一種基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法

2023-06-27 22:13:26 2

專利名稱：：一種基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法
技術領域：
：本發明涉及一種變壓器繞組變形診斷方法，特別是關於一種基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法。
背景技術：
：電力變壓器繞組在機械力或電動力作用下發生的軸向或徑向尺寸變化，通常表現為繞組局部扭曲、鼓包或位移等。變壓器在遭受短路電流衝擊或運輸過程中遭受衝擊時，均有可能發生繞組變形現象，它將直接影響變壓器的安全運行。隨著輸變電設備狀態檢修工作的深入開展，變壓器繞組變形測試結果已逐步成為判別變壓器運行工況的重要指標之一。頻率響應分析法是診斷電力變壓器繞組變形的重要方法。頻率響應分析法可以分為數據測試和數據分析兩部分，前者是通過測試取得變壓器繞組的頻率響應數據，後者是對所得數據進行分析並判斷繞組是否發生變形。現階段頻率響應分析法的數據測試技術已經曰趨成熟，但數據分析技術還存在問題。數據分析一般採用兩種方法，一種是相關係數法，該方法可以通過數學運算得到數據的相關係數值，並以此值的大小作為判斷繞組變形與否的依據。實踐證明，這一方法誤判率較高，並不理想，很少被採用。另一種則是依據變壓器專業人員的經驗，結合繞組頻響數據的基本規律，進行經驗判斷。對於經驗豐富的專業人員該方法可以取得較高的判斷準確率，但這種純經驗方法存在著明顯的不足一方面對分析人員的經驗要求較高，沒有經驗或者經驗不足便難以勝任；另一方面由於經驗的分散性和不確定性，這一方法很難規範，不同的分析人員可能得出不同的分析結論，給檢修決策帶來一定困難。
發明內容針對上述問題，本發明的目的是提供一種不依賴於經驗、判斷準確、結果唯一且易於實施的基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法，其包括以下步驟1)根據現有獲取頻響指紋的方法，分別取得變壓器同電壓側三相待診斷繞組的頻響指紋及其原始頻響指紋；2)判斷待診斷繞組的頻響指紋及其原始頻響指紋的特徵點，若一極值點與相鄰的下一個極值點之間的幅值差大於頻響指紋最大值與最小值差的0.01倍，則所述極值點為特徵點；否則所述極值點和下一個極值點都略去不計，然後從所述下一個極值點重複判斷，以此原則從低頻到高頻依次分析所有的極值點是否為特徵點；3)計算原始頻響指紋上每個特徵點的幅值差異係數，設原始頻響指紋上共有1、2、3··4個特徵點，原始頻響指紋上第i個特徵點前後相鄰的兩個特徵點對應的頻率分別為fH和fi+1，在區間(Affw]內待診斷繞組的頻響指紋與原始頻響指紋之間的面積，即為第i個特徵點相對於待診斷繞組的頻響指紋的幅值差異係數；4)計算原始頻響指紋上每個特徵點的頻率差異係數，若在區間(f^，fi+1]內，待診斷繞組的頻響指紋上有一個與原始頻響指紋上的特徵點為同類的特徵點，則原始頻響指紋上的特徵點相對於待診斷繞組的頻響指紋的頻率差異係數Ki為formulaseeoriginaldocumentpage5其中，&為原始頻響指紋上的特徵點所對應的頻率；。為待診斷繞組的頻響指紋上的特徵點對應的頻率；若在區間(fi+fi+J內，待診斷繞組的頻響指紋上與原始頻響指紋上的特徵點同類的特徵點大於一個或不存在，則頻率差異係數Ki=1；5)根據原始頻響指紋上的所有特徵點的幅值差異係數和頻率差異係數，得到原始頻響指紋與待診斷繞組的頻響指紋的特徵差異指數；6)根據特徵差異指數判斷準則，診斷變壓器繞組是否發生變形，其診斷步驟如下(a)同電壓側三相繞組頻響指紋互相比較，將三相繞組頻響指紋互設為原始頻響指紋，根據步驟2)5)得到相應的特徵差異指數進行診斷，若三相繞組均沒有變形，診斷結束，否則進行下一步驟；(b)將待診斷的三相繞組頻響指紋分別與各自的原始頻響指紋比較，根據步驟2)5)得到相應的特徵差異指數進行診斷；為確保診斷結果或無原始頻響指紋，進行下一步驟；(c)將待診斷的三相繞組的頻響指紋與狀態良好的同型號變壓器同電壓側、同相別繞組的頻響指紋比較，根據步驟2)5)得到相應的特徵差異指數進行診斷。所述步驟3)中，所述幅值差異係數Si為A=t\X-Y\df，其中，。和fi+1分別formulaseeoriginaldocumentpage5為所述原始頻響指紋上第i個特徵點前後相鄰的兩個特徵點對應的頻率；X為原始頻響指紋；Y為待診斷繞組的頻響指紋。formulaseeoriginaldocumentpage5所述步驟5)中，所述特徵差異指數Txy為τ_ξ(Ζ)，其中，tx(i)為中間變formulaseeoriginaldocumentpage5量，恥(H3HJ(l=5=t)，Ki為頻率差異係數，Si為幅值差異係數，tx(i)的大小取決於所述原始頻響指紋上第i個特徵點的所述幅值差異係數、頻率差異係數以及該特徵點所在頻率fi；D為原始頻響指紋和待診斷繞組的頻響指紋的最大值與最小值的差。所述特徵差異指數判斷準則為若所述待診斷繞組頻響指紋與其原始頻響指紋間的所述特徵差異指數小於9，則診斷待診斷繞組為無變形；若所述特徵差異指數在區間[9，12]內，則診斷待診斷繞組為輕度變形；若所述特徵差異指數大於12，則診斷待診斷繞組為明顯變形。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明由於採用變壓器繞組的頻響指紋的特徵點來判斷變壓器繞組是否發生變形，因為頻響指紋包含有大量與變壓器繞組結構相關的極值點，當變壓器繞組發生形變後，頻響指紋極值點的頻率或幅值就會發生變化。因此可以不依賴與專業人員的經驗就能精確的判斷出變壓器繞組是否發生變形。2、本發明由於根據頻響指紋的極值點來確定其特徵點，根據特徵點得到幅值差異係數和頻率差異係數，進而得到特徵差異指數，因此可以根據特徵差異指數判斷準則，對變壓器繞組是否發生形變進行診斷，其診斷結果唯一。3、本發明由於是將變壓器繞組沒有發生變形時的歷史頻響指紋作為原始頻響指紋，或是用狀態良好的同型號變壓器同電壓側、同相別繞組的頻響指紋代替其原始頻響指紋，將原始頻響指紋與待診斷繞組的頻響指紋進行比較，計算特徵差異指數，根據特徵差異指數進行診斷，因為本發明的診斷方法實施較為容易、便捷。因此，本發明不僅可以應用於頻響指紋數據的分析，還可以應用於其他類似數據的分析中。圖1是本發明的整體流程示意2是本發明的判斷變壓器繞組頻響指紋特徵點示意3是本發明的特徵點幅值差異係數示意4是本發明的兩條頻響指紋上有多個對應特徵點的頻率差異係數示意5是本發明的兩條頻響指紋上無對應特徵點的頻率差異係數示意圖具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。頻響指紋是在變壓器繞組的一端施加一頻率可變的正弦波電壓仏，變壓器繞組的另一端串接一電阻後接地，在電壓源的激勵下該電阻上會產生電壓U2，把H(f)=201n(U2/U:)隨1kHz1MHz頻率的變化曲線稱為頻率響應指紋，簡稱頻響指紋。如圖1所示，本發明是根據變壓器繞組的頻響指紋所包含的大量與變壓器繞組結構相關的極值點，這些極值點是頻響指紋的基本特徵，當變壓器繞組發生形變後，頻響指紋極值點的頻率或幅值就會發生變化。因此，根據這一原理，本發明基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法，是將待診斷繞組的頻響指紋與其原始頻響指紋進行特徵差異性分析，計算兩頻響指紋間的特徵差異指數，根據特徵差異指數的大小判斷變壓器繞組是否變形。其步驟如下1)根據現有技術中獲取頻響指紋的方法，分別取得變壓器同電壓側待診斷的A、B、C三相繞組的頻響指紋及其原始頻響指紋，原始頻響指紋是確認變壓器繞組沒有發生變形時的頻響指紋，若沒有原始頻響指紋，則可以用其他狀態良好的同型號變壓器同電壓側、同相別繞組的頻響指紋代替；2)如圖2所示，判斷待診斷繞組的頻響指紋Y及其原始頻響指紋X的特徵點，把幅值變化很小的極值點視為噪聲或幹擾，將略去幹擾、噪聲等影響之後得到的極值點簡稱為特徵點，若一極值點a與相鄰的下一個極值點b之間的幅值差AR大於0.01R(R為頻響指紋最大值與最小值之差)，則極值點a是有效極值點，即為特徵點；否則極值點a和極值點b都略去不計，然後再從極值點b之後與極值點b相鄰的下一個極值點重複上述判斷，以此原則從低頻到高頻依次分析所有的極值點，從而遴選出所有特徵點；3)如圖3所示，計算原始頻響指紋X上每個特徵點的幅值差異係數S」設原始頻響指紋X上共有1、2、3…k個特徵點，原始頻響指紋X上第i個特徵點Xi前後相鄰的兩個特徵點分別為Xh和Xi+1，其對應的頻率分別為fH和fi+1，在區間(fH，fi+1]內待診斷繞組的頻響指紋Y與原始頻響指紋X之間的面積(如圖3中斜線部分所示)，即為第i個特徵點\相對於待診斷繞組的頻響指紋Y的幅值差異係數Siformulaseeoriginaldocumentpage7其中，原始頻響指紋X的第一個特徵點所對應計算區間(f^，fi+1]的起始頻率f^可以由原始頻響指紋X的起始頻率代替，最後一個特徵點所對應計算區間(fg，fi+1]的終止頻率fi+1可以由原始頻響指紋X的終止頻率代替；4)計算原始頻響指紋X上每個特徵點的頻率差異係數&，若在區間(f^，fi+1]內，待診斷繞組的頻響指紋Y上只有一個與原始頻響指紋X上的特徵點Xi為同類(即同為極大值點或同為極小值點)的特徵點Yp特徵點Yj對應的頻率為&則特徵點\相對於待診斷繞組的頻響指紋Y的頻率差異係數&為formulaseeoriginaldocumentpage7公式(2)中，f^為特徵點\對應的頻率；若在區間(f^，fi+1]內，待診斷繞組的頻響指紋Y上與\同類的特徵點不止一個(如圖4所示)或不存在與\同類的特徵點(如圖5所示)，則特徵點\相對於待診斷繞組的頻響指紋Y的頻率差異係數&=1；其中原始頻響指紋X第一個特徵點所對應計算區間(fi+fVJ的起始頻率fH可以由原始頻響指紋X的起始頻率代替，最後一個特徵點所對應計算區間(fi+fi+J的終止頻率fi+1可以由原始頻響指紋X的終止頻率代替；5)根據原始頻響指紋X上的所有特徵點的幅值差異係數Si和頻率差異係數&，可以計算出原始頻響指紋X與待診斷繞組的頻響指紋Y的特徵差異指數為kformulaseeoriginaldocumentpage7其中，、⑴為中間變量/「丄他肩丄)，其大小取決於原始頻響指紋x上第i個特徵點\的幅值差異係數Si、頻率差異係數Ki以及\所在頻率A；D為兩條頻響指紋最大值與最小值的差；6)根據特徵差異指數判斷準則(如表1所示)，可以診斷出變壓器繞組是否發生變形，其診斷步驟如下(a)同電壓側A、B、C三相繞組頻響指紋互相比較，將三相繞組頻響指紋互設為原始頻響指紋，根據步驟2)5)得到相應的特徵差異指數TXY，若所得特徵差異指數均小於9，則診斷為A、B、C三相繞組均沒有變形，診斷結束，否則進行下一步驟；(b)將待診斷的A、B、C三相繞組的頻響指紋分別與各自的原始頻響指紋比較，根據步驟2)5)得到相應的特徵差異指數TXY，進而做出診斷結論；為進一步確保此診斷結論的準確度或者A、B、C三相繞組無原始頻響指紋時，進行下一步驟；(c)將待診斷的A、B、C三相繞組的頻響指紋與狀態良好的同型號變壓器同電壓側、同相別繞組的頻響指紋(代替原始頻響指紋)比較，根據步驟2)5)得到相應的特徵差異指數TXY，進而做出診斷結論。表1tableseeoriginaldocumentpage8上述各實施例僅用於說明本發明，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護範圍之外。權利要求一種基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法，其包括以下步驟1)根據現有獲取頻響指紋的方法，分別取得變壓器同電壓側三相待診斷繞組的頻響指紋及其原始頻響指紋；2)判斷待診斷繞組的頻響指紋及其原始頻響指紋的特徵點，若一極值點與相鄰的下一個極值點之間的幅值差大於頻響指紋最大值與最小值差的0.01倍，則所述極值點為特徵點；否則所述極值點和下一個極值點都略去不計，然後從所述下一個極值點重複判斷，以此原則從低頻到高頻依次分析所有的極值點是否為特徵點；3)計算原始頻響指紋上每個特徵點的幅值差異係數，設原始頻響指紋上共有1、2、3…k個特徵點，原始頻響指紋上第i個特徵點前後相鄰的兩個特徵點對應的頻率分別為fi-1和fi+1，在區間(fi-1，fi+1]內待診斷繞組的頻響指紋與原始頻響指紋之間的面積，即為第i個特徵點相對於待診斷繞組的頻響指紋的幅值差異係數；4)計算原始頻響指紋上每個特徵點的頻率差異係數，若在區間(fi-1，fi+1]內，待診斷繞組的頻響指紋上有一個與原始頻響指紋上的特徵點為同類的特徵點，則原始頻響指紋上的特徵點相對於待診斷繞組的頻響指紋的頻率差異係數Ki為Ki=fi-fjfi-fi-1fjfi0fj=fifj-fifi+1-fifj>fi,其中，fi為原始頻響指紋上的特徵點所對應的頻率；fj為待診斷繞組的頻響指紋上的特徵點對應的頻率；若在區(fi-1，fi+1]內，待診斷繞組的頻響指紋上與原始頻響指紋上的特徵點同類的特徵點大於一個或不存在，則頻率差異係數Ki＝1；5)根據原始頻響指紋上的所有特徵點的幅值差異係數和頻率差異係數，得到原始頻響指紋與待診斷繞組的頻響指紋的特徵差異指數；6)根據特徵差異指數判斷準則，診斷變壓器繞組是否發生變形，其診斷步驟如下(a)同電壓側三相繞組頻響指紋互相比較，將三相繞組頻響指紋互設為原始頻響指紋，根據步驟2)～5)得到相應的特徵差異指數進行診斷，若三相繞組均沒有變形，診斷結束，否則進行下一步驟；(b)將待診斷的三相繞組頻響指紋分別與各自的原始頻響指紋比較，根據步驟2)～5)得到相應的特徵差異指數進行診斷；為確保診斷結果或無原始頻響指紋，進行下一步驟；(c)將待診斷的三相繞組的頻響指紋與狀態良好的同型號變壓器同電壓側、同相別繞組的頻響指紋比較，根據步驟2)～5)得到相應的特徵差異指數進行診斷。2.如權利要求1所述的一種基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法，其特徵在於所述步驟3)中，所述幅值差異係數Si為formulaseeoriginaldocumentpage2其中，fH和fi+1分別為所述原始頻響指紋上第i個特徵點前後相鄰的兩個特徵點對應的頻率；X為原始頻響指紋；Y為待診斷繞組的頻響指紋。3.如權利要求1所述的一種基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法，其特徵在於所述步驟5)中，所述特徵差異指數為formulaseeoriginaldocumentpage3其中，tx⑴為中間變量，且formulaseeoriginaldocumentpage3，Ki為頻率差異係數，S,為幅值差異係數，tx(i)的大小取決於所述原始頻響指紋上第i個特徵點的所述幅值差異係數、頻率差異係數以及該特徵點所在頻率fi;D為原始頻響指紋和待診斷繞組的頻響指紋的最大值與最小值的差。4.如權利要求1所述的一種基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法，其特徵在於所述特徵差異指數判斷準則為若所述待診斷繞組頻響指紋與其原始頻響指紋間的所述特徵差異指數小於9，則診斷待診斷繞組為無變形；若所述特徵差異指數在區間[9，12]內，則診斷待診斷繞組為輕度變形；若所述特徵差異指數大於12，則診斷待診斷繞組為明顯變形。全文摘要本發明涉及一種基於頻率響應特徵的變壓器繞組變形診斷方法，其步驟為1)分別取得變壓器同電壓側三相繞組的待診斷繞組的頻響指紋及其原始頻響指紋；2)判斷待診斷繞組的頻響指紋及原始頻響指紋的特徵點；3)計算原始頻響指紋上各特徵點的幅值差異係數；4)計算原始頻響指紋上各特徵點的頻率差異係數；5)由幅值差異係數和頻率差異係數，得到原始頻響指紋與待診斷繞組的頻響指紋的特徵差異指數；6)根據特徵差異指數判斷準則，診斷變壓器繞組是否發生變形。本發明採用變壓器繞組的頻響指紋的特徵點來判斷其是否發生變形，因此可不依賴與專業人員的經驗就能精確的判斷出變壓器繞組是否發生變形。本發明不僅可應用於頻響指紋數據的分析，還可應用於其他類似數據的分析中。文檔編號G01R31/06GK101833056SQ201010134948公開日2010年9月15日申請日期2010年3月26日優先權日2010年3月26日發明者劉有為,畢建剛,許淵,鄧彥國,高克利申請人:中國電力科學研究院