[发明专利]换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法

说明书

本发明提出了一种换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法，监测换流变压器差模态‑共模态(DM‑CM)开关时序切换后和共模态‑差模态(CM‑DM)开关时序切换后的绕组始端对地电压和中性点对地电压，DM‑CM开关时序切换后，通过观察中性点对地电压暂态时域波形的阻尼振荡相较于健康状况下的不明显是否存在明显的变化来确定换流变压器局部绝缘老化缺陷发生的相别；在确定相别的基础上，利用CM‑DM开关时序切换后的中性点对地电压暂态频域特性评估缺陷发生的位置和老化程度。本发明所提出监测方法是非侵入性的，没有额外的硬件要求，中断和插入时序灵活可控，不影响系统正常运行，适用于不同拓扑和不同开关调制策略的换流器。

技术领域

本发明属于电子器件缺陷检测领域，尤其涉及一种换流变压器局部绝缘老 化缺陷在线分相监测和评估方法。

背景技术

由于电应力、热疲劳、水汽入侵等运行因素对绝缘材料的老化影响不同， 电力变压器单元内各绝缘部件老化情况存在差异，导致非均匀老化现象。电力 变压器贯穿性短路故障常常由局部的绝缘缺陷发展而来。局部绝缘老化缺陷的 关键特征是，在非常小的范围，缺陷开始发展，在长期运行中或突然承受巨大 冲击后，极可能引发绝缘击穿。因此，需要对电力变压器局部老化缺陷尽早做 出预防性保护。

在现代电力系统中，电力电子换流器的应用日益广泛。与传统工频系统中 的电力变压器相比，与换流器相连接的这一类换流变压器局部老化情况更为严 重。主要原因包括，1)由于换流器周期性开关动作的电应力，再计及极性反转 等工况，换流变压器内部局部放电现象严重；2)电力电子换流系统内的电流谐 波丰富，增加换流变压器铁心涡流和杂散损耗，可能导致内部导体和绝缘温升 异常或局部过热，使得老化分布更加不均匀。因此，这一类换流变压器局部绝 缘老化缺陷更易衍变成为贯穿性故障。在一些特殊应用场景，如高铁牵引系统， 由于负荷投切频繁，单元内温度波动使得绝缘系统热老化分布有极大的不确定 性。因此，需要对换流变压器局部绝缘状态监测提出更高要求。

现阶段，换流变压器绝缘状态监测方法仍然遵循长期的标准实施。实现局 部绝缘老化缺陷的定位和程度评估具有挑战性，其关键技术难点在于，不依赖 于侵入式传感单元或其他外接硬件设备，利用常规配置的测量单元，能够直接、 可靠地提供换流变压器内部绝缘老化缺陷的详细信息，包括老化相别、沿绕组 分布位置和发展过程中的严重程度。

传统的变压器绝缘状态在线监测方法大多是检测绝缘劣化附加产物，根据 信号浓度或强度对老化程度做出判断。这些在线测试项目分别利用了物理信号 (温度、振动)、化学信号(油中溶解气体)、局部放电信号(声、光、电磁波) 和电信号(电流、绝缘电参数)。其中，物理信号不直接反映绝缘老化特征，化 学信号和局部放电信号多适用于油浸式变压器，电信号通常能覆盖所有属性变 压器单元，但一般属于继电保护或离线测试范畴，精度普遍无法满足绝缘缺陷 在线监测的需求。目前最广泛讨论的是基于油中溶解气体和局部放电两类在线 监测方法，以及基于电气量的故障分析方法，但是其也存在一定的局限性。

对于油中溶解气体在线监测方法。自上个世纪末，绝缘油中溶解气体检测 逐步实现在线化，成为诊断变压器潜伏性绝缘缺陷最广泛应用的在线手段。特 征气体法、Rogers法和IEC 60599三比值法是三种最基本的气体分析与故障判 断方法。由于箱体内气体种类多、故障类型复杂，为解决编码组合和阈值设置 规则单一、难以全面覆盖各类属性变压器单元和运行环境差异性的问题，结合 人工智能算法的油中气体分析方法被广泛研究。这一类方法仍然是基于数据驱 动的故障诊断，算法权值和编码组合阈值的选择方法往往缺少与绝缘老化有关 的明确物理联系。不同算法判断标准相对独立，关联性弱，本质上难以解决变 压器属性差异和环境敏感性问题。此外，工业标准和学术研究也鲜有区分换流 变压器油中气体编码组合和边界阈值设定方法，换流系统复杂运行工况和环境 因素造成的差异性没有被探讨。