一種變壓器繞組工作狀態的在線監測方法
2023-05-28 07:22:51
專利名稱：一種變壓器繞組工作狀態的在線監測方法
技術領域：
本發明涉及一種信號監測方法，尤其涉及一種變壓器繞組工作狀態的在線監測方法。
背景技術：
變壓器是電力系統中最重要的設備之一，其運行的穩定性對電力系統的安全影響重大。隨著我國電網容量的日益增大，短路容量亦隨之不斷增大，變壓器出口短路形成的衝擊電流產生的巨大電磁作用力對變壓器繞組的機械強度和動穩定性構成了嚴重的威脅。目前變電站設備及線路的運行環境始終不容樂觀，因外部短路造成變壓器繞組受衝擊而引發的變形，是變壓器運行過程中較為常見的故障，其對系統的安全運行造成了很大的威脅。變壓器遭受突發短路後，其繞組可能首先發生鬆動或輕微變形，通過大量的實驗研究分析變壓器繞組變形具有累積效應，如果對於鬆動或變形不能及時發現和修復，那麼在變壓器的鬆動或變形累積到一定程度後會使變壓器的抗短路能力大幅下降而在遭受較小的衝擊電流下也會弓I發大的事故發生。繞組的變形一方面會導致機械抗短路電流衝擊能力的下降，另一方面也會導致線圈內部局部絕緣距離發生變化，使局部出現絕緣薄弱點，當遇到過電壓作用時，繞組有可能發生餅間或匝間短路導致變壓器絕緣擊穿事故，或者由於局部場強增大而引起局部放電，絕緣損傷部位會逐漸擴大，最終導致變壓器發生絕緣擊穿事故而引發進一步的事態擴大。因此，在運行過程中當變壓器經歷了外部短路事故後或運行一段時間後的常規檢修中，如何有效地檢測出變壓器繞組是否存在鬆動和變形，從而判斷變壓器是否需要檢修處理顯得十分重要，是保障變壓器安全運行的一個重要手段，因此變壓器繞組變形的檢測是目前變壓器常規試驗項目之一。目前實際應用的對變壓器繞組狀態的檢測方法主要有以下三種1、短路阻抗法變壓器短路阻抗是當負載阻抗為零時變壓器內部的等效阻抗，短路阻抗是變壓器繞組的漏抗和電阻的矢量和，由於變壓器直流電阻相對於漏抗數值很小，因此變壓器的短路阻抗反映的主要是變壓器繞組的漏抗。由變壓器的理論分析可知，變壓器漏抗值是由繞組的幾何尺寸所決定的，或者說是由繞組的結構決定的，一旦變壓器繞組發生變形，從理論上來說變壓器的漏抗相應也會發生變化，因此通過對變壓器短路阻抗的檢測可以間接地反映變壓器繞組內部是否發生了變形。一般情況下，運行中的變壓器受到了短路電流的衝擊後，或在定期常規檢查時要將測得的短路阻抗值與原有的記錄進行比較來判斷繞組是否發生了變形，如果短路阻抗值變化較大，例如國標中設定為變化超過3%，則可確認繞組有顯著變形。按照有關標準規定，變壓器在短路阻抗測試試驗中，要求測量每一相的短路阻抗，並把試驗後所測量的短路阻抗值與以往試驗的數據加以比較，根據其變化的程度，作為判斷被試變壓器繞組是否合格的重要依據之一。
從實際應用情況來看，短路阻抗法在長期的生產實踐中已建立了標準，判據較為明確，在國際電工標準IEC60076-5和GB1095-85中均明確給出了線圈變形程度的判據。但很多情況下這種方法的靈敏度很低，故障的檢出率較低，只有在線圈整體變形情況較為嚴重時才能夠得到較明確的反映。2、頻響分析法頻響分析法的基本原理是將變壓器繞組視為一個分布參數網絡，它由對地電容C、縱向電容K、電感L等分布參數構成一無源線性雙埠網絡，該網絡的特性在頻域上可以用傳遞函數H(jco)來描述。繞組發生局部機械變形後，其內部的分布電感L、縱向電容K和對地電容C等分布參數會發生相應的變化，從而在網絡的傳遞函數H(jco)上得到反映。因此分析變壓器繞組的網絡傳遞函數曲線的變化情況就可以分析內部的網絡電參數是否發生變化，從而推斷相應的機械結構是否發生了變形，這是頻響分析法測試變壓器繞組變形的依據和基礎。 頻響法測試首先將一穩定的正弦掃頻電壓信號Vi施加到被試變壓器繞組的一端，然後同時記錄該埠 Vi和其它輸出埠上的電壓V。，從而得到該被試繞組的一組頻響特性曲線，其表達式為H(j ω) = V0Ai頻響法的測試靈敏度較短路阻抗法高，但由於其頻響波形的複雜性，對繞組狀況的判別需要較多的經驗，較難形成明確的定量判據，因此至今沒有形成判別標準。上述兩種方法是目前判別變壓器繞組狀況最常用的，兩種方法都是採用電測方法，出發點都是基於變壓器繞組發生明顯變形的狀況下模型中對應的元件的電氣參數發生變化來進行測量判別，這對變壓器繞組發生較明顯的變形情況較為適宜，但對繞組發生輕微變形，尤其是對變壓器繞組存在的相對鬆動和扭曲變形的狀態不能給出較明確的判斷，因為這些情況下反映在等效電路模型中的電參數幾乎沒有變化，其傳遞函數的變化也就非常小。然而變壓器繞組鬆動或扭曲變形對其抗短路能力有很大的影響，因此研究繞組的狀況需有靈敏度更高的方法來進行判別。3、振動分析法振動分析法的基本原理是把變壓器繞組看作一個機械結構體，則當繞組結構或受力發生任何變化時，都可以從它的機械振動特性變化上得到反映。繞組的振動通過變壓器內部結構連接件傳遞到變壓器箱體，所以變壓器箱體表面檢測得到的振動信號與變壓器的繞組振動特性有密切的關係，因此，變壓器箱體表面的振動信號分析可以作為變壓器繞組故障診斷的一個途徑。與前述電氣測量法相比較，振動分析法的最大優點是可通過吸附在變壓器箱壁上的振動傳感器來獲得變壓器的振動信號，通過分析其振動特性的變化來判斷繞組狀態的變化情況，只要繞組的機械特性(如結構變形、預緊力鬆動等)發生變化，都可以從它的機械振動特性變化上得到反映，從而大大提高了檢測的靈敏度。此外，將振動傳感器置於箱壁上的振動檢測與整個強電系統沒有直接的連接，對於整個電氣系統的正常運行沒有任何影響，因此，可發展成為一種較準確、便捷、安全的在線監測方法。變壓器的振動主要包括鐵芯振動和繞組振動。鐵芯振動主要由矽鋼片的磁致伸縮和電磁吸引力引起，若忽略磁滯現象，鐵芯振動與磁感應強度的平方成正比，或者與外加電壓的平方成正比。繞組振動主要由漏磁場與繞組電流相互作用產生的電動力引起，與電流的平方成正比。因此，需要建立變壓器的箱壁振動模型，對繞組的工作狀態進行描述和判別。
發明內容
本發明的目的是提供一種變壓器繞組工作狀態的在線監測方法，該方法通過對變壓器電壓、電流和振動信號進行實時監控，能夠實現對變壓器繞組工作狀態的高效、準確地判斷。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種變壓器繞組工作狀態的在線監測方法，其包括下列步驟(I)採集變壓器箱壁的振動信號、變壓器的三相電壓信號和三相電流信號，並根據變壓器的三相電壓信號和三相電流信號計算得到相應的三個功率因數。(2)基於廣義自回歸神經網絡建立變壓器箱壁振動模型
ηS0=YyiPi
i=\
ηSn=YjPi
i=\
,[X-Xf[X-XlPi =exp(-----), z = 1,2,L ,n
'2(7式中，n為廣義自回歸神經網絡中神經元的數目；X為所述變壓器箱壁振動模型的輸入量，其是將所述變壓器的三相電壓信號、三相電流信號和相應的功率因數共9個量形成的向量序列，X = [X1, X2 L, x9]T ；Xi是第i個神經元對應的學習樣本向量,所述學習樣本向量為在測得的三相電壓信號、三相電流信號和計算得到的相應的功率因數中任意選取一段數據形成的向量，學習樣本向量包括任意一段取自學習樣本的訓練樣本向量和除了訓練樣本向量之外的預測樣本向量，Xi= [Xil，Xi2，L，xi9]T;0是光滑因子，其取值範圍為O. 10
O.20 ；Yi是所述變壓器箱壁振動模型的實際輸出量，與訓練樣本向量相對應，其是變壓器箱壁的振動信號的IOOHz分量的幅值；Y是所述變壓器箱壁振動模型的期望輸出量，與預測樣本向量相對應，其是變壓器箱壁的振動信號的IOOHz分量的幅值。廣義自回歸神經網絡是由大量處理單元(或稱為神經元)通過相關連接而構成的自適應非線性動態系統，其由輸入層、模式層、求和層和輸出層四層構成。其中，輸入層是由神經元的輸入構成，對應神經網絡的輸入X = [X1, x2, L，χρ]τ，模式層由多個神經元構成，模式層的神經元數目等於學習樣本向量的數目η，各神經元各自對應不同的學習樣本向量，其中學習樣本向量包括訓練樣本向量和預測樣本向量。廣義自回歸神經網絡是本領域內的技術人員均所熟知的動態系統，故發明人在本技術方案中對此不再做詳細的介紹。(3)在採集的變壓器箱壁的振動信號中選取與變壓器箱壁振動模型的期望輸出量Y時間對應的振動信號，對其進行傅立葉變換得到該振動信號的IOOHz分量的幅值Γ。(4)將Y'與變壓器箱壁振動模型的期望輸出量Y進行比較，若二者的相對誤差小於15% 20%，則判斷變壓器繞組運行狀態正常；若二者的相對誤差大於等於15% 20%，則判斷變壓器繞組發生了鬆動或變形，相對誤差E的計算公式為
權利要求
1.一種變壓器繞組工作狀態的在線監測方法，其特徵在於，包括下列步驟 (1)採集變壓器箱壁的振動信號、變壓器的三相電壓信號和三相電流信號，並根據變壓器的三相電壓信號和三相電流信號計算得到相應的三個功率因數； (2)基於廣義自回歸神經網絡建立變壓器箱壁振動模型
全文摘要
本發明公開了一種變壓器繞組工作狀態的在線監測方法，其包括下列步驟採集變壓器箱壁的振動信號、變壓器的三相電壓信號和三相電流信號，並根據變壓器的三相電壓信號和三相電流信號計算得到相應的三個功率因數；基於廣義自回歸神經網絡建立變壓器箱壁振動模型；將測得的變壓器箱壁振動信號100Hz分量的幅值與變壓器箱壁振動模型的期望輸出量進行比較，若二者的相對誤差小於一閾值，則判斷變壓器繞組運行狀態正常；若二者的相對誤差大於等於該閾值，則判斷變壓器繞組發生了鬆動或變形。該方法能有效地、高靈敏度地在線監測出變壓器繞組的鬆動和變形狀況，從而可及時檢修或更換變壓器，避免因繞組結構損壞而導致變壓器發生突然短路的故障。
文檔編號G01R31/06GK102998545SQ20111027558
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者李清, 蔡開穗, 李越, 王豐華, 金之儉 申請人:河南電力試驗研究院, 上海交通大學