕组变形在线监测方法，其原理是：对变压器故障电流或冲击性负荷电流的冲击效应启动录波；通过高速各模拟通道精确同步采样，获取变压器高、中、低压侧的电压和电流、铁芯接地电流及变压器档位的暂态录波数据，计算变压器阻抗基波及谐波的矢量值，根据暂态监测时识别的各频点下对应的阻抗，动态生成“时间－负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵，采用经高斯滤波后的特征矩阵元素动态计算变压器的理论真值“负荷－频谱－阻抗”的立体特征矩阵作为样本标尺，计算变压器冲击样本与样本标尺的马氏距离，再结合变压器阻抗的相对变化和绝对变化，根据距离大小及阻抗变化趋势判断绕组变形的发生概率及变形程度，及时有效地发现变压器潜在故障，实现精准预警和智能诊断。
40.包括如下步骤：
41.a.记录至少n(默认n≥30)次冲击状态下暂态录波数据，并根据暂态录波数据生成当次冲击“时间－负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵；
42.b.将记录的冲击状态下的立体特征阵数据经过高斯滤波后构建变压器“负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵；至少保留n(默认n ≥20)次冲击的立体特征阵；
43.c.根据变压器冲击启动的最新n(默认n≥20)次的“负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵的数据，计算本型号变压器的理论真值“负荷－频谱－阻抗”的立体特征矩阵，作为变
压器样本分布标尺；
44.d.计算变压器最新冲击样本与样本分布标尺的马氏距离，当马氏距离大于距离定值时，发出预警信号；
45.或，根据当前暂态录波数据计算基波及谐波阻抗与前一次基波及谐波阻抗判断对比，只要基波或谐波阻抗误差超出相对阻抗误差定值，发出预警信号；
46.或，根据当前暂态录波数据计算基波及谐波阻抗与历史基波及谐波阻抗判断对比，只要基波或谐波阻抗误差超出绝对阻抗误差定值，发出预警信号。为了更加详细地对上述方法作出说明，本实施例实施细节如下：
47.所述暂态录波数据包括冲击发生时，变压器高、中、低压侧的电压和电流、铁芯接地电流、变压器档位信号特征数据。还包括冲击发生的时间和结束的时间，时间精确到微秒。
48.所述暂态录波数据，录波按照102.4khz的频率进行采样，记录波形；单个录波记录时段分为a段、b段，a段为启动录波时刻前的时段；b段为启动录波时刻后时段。单个录波时长＝(a+b)时段 (默认1.2秒)，a段的时长为0.1秒～2秒(默认0.2秒)；b段的时长为0.2秒～5秒(默认1秒)，a、b段时长可根据现场使用情况在以上范围内灵活设置。
49.冲击启动录波条件和结束录波条件如下：
50.当满足以下四个条件中任一条件时，按照上述要求对冲击录波数据进行记录。
51.1、电流越上限启动条件。即变压器高、中、低压侧任一相电流有效值大于该相电流越上限定值。
52.2、电流突变启动条件。即变压器高、中、低压侧任一相电流瞬时值减去上一周波相同点电流瞬时值大于该相电流突变定值，且连续n点电流值都满足(默认n≥3)。
53.3、差流越限启动条件。即变压器任一相差动电流有效值大于该相差流越上限定值。
54.4、铁芯接地电流越限启动条件。即变压器铁芯接地电流有效值大于铁芯接地电流越上限定值。
55.当同时满足以下四个条件时，结束冲击录波数据记录。
56.1、电流越上限结束条件，即变压器高、中、低压侧任一相电流有效值小于该相电流越上限定值的比例。可选的，可以将比例设置为97％。优选的，该百分比可以根据实际情况进行设置。
57.2、电流突变结束条件。即变压器高、中、低压侧任一相电流瞬时值减去上一周波相同点电流瞬时值小于该相电流突变定值的比例。可选的，可以将比例设置为95％。优选的，该百分比可以根据实际情况进行设置。
58.3、差流越限结束条件。即变压器任一相差动电流有效值小于该相差流越上限定值的比例。可选的，可以将比例设置为97％。优选的，该百分比可以根据实际情况进行设置。
59.4、铁芯接地电流越限结束条件。即变压器铁芯接地电流有效值小于铁芯接地电流越上限定值的比例。可选的，可以将比例设置为 97％。优选的，该百分比可以根据实际情况进行设置。
60.在一种可能的实施例中，还包括当满足任一一项冲击启动条件时，发送相应的冲击启动接点信号，并点亮相应的冲击启动指示灯；以及，当满足上述任一一项冲击记录结束
条件时，复归相应的冲击启动接点信号，熄灭相应的冲击启动指示灯，解除相应暂态条件下的录波记录条件及启动记录步骤，按照暂态录波记录时段及时长定值形成暂态录波数据并存储。对暂态录波数据分析、计算、存储和显示如下：
61.根据暂态录波数据，计算变压器高、中、低压侧的电压、电流基波及谐波(99次及以下)瞬时值、幅值、有效值、相角。
62.根据暂态录波数据，计算变压器铁芯接地电流的瞬时值、幅值、有效值、相角。
63.根据暂态录波数据，统计变压器档位信号。
64.根据暂态录波数据，统计变压器冲击次数、冲击时长、计算本次冲击功率、总冲击功率。
65.根据暂态录波数据，计算变压器a相、b相、c相基波及谐波 (99次及以下)阻抗(包括高压－中压、中压－低压、高压－低压)。
66.根据暂态录波数据，计算变压器基波及谐波(99次及以下)阻抗(包括高压－中压、中压－低压、高压－低压)。
67.根据变压器冲击启动时间、冲击负荷、频谱、阻抗动态生成“时间－负荷－频谱(1-99次)－阻抗”的立体特征阵，按照先入先出(fifo)原则在暂态数据区分配存储四维立体特征阵的空间，用来存储最新n次(默认n≥30)“时间－负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵数据。
68.根据暂态数据区存储的n次(默认n≥30)“时间－负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵数据，经高斯滤波后，构建变压器“负荷－频谱－阻抗”的立体特征矩阵，按照先入先出(fifo)原则在暂态数据区分配存储三维立体特征阵的空间，用来存储最新n次(默认n≥20)“负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵数据。
69.根据最新n(默认n≥20)次的“负荷－频谱－阻抗”的立体特征阵的数据，计算本型号变压器的理论真值“负荷－频谱－阻抗”的立体特征矩阵，作为变压器样本分布标尺。
70.将最新冲击样本计算的马氏距离与距离定值对比。当马氏距离大于距离定值时，发出预警信息。在一种可能的实施例中，可以设定最新样本计算马氏距离大于距离定值时，点亮预警指示灯，闭合变压器预警接点，并在液晶屏上显示误差和预警原因；所述距离定值以变压器绕组无变形时的马氏距离的比例作为参考值；该比例默认选择1.03～1.05倍。
71.计算阻抗相对变化。当最新冲击样本的阻抗与前一次冲击样本阻抗相比超出误差百分比时。显示该阻抗相对变化值，并发出相对变化预警信息。
72.在一种可能的实施例中相对变化计算方式为，根据当前暂态录波数据计算基波及谐波阻抗(99次及以下)与前一次基波及谐波阻抗判断对比，只要基波或谐波阻抗误差超出相对阻抗误差定值(默认3％)，点亮预警指示灯，闭合变压器预警接点，并在液晶屏上显示误差和预警原因。
73.计算阻抗绝对变化。当最新冲击样本阻抗与历史阻抗相比超出变压器阻抗定值百分比时。显示该绝对变化值，并发出绝对变化预警信息。
74.在一种可能的实施例中绝对变化计算方式为，根据当前暂态录波数据计算基波及谐波阻抗(99次及以下)与历史基波及谐波阻抗判断对比，只要基波及谐波阻抗误差超出绝对阻抗误差定值(默认 5％)，点亮预警指示灯，闭合变压器预警接点，并在液晶屏上显示误差和预警原因。
75.以上误差定值和n值可根据现场实用情况灵活设置，未进行自定义设置的，使用默认值参与计算。
76.本实施例中所述的马氏距离计算方法包括如下步骤：
77.1、计算有效样本各特征数据的均值。即负荷、频谱和阻抗的均值。计算公式如下：
[0078][0079]
2、计算最新样本与样本集维度的协方差。根据如下公式分别计算。
[0080][0081]
cov(z，x)＝cov(x，z)cov(y，x)＝cov(x,y)
[0082]
cov(z，y)＝cov(y，z)
[0083]
3、建立协方差矩阵，求协方差矩阵的逆阵。根据样本与样本集分布维度的协方差，建立协方差矩阵(公式如下)；并根据协方差矩阵求他的逆阵s-1。
[0084][0085]
4、求最新冲击样本到样本分布标尺的马氏距离。计算方法如下：
[0086][0087]
第二方面，本实施例提供一种变压器绕组变形在线监测装置，用于实现第一方面所提供的一种变压器绕组变形在线监测方法。
[0088]
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例作出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。