变压器绕组机械状态的诊断方法及装置与流程

本发明涉及变压器诊断，尤其涉及一种变压器绕组机械状态的诊断方法及装置。

背景技术：

1、变压器是一种电力设备，其主要作用是将交流电的电压从一个电压级别转换到另一个电压级别。变压器是电力系统中常见的设备之一，也是电力系统正常运行的关键环节，其稳定运行状态影响着电力系统的运行效率，其稳定运行和可靠性也成为了保障电力供应的关键。

2、传统的绕组机械状态监测方法往往依赖于人工巡检，存在人力资源有限、信息获取不全面等问题。随着科技的发展，传感器技术的创新为绕组机械状态的监测带来了新的机遇。通过在变压器外部布置冲击力传感器，实时捕捉在运行过程中绕组的物理信息，从而揭示潜在的机械问题。

3、目前，常用的检测方法有低压脉冲法、频率响应法、短路阻抗法等，但是极易受到外界环境的干扰，使得检测结果不准确，难以实现对变压器绕组机械状态的准确判断。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种变压器绕组机械状态的诊断方法及装置，以解决目前的绕组机械状态的确定方法不准确的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种变压器绕组机械状态的诊断方法，包括：

3、获取待诊断变压器在多次短路试验下的冲击信号集，其中，冲击信号集中包括多组冲击信号，每次短路试验对应一组冲击信号；

4、基于冲击信号集，构建待诊断变压器绕组的短路冲击响应谱；

5、基于短路冲击响应谱，确定目标次短路试验下的冲击谐波畸变率，其中，目标次短路试验是指多次短路试验中的任意一次；

6、基于所有目标次短路试验下的冲击谐波畸变率的变化情况，确定诊断变压器绕组的机械状态。

7、在一种可能的实现方式中，基于冲击信号集，构建待诊断变压器绕组的短路冲击响应谱，包括：

8、基于目标次短路试验下的冲击信号，确定待诊断变压器绕组在目标次短路试验下的加速度冲击响应；

9、基于所有目标次短路试验下的加速度冲击响应以及绕组系统固有频率，构建待诊断变压器绕组的短路冲击响应谱。

10、在一种可能的实现方式中，基于目标次短路试验下的冲击信号，确定待诊断变压器绕组在目标次短路试验下的加速度冲击响应，包括：

11、将变压器绕组的相对位移公式代入到运动方程中，得到变化后的相对位移方程；

12、对绕组系统内的变化后的相对位移公式进行杜哈梅积分，得到位移响应公式；

13、对位移响应公式求二阶导，得到初始位移和初始速度均为0时的加速度响应公式；

14、基于目标次短路试验下的冲击信号和加速度响应公式，确定待诊断变压器绕组在目标次短路试验下的加速度冲击响应。

15、在一种可能的实现方式中，变压器绕组的运动方程为：

16、

17、相对位移公式为：

18、z(t)＝y(t)-x(t)；

19、变化后的相对位移为：

20、

21、位移响应公式为：

22、

23、加速度响应公式为：

24、

25、其中，

26、x(t)为线饼电磁力导致的位移，为激励的速度，为激励的加速度，y(t)为线饼实际振动产生的位移，响应的速度，为响应的加速度，z(t)为相对位移，m为变压器多层线饼的质量系数矩阵，k为弹性系数矩阵，c为阻尼系数矩阵，ωd为有阻尼固有频率，ωn为无阻尼固有频率，τ为时间积分因子。

27、在一种可能的实现方式中，基于短路冲击响应谱，确定目标次短路试验下的冲击谐波畸变率，包括：

28、基于短路冲击响应谱，确定目标次短路试验下基频的冲击响应幅值和10倍基频内除基频外的各次谐波分量；

29、基于目标次短路试验下基频的冲击响应幅值和10倍基频内除基频外的各次谐波分量，确定目标次短路试验下的冲击谐波畸变率。

30、在一种可能的实现方式中，冲击谐波畸变率为：

31、

32、其中，arms(1)为基频冲击响应幅值；arms(k)为10倍基频以内除基频外各次谐波分量。

33、在一种可能的实现方式中，基于所有目标次短路试验下的冲击谐波畸变率的变化情况，确定诊断变压器绕组的机械状态，包括：

34、基于目标次短路试验下的冲击谐波畸变率与前次短路试验下的冲击谐波畸变率，确定诊断变压器绕组的机械状态；其中，前次短路试验是目标次短路试验的上一次试验。

35、在一种可能的实现方式中，基于目标次短路试验下的冲击谐波畸变率与前次短路试验下的冲击谐波畸变率，确定诊断变压器绕组的机械状态，包括：

36、当目标次短路试验下的冲击谐波畸变率与前次短路试验下的冲击谐波畸变率的差值大于预设阈值时，则确定诊断变压器绕组的机械状态异常；

37、当目标次短路试验下的冲击谐波畸变率与前次短路试验下的冲击谐波畸变率的差值小于或等于预设阈值时，则确定诊断变压器绕组的机械状态正常，继续进行短路试验。

38、在一种可能的实现方式中，冲击信号是基于固定在变压器箱体表面和三相绕组中心表面的传感器检测到的。

39、第二方面，本发明实施例提供了一种变压器绕组机械状态的诊断装置，包括：

40、获取模块，用于获取待诊断变压器在多次短路试验下的冲击信号集，其中，冲击信号集中包括多组冲击信号，每次短路试验对应一组冲击信号；

41、构建模块，用于基于冲击信号集，构建待诊断变压器绕组的短路冲击响应谱；

42、第一确定模块，用于基于短路冲击响应谱，确定目标次短路试验下的冲击谐波畸变率，其中，目标次短路试验是指多次短路试验中的任意一次；

43、第二确定模块，用于基于所有目标次短路试验下的冲击谐波畸变率的变化情况，确定诊断变压器绕组的机械状态。

44、在一种可能的实现方式中，构建模块，用于基于目标次短路试验下的冲击信号，确定待诊断变压器绕组在目标次短路试验下的加速度冲击响应；

45、基于所有目标次短路试验下的加速度冲击响应以及绕组系统固有频率，构建待诊断变压器绕组的短路冲击响应谱。

46、在一种可能的实现方式中，构建模块，用于将变压器绕组的相对位移公式代入到运动方程中，得到变化后的相对位移方程；

47、对绕组系统内的变化后的相对位移公式进行杜哈梅积分，得到位移响应公式；

48、对位移响应公式求二阶导，得到初始位移和初始速度均为0时的加速度响应公式；

49、基于目标次短路试验下的冲击信号和加速度响应公式，确定待诊断变压器绕组在目标次短路试验下的加速度冲击响应。

50、在一种可能的实现方式中，变压器绕组的运动方程为：

51、

52、相对位移公式为：

53、z(t)＝y(t)-x(t)；

54、变化后的相对位移为：

55、

56、位移响应公式为：

57、

58、加速度响应公式为：

59、

60、其中，

61、x(t)为线饼电磁力激励产生的等效位移，为激励的速度，为激励的加速度，y(t)为线饼实际振动产生的位移，响应的速度，为响应的加速度，z(t)为相对位移，m为变压器多层线饼的质量系数矩阵，k为弹性系数矩阵，c为阻尼系数矩阵，ωd为有阻尼固有频率，ωn为无阻尼固有频率，τ为时间积分因子。

62、在一种可能的实现方式中，第一确定模块，用于基于短路冲击响应谱，确定目标次短路试验下基频的冲击响应幅值和10倍基频内除基频外的各次谐波分量；

63、基于目标次短路试验下基频的冲击响应幅值和10倍基频内除基频外的各次谐波分量，确定目标次短路试验下的冲击谐波畸变率。

64、在一种可能的实现方式中，冲击谐波畸变率为：

65、

66、其中，arms(1)为基频冲击响应幅值；arms(k)为10倍基频以内除基频外各次谐波分量。

67、在一种可能的实现方式中，第二确定模块，用于基于目标次短路试验下的冲击谐波畸变率与前次短路试验下的冲击谐波畸变率，确定诊断变压器绕组的机械状态；其中，前次短路试验是目标次短路试验的上一次试验。

68、在一种可能的实现方式中，第二确定模块，用于当目标次短路试验下的冲击谐波畸变率与前次短路试验下的冲击谐波畸变率的差值大于预设阈值时，则确定诊断变压器绕组的机械状态异常；

69、当目标次短路试验下的冲击谐波畸变率与前次短路试验下的冲击谐波畸变率的差值小于或等于预设阈值时，则确定诊断变压器绕组的机械状态正常，继续进行短路试验。

70、在一种可能的实现方式中，冲击信号是基于固定在变压器箱体表面和三相绕组中心表面的传感器检测到的。

71、本发明实施例提供一种变压器绕组机械状态的诊断方法及装置，首先，获取待诊断变压器在多次短路试验下的冲击信号集，然后，基于冲击信号集，构建待诊断变压器绕组的短路冲击响应谱。接着，基于短路冲击响应谱，确定目标次短路试验下的冲击谐波畸变率。最后，基于所有目标次短路试验下的冲击谐波畸变率的变化情况，确定诊断变压器绕组的机械状态。本发明提供的变压器绕组机械稳定性的诊断方法，可以通过短路试验下的冲击谐波畸变率，准确地诊断和监测变压器绕组的机械稳定性。