[发明专利]基于有限元仿真与现场试验的变压器结构性故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及变压器故障诊断技术领域，具体是一种基于有限元仿 真与现场试验的变压器结构性故障诊断方法。

背景技术

结构性故障是导致电力变压器发生损坏事故的主要原因之一。对 运输或短路冲击后的变压器进行结构性故障诊断可确保变压器的安 全稳定运行。目前常用的变压器结构性故障离线检测方法主要有频率 响应法(FrequencyResponseAnalysis,FRA)、短路阻抗法 (Short-CircuitImpedanceMethod,SCI)等。频率响应法能够在较宽 的频带上测量分析电路网络的频率响应特性从而判断绕组状态，具有 较高的灵敏度。短路阻抗法能够反映线圈径向形变，且积累了大量的 现场试验数据。然而，目前对于频率响应曲线及短路阻抗等现场试验 结果变化的根本原因及其与故障类型的对应关系尚有待研究，因此存 在试验结果认识不明确、存在误判的问题，导致故障诊断可靠性降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于有限元仿真与现场 试验相结合的变压器结构性故障诊断方法，以提高变压器结构性故障 诊断的可靠性，解决现场试验中对试验结果认识不明确、存在误判等 问题。

一种基于有限元仿真与现场试验的变压器结构性故障诊断方法， 包括如下步骤：

步骤一、在有限元仿真软件中建立变压器有限元模型；

步骤二、在变压器有限元模型中对不同结构性故障进行模拟；

步骤三、在步骤二设置的不同类型及程度结构性故障模型中，求 解其主要电气参数，建立“结构性故障-电气参数”之间的关系；

步骤四、根据变压器有限元模型求解得到的电气参数，建立电路 模型仿真对应的现场试验结果，通过仿真电路模型求解不同电气参数 下变压器的频率响应曲线及短路阻抗，建立“电气参数-试验结果” 对应关系；

步骤五、以电气参数为中间变量，建立试验结果与结构性故障的 对应关系：通过有限元模型对不同类型及程度结构性故障进行模拟， 求解其电气参数变化，进而建立不同的电路模型，通过仿真电路模型 求解不同电气参数下变压器的频率响应曲线及短路阻抗，建立“结构 性故障-电气参数-试验结果”的对应关系。

进一步的，步骤一中建立变压器有限元模型时考虑主要支撑件的 材料特性。

进一步的，步骤二中通过改变变压器有限元模型中各部件的结 构、相对位置、连接方式对变压器常见结构性故障进行模拟。

进一步的，所述结构性故障包括径向形变、轴向位移、匝间短路、 饼间短路、不良接地。

进一步的，求解变压器电气参数主要是对其电容矩阵及电感矩阵 进行，所述有限元模型中变压器的n个线饼间电容构成变压器的n阶 电容矩阵，其中：C_ij为第i个线饼与第j个线饼之间的耦合电容；C_ii为第i个线饼的自电容，其主要包括线饼的对地电容及与其他线饼的 耦合电容之和，两个线饼间的耦合电容通过以下公式获得：

Cij=2WijV2=12∫ΩDi×EjdΩ]]>

式中，W_ij为电场储存能量，D_i第i线饼对应的电位移密度，E_j为第j线饼的电场强度；

当外部电流仅通过第i个线饼时，其自电感L_ii及电阻R_ii可被描 述为以下向量形式：