[发明专利]基于振动信号形态谱的变压器突发短路下绕组状态诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号监测方法，尤其涉及一种变压器发生突发短路时绕组状态的诊断方法。

背景技术

变压器是电力系统中最重要的设备之一，其运行稳定性对电力系统安全影响极大。随着我国电网容量的日益增大，短路容量亦随之不断增大，因外部短路而造成的变压器绕组变形故障一直居高不下，是变压器运行过程中较为常见的故障，对电力系统的安全运行造成了很大的威胁。

变压器遭受突发短路后，其绕组可能首先发生松动或轻微变形，而变压器绕组变形具有累积效应，若不能及时发现及修复变压器绕组松动或变形现象，则当变压器松动或变形累积到一定程度后会使变压器的抗短路能力大幅下降，此时，即使遭受较小的短路冲击电流也有可能会引发大的事故发生。

绕组变形一方面会导致变压器绕组机械强度下降，另一方面也会使得线圈内部局部绝缘距离发生变化，出现局部绝缘薄弱点，当遇到过电压作用时，有可能发生饼间或匝间短路导致变压器绝缘击穿事故，或者由于局部场强增大而引起局部放电，绝缘损伤部位会逐渐扩大，最终导致变压器发生绝缘击穿事故而引发进一步的事态扩大。

因此，在运行过程中当变压器经历了外部短路事故后或运行一段时间后的常规检修中，如何有效地检测出变压器绕组是否存在松动和变形，进而采取有效的运维措施就显得十分重要，这是保障变压器安全运行的重要手段。

目前，绕组变形检测是目前变压器的常规试验项目之一，实际应用中的检测方法主要有短路阻抗法和频响分析法。其中，短路阻抗法通过对变压器的短路电抗进行检测来判断被试变压器绕组是否合格。一般情况下，运行中的变压器受到了短路电流的冲击后，或在定期常规检查时要将测得的短路阻抗值与原有的记录进行比较来判断绕组是否发生了变形，如果短路阻抗值变化较大，例如国标中设定为变化超过3％，则可确认绕组有显著变形。到目前为止，短路阻抗法在长期的生产实践中已建立了标准，判据较为明确，在国际电工标准IEC60076-5和GB1095-85中均明确给出了线圈变形程度的判据。但很多情况下这种方法的灵敏度很低，只有在线圈整体变形情况较为严重时才能够得到较明确的反映。

频响分析法通过分析变压器绕组的网络传递函数曲线的变化情况来分析判断其内部的网络电参数是否发生变化，从而推断相应的机械结构是否发生了变形。即将一稳定的正弦扫频电压信号V_i施加到被试变压器绕组的一端，然后同时记录该端口V_i和其它输出端口上的电压V_o,从而得到该被试绕组的一组频响特性曲线，其表达式为

H(jω)＝V_o/V_i

频响分析法的测试灵敏度较短路阻抗法高，但由于其频响波形的复杂性，对绕组状况的判别需要较多的经验，较难形成明确的定量判据，因此至今没有形成判别标准。

短路阻抗法和频响分析法这两种方法的出发点均是根据变压器绕组的电参数发生变化来对其进行测量判别，这对变压器绕组发生较明显的变形情况较为适宜，但对绕组发生轻微变形，尤其是对变压器绕组存在的相对松动和扭曲变形状态不能给出较为明确的判断。考虑到变压器绕组松动或扭曲变形对其抗短路能力有很大的影响，因此需要寻求更为灵敏的绕组状况诊断方法。

近年来发展起来的振动分析法的基本原理是把变压器绕组看作一个机械结构体，则当绕组结构或受力发生任何变化时，都可以从它的机械振动特性变化上得到反映。绕组的振动通过变压器内部结构连接件传递到变压器箱体，所以变压器箱体表面检测得到的振动信号与变压器的绕组振动特性有密切的关系。考虑到突发短路下变压器箱体表面振动信号主要为绕组振动，因此，可将变压器箱体表面的振动信号分析作为变压器绕组故障诊断的一个途径。与前述电气测量法相比较，振动分析法的最大优点是可通过吸附在变压器箱壁上的振动传感器来获得变压器的振动信号，通过分析其振动特性的变化来判断绕组状态的变化情况，只要绕组的机械特性(如结构变形、预紧力松动等)发生变化，都可以从它的振动特性变化上得到反映，从而大大提高了检测的灵敏度。此外，将振动传感器置于箱壁上的振动检测与整个强电系统没有直接的连接，可发展成为一种较准确、便捷、安全的在线监测方法。

变压器遭受突发短路时，会有巨大的电动力作用于变压器绕组上，使得变压器振动加剧，其振动波形在时域上呈现振动幅值增大的阶段、振动幅值相对稳定的阶段和短路电流消失后的振动幅值衰减阶段。因此，可从突发短路时振动波形的时域形态上寻求变压器绕组状态的变化指标，并将其用于变压器绕组状态的有效诊断。

发明内容