一種大功率變壓器匝間短路故障的檢測方法及裝置製造方法
2024-01-20 19:33:15
一種大功率變壓器匝間短路故障的檢測方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種大功率變壓器匝間短路故障的檢測方法及裝置，根據變壓器繞組所採用的結構建立變壓器繞組及其檢測系統模型，計算系統在匝路故障和匝路完好兩種狀態下的傳遞函數，通過計算所述匝路故障和匝路完好兩種狀態下傳遞函數的標準化差異面積值來判斷匝間短路的類型，然後通過繪製頻率偏差指數曲線圖，根據圖形中不對稱點在繞組中的比例位置可以唯一確定變壓器故障位置，本發明明利用傳遞函數對大容量變壓器匝間短路故障的類型及位置進行檢測，與現有技術相比，提高了大容量變壓器匝間短路故障判斷的準確性，降低大容量變壓器類似故障發生的概率和風險，提高大容量變壓器運行的可靠性，同時具有良好的性價比且操作便捷。
【專利說明】—種大功率變壓器匝間短路故障的檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及變壓器故障的檢測，尤其是涉及一種大功率變壓器匝間短路故障的檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]在變壓器中，繞組是最重要、最複雜也是最容易出現故障的部件。變壓器繞組的故障主要有繞組的變形、局部放電及匝間短路等。統計資料表明:變壓器繞組匝間短路佔電力系統中大型變壓器故障的50%?60%。特別是大功率變壓器，一旦出現故障被破壞，對於整個電力系統的運行將會造成較大影響，造成嚴重經濟損失，同時大功率變壓器的繞組常採用盤式繞組，每盤由若干匝線圈組成，這個匝間短路的檢測帶來了更大的困難。
[0003]目前，常用的幾種率變壓器繞組匝間短路檢測方法如下:
[0004](I)漏磁場法
[0005]以高低壓繞組等高的變壓器來分析，其正常情況下磁力線分布均勻，繞組中部截面處橫向漏磁場分量為零。當變壓器發生匝間短路時，其漏磁場分布將發生變化。此時磁力線分布變得很不均勻，中部截面處橫向漏磁場分量也不再為零。根據這一原理，在繞組中部截面處安裝一霍爾元件來監測漏磁場的變化，由此就可簡單而且有效地判斷出變壓器是否發生了匝間短路故障。但這種方法對於己經製造好的變壓器，在其中統一安裝霍爾元件是不現實的，達不到良好的綜合經濟效益，而且受變壓器電磁幹擾等因素的影響，霍爾元件的測量準確度也沒有很好的保證。
[0006](2)電壓電流比法
[0007]變壓器正常狀態下無論從高壓側加壓還是從低壓側加壓，所測變比都相等，與加壓側無關。當變壓器發生匝間短路故障時，用相同方法進行同一測量，所測變比隨加壓側不同而不同。研究人員通過模擬實驗得出，高壓側存在5%匝間短路時，從高壓側加壓，所測變比差在允許的1%誤差範圍內；從低壓側加壓，所測變比誤差高達30%以上。通過模擬實驗，可以得出判斷變壓器匝間短路故障的結論為:
[0008]高壓側加壓，電壓比變化不明顯，低壓側加壓，電壓比顯著減少，故障在高壓側；
[0009]低壓側加壓，電壓比變化不明顯，高壓側加壓，電壓比顯著增大，故障在低壓側；
[0010]低壓側加壓，電流比變化不明顯，高壓側加壓，電流比顯著減少，故障在高壓側；
[0011]高壓側加壓，電流比變化不明顯，低壓側加壓，電流比顯著增大，故障在低壓側；
[0012]雖然此方法操作簡便但是精度有限。
[0013](3)功率損耗法
[0014]變壓器發生匝間短路故障後，其內部繞組漏磁場分布會發生變化，而漏磁場的變化將直接影響到附加損耗的變化。如某繞組發生了匝間短路故障，該繞組的附加損耗就會較大幅度增加，其它繞組的附加損耗也會有所增加。因此，可以提出把功率損耗作為監測變壓器匝間短路故障的特徵量。通過對變壓器兩側三相電壓電流的在線採集，計算輸入輸出功率之差即功率損耗，進而判斷變壓器是否發生了匝間短路故障以及故障的嚴重程度，同時還可以判斷出哪一相繞組發生了故障，從而實現對變壓器匝間短路故障的檢測。
[0015]功率損耗法監測變壓器匝間短路故障雖原理清晰，但目前在利用功率損耗法判斷匝間短路故障時往往要配以其它監測手段，如油色譜分析法，通過綜合判斷來給出故障與否的結果。因此該檢測方法操作繁瑣且無法單獨實施。
【發明內容】
[0016]為解決上述現有技術中的存在的問題，本發明的目的在於提供了一種具有更高的判斷準確性和可靠性的大功率變壓器匝間短路故障的檢測方法及裝置，該方法提高大容量變壓器匝間短路故障判斷的準確性，降低大容量變壓器類似故障發生的概率和風險，提高大容量變壓器運行的可靠性。
[0017]為實現上述目的，本發明的技術方案為:
[0018]一種大功率變壓器匝間短路故障的檢測方法，包括如下步驟:
[0019]S1:根據變壓器繞組所採用的結構，建立變壓器繞組及其檢測系統模型；
[0020]S2:根據變壓器繞組及其檢測系統模型分別得到匝路完好和匝路故障兩種狀態下的傳遞函數；
[0021]S3:計算所述匝路完好和匝路故障兩種狀態下傳遞函數的標準化差異面積，並根據標準化差異面積值來判斷匝間短路的類型；
[0022]標準化差異面積SDA值不等於零則表示變壓器繞組發生單匝短路，其中，當標準化差異面積SDA值大於或等於閾值時表 示發生了盤間短路，當SDA值大於零且小於閾值時則表示發生了單匝短路；
[0023]所述標準化差異面積為匝路完好和匝路故障兩種狀態下傳遞函數曲線下的面積之差;
[0024]S4:利用頻率偏差指數確定故障的位置:首先，繪製頻率偏差指數曲線圖，然後根據圖形中不對稱點在繞組中的比例位置來確定變壓器故障位置。
[0025]進一步的，根據權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，所述傳遞函數為電流或電壓傳遞函數，所述電流和電壓傳遞函數的計算公式分別為:7=和
【權利要求】
1.一種大功率變壓器匝間短路故障的檢測方法，其特徵在於，包括如下步驟: S1:根據變壓器繞組所採用的結構，建立變壓器繞組及其檢測系統模型； S2:根據變壓器繞組及其檢測系統模型分別得到匝路完好和匝路故障兩種狀態下的傳遞函數； S3:計算所述匝路完好和匝路故障兩種狀態下傳遞函數的標準化差異面積，並根據標準化差異面積值來判斷匝間短路的類型； 標準化差異面積SDA值不等於零則表示變壓器繞組發生單匝短路，其中，當標準化差異面積SDA值大於或等於閾值時表示發生了盤間短路，當SDA值大於零且小於閾值時則表示發生了單匝短路； 所述標準化差異面積為匝路完好和匝路故障兩種狀態下傳遞函數曲線下的面積之差; S4:利用頻率偏差指數確定故障的位置:首先，繪製頻率偏差指數曲線圖，然後根據圖形中不對稱點在繞組中的比例位置來確定變壓器故障位置。
2.根據權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，所述傳遞函數為電流或電壓傳遞函數，所述電流和電壓傳遞函數的計算公式分別為
3.根據權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，所述步驟S3中標準化差異面積的計算公式如下:
4.根據權利要求2中所述的檢測方法，其特徵在於，步驟S2中所述輸入信號的頻率w取IOOkHzUMHz和IOOHz到IMHz之間的任一數值。
5.根據權利要求2中所述的檢測方法，其特徵在於，步驟S2中所述輸入電壓VH為正弦電壓，幅度在100和240伏之間自動調整。
6.根據權利要求1-5任一項所述的檢測方法，其特徵在於，所述步驟S4具體包括: S41:將固定輸入端設置在經步驟S3已確定故障類型的變壓器繞組的底部端子或頂部端子，輸出端以輸入端為起點向繞組另一端移動，在距輸入端不同距離上多次採樣並記錄相應所測繞組長度下的諧振頻率； S42:計算不同距離上的頻率偏差指數，公式如下:
7.一種基於傳遞函數的大功率變壓器匝間短路故障的檢測裝置，其特徵在於，包括: 系統建模模塊，用於根據變壓器的繞組所採用的結構，建立變壓器繞組及檢測系統模型； 傳遞函數檢測模塊，用於根據建模檢測模塊建立的變壓器繞組及檢測系統模型分別得到匝路故障和匝路完好兩種狀態下的傳遞函數； 故障類型判斷模塊，用於計算所述匝路故障和匝路完好兩種狀態下傳遞函數的標準化差異面積，所述標準化差異面積為匝路故障和匝路完好兩種狀態下傳遞函數曲線下的面積之差，根據標準化差異面積值來判斷匝間短路的類型: 標準化差異面積SDA值不等於零則表示變壓器繞組發生單匝短路，其中當標準化差異面積SDA值大於或等於閾值時表示發生了盤間短路，當SDA值大於零且小於閾值時則表示發生了單匝短路； 故障位置判斷模塊，用於利用頻率偏差指數確定故障的位置:繪製頻率偏差指數曲線圖，根據圖形中不對稱點在繞組中的比例位置可以唯一確定變壓器故障位置。
8.根據權利要求7中所述的檢測裝置，其特徵在於，所述故障位置判斷模塊具體用於: 將固定輸入端設置在經步驟S3已確定故障類型的變壓器繞組的底部端子或頂部端子，輸出端以輸入端為起點向繞組另一端移動，在距輸入端不同距離上多次採樣並記錄相應所測繞組長度下的諧振頻率； 計算不同距離上的頻率偏差指數，公式如下:
【文檔編號】G01R31/02GK103529350SQ201310516038
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】盧豔, 黃雲龍, 廖東進, 王琳 申請人:衢州職業技術學院