一种考虑多频率分量的变压器绕组故障判断方法

本发明涉及电力设备内部故障识别方法，尤其涉及一种考虑多频率分量的变压器绕组故障判断方法。

背景技术：

1、变压器在电力系统中承担着传递与变换电压的重要作用，根据二次侧需求的不同，能够变换不同的电压等级适应需要，因此变压器往往是电力系统中非常重要的一环，其运行状态的好坏直接关系着整个电力系统的稳定性。在变压器多种故障中，其绕组故障占比非常巨大，而变压器的绕组故障一般会导致电压的不稳定、能量损耗增加等问题，影响电力系统的整体性能。导致变压器绕组发生故障的原因主要分为两种，其一为机械冲击，如搬运变压器时产生的颠簸导致绕组碰撞变行；其二为变压器运行时短路产生的强大电动力，会使得变压器绕组本身发生轻微变形，而这种变形往往难以发现，在多次电动力冲击下，基于累积效应，会使得变压器绕组发生严重故障，从而影响电力系统的安全稳定运行。因此，对变压器进行绕组故障检测，准确判断绕组状态，对预防变压器故障、维护电力系统稳定性具有重要意义。

2、频率响应法是目前采用最广泛的变压器绕组故障判断方法，在较高频率下，因变压器铁心饱和，其绕组可以等效为一个无源二端口网络，其中参数的变化会直接反映在传递函数中，因此可以通过频率响应曲线的变化来判断绕组是否故障。但是目前使用频率响应法判断故障需要工作人员具有非常丰厚的知识储备，且针对不同变压器判断准确性较低，对不同时期的变压器故障反应不够灵敏，容易受到干扰，针对该问题，本发明专利介绍了一种考虑多频率分量的变压器绕组故障判断方法，具备对变压器绕组故障检测准确、易于判断等优点，同时能够准确识别三相变压器不同相的故障，对于保障变压器、电力系统的安全稳定运行具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、本申请提供了一种考虑多频率分量的变压器绕组故障判断方法，根据所提出的特征参数能够准确、有效的判断变压器绕组状态。

2、本申请提供了一种考虑多频率分量的变压器绕组故障判断方法，试验平台主要包括：电脑(1)，电压传感器(2)，电阻(3)，方波信号发生器(4)，接地(5)，套管(6)，高压绕组(7)，中压绕组(8)，低压绕组(9)，低压绕组三角形接线(10)，高压绕组星形带中性点接线(11)，中压绕组星形带中性点接线(12)，变压器箱体(13)，开关(14)、开关(15)、开关(16)分别连接变压器a、b、c三相，其特点在于结合方波时域信号获取谐波关联频响曲线，根据谐波关联频响曲线特征判断变压器绕组具体故障相，具体测试方法包括以下步骤：

3、步骤一：获取不同频率下变压器绕组输入电压与输出电压幅值

4、测量变压器绕组在不同频率电压激励下的输出响应信号幅值，电脑(1)通过与方波发生器(4)相连控制方波发生器输出不同频率的电压，方波发生器通过电阻(3)与高压绕组中性点(11)相连输入信号，在高压套管(6)处测量输出信号，输入信号与输出信号均通过电压传感器(2)测量并传输到电脑(1)，高压绕组通过星形带中性点接线(11)，中压绕组通过星形带中性点接线(12)，低压绕组通过三角形接线(10)模拟三相变压器接线，首先将开关(14)闭合，开关(15)、开关(16)断开，然后通过电脑(1)控制方波发生器(4)发出特定频率电压，维持持续电压供应，在高压绕组中性点(11)处测量注入变压器的电压幅值，在a相高压绕组输出套管处测量输出电压幅值，由电脑采集电压传感器(2)传输的信号，关闭信号发生器(4)，由电脑(1)控制信号发生器(4)输入下一个频率的电压，如此反复实验，总计测试[100000hz，1000000hz]共计60个频率点，断开开关(14)，闭合开关(15)，重复以上步骤，对b相绕组进行测试，断开开关(15)，闭合开关(16)，重复以上步骤，对c相绕组进行测试，测得变压器三相绕组不同频率下的输入时域信号为ip＝[x(p_1in) x(p_2in) x(p_3in) … x(p_nin)]，测得变压器三相绕组不同频率下的输入时域信号为op＝[x(p_1out) x(p_2out)x(p_3out) … x(p_nout)]，其中p＝1,2,3分别表示三相绕组的a相、b相、c相，x(p_nin)和x(p_nout)分别表示p相第n个频率下的电压输入、输出时域信号；

5、步骤二：谐波关联频响曲线的获取，包括：

6、(1)、计算不同频率下输入输出时域信号的分解量：

7、

8、其中，f表示输入信号频率；an_finp、bn_finp表示p相下输入信号不同频率分量的振幅，an_foutp、bn_foutp表示p相下输出信号不同频率分量的振幅；

9、(2)、计算谐波关联频响曲线：

10、

11、

12、其中，a(f)表示a相谐波关联频响曲线，b(f)表示b相谐波关联频响曲线，c(f)表示c相谐波关联频响曲线；

13、步骤三：变压器绕组故障判断：

14、(1)、计算曲线指数映射指标w：

15、

16、(2)、计算曲线比差关联指标l：

17、

18、(3)、计算评估因子j，判断绕组是否发生故障：

19、

20、若j>n则判断三相变压器高压绕组存在故障，进行步骤四，若j<n，则判断三相变压器高压绕组无故障，n是和变压器接线方式、型号、运行参数有关的常数；

21、步骤四：变压器绕组故障位置判断：

22、(1)、计算曲线锐度指标r：

23、

24、(2)、计算曲线偏度指标d：

25、

26、(3)、计算评估因子y，判断三相绕组故障位置：

27、

28、若ya>g，yb<g，yc>g，则判断a相故障，若ya>g，yb>g，yc<g，则判断b相故障，若ya<g，yb>g，yc>g，则判断c相故障，g是和变压器接线方式、型号、运行参数有关的常数。

技术特征：

1.一种考虑多频率分量的变压器绕组故障判断方法，其特征在于：电脑(1)，电压传感器(2)一端通过与变压器套管连接测量连接处对地电压，一端通过与电脑(1)连接传输测量数据，电阻(3)，方波信号发生器(4)与电脑(1)相连控制不同频率波形输入，接地(5)，套管(6)，高压绕组(7)，中压绕组(8)，低压绕组(9)，低压绕组三角形接线(10)，高压绕组星形带中性点接线(11)，中压绕组星形带中性点接线(12)，变压器箱体(13)，开关(14)、开关(15)、开关(16)分别连接变压器a、b、c三相，具体测试方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种考虑多频率分量的变压器绕组故障判断方法，首先对变压器高压三相绕组注入信号并测量输出信号；分别对注入信号与输出信号进行分解，合成不同频率下的变压器绕组谐波关联频响曲线；根据谐波关联频响曲线计算曲线指数映射指标W与曲线比差关联指标L获得评估因子J判断高压绕组是否发生故障；最后计算曲线锐度指标R与曲线偏度指标D获得评估因子Y判断绕组故障相。

技术研发人员：周利军,臧家磊,陈浩
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17