[发明专利]配电变压器绕组振动信号特征量提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及配电网变压器故障诊断技术领域，具体涉及一种利用负载电流拟合曲线法提取配电变压器绕组振动信号的状态特征量的方法，进而实现配电变压器绕组的故障诊断，特别是一种配电变压器绕组振动信号特征量提取方法。

背景技术

在配电网中运行，配电变压器绕组会不可避免的由于各种原因发生故障和事故，虽然其本身价格较为便宜，但是因为停电而造成的间接损失确是难以估量的。因此配电变压器的状态监测工作随着经济发展以及智能电网工作的开展，其重要性已逐渐显现出来。

针对变压器绕组故障，早期采用的是直接吊罩检查的方法，但是常规吊罩仅能观察到变压器高压绕组外层状况，高压绕组内层以及低压绕组的状况无法得以判断，这种方法虽然简单直观但是效率不高。为此国内外先后提出了诊断绕组变形的新方法，分别为：频响分析法（FRA）、短路阻抗法（SCI）、低压脉冲法（LVI），这几种方法都是基于变压器绕组的电特性提出来的；为解决上述方法的某些缺陷，近年来研究学者提出了利用振动信号实现变压器绕组的故障检测，即振动分析法，以下为几种方法的简单描述：

1．短路阻抗法（SCI）

短路阻抗法是最早运用于检测变压器绕组变形的方法，主要通过测量绕组的短路阻抗并比较其变化情况以判断绕组是否存在缺陷，短路阻抗法的测量原理如图1所示。

当变压器负载阻抗等于零时，变压器输入端的等值阻抗即为短路阻抗。一般情况下，变压器绕组的漏电抗大于电阻，而漏电抗又主要包括纵向漏电抗和横向漏电抗两部分，其电抗值则由绕组几何结构以及相互位置决定。因此在工作频率不变的条件下，变压器短路阻抗由绕组的结构所决定，据此可将短路阻抗数值的变化程度作为判定变压器是否正常的依据。作为诊断绕组变形的传统方法，SCI有着相应定量判据，并列入了IEC60076-5和GBl094.5-2003两大标准中。

2．低压脉冲法（LVI）

LVI法最早于1966年由波兰的Tyminski和Lech提出，现已被IEC以及多个国家列为电力变压器短路容量试验导则和测试标准。当变压器受到大于1kHz频率的电压作用时，铁芯的磁导率和空气基本相同，此时绕组就可看作如图2所示的无源线性二端口网络。该网络在时域上的特性可用单位冲激响应h(t)来描述，频域上的特性则可用传递函数H(jω)表达，H(jω)即是h(t)傅里叶变换的结果。在实际测量中，LVI法在变压器一端施加平稳的低电压脉冲信号，在记录该端脉冲信号的同时也记录下另一端的响应信号，采集原理如图3所示。当绕组发生变形后，其网络分布参数也一定会随之变化，因而脉冲响应也会发生变化。LVI法即是对测得的时域或频域的激励信号和响应信号进行比较分析，从而判断变压器绕组的状态。

3．频响分析法（FRA）

FRA法是由加拿大的E.P.Dick和C.C.Erven于20世纪80年代提出的，因其克服了LVI法仪器笨重、可重复性差等缺陷，得到了较为广泛的应用。FRA法测量原理上与LVI法很相似，只是将低压脉冲信号替换成了正弦扫频信号，如图4所示，主要通过测量绕组传递函数H(jω)=U_o(jω)/U_i(jω)的特性曲线对绕组状态进行判断。

4．振动分析法

变压器在运行过程中，绕组由于负载电流的电动力作用产生振动，绕组的振动会通过器身、油最终传递至油箱表面。而当变压器绕组发生松动、变形等故障时，油箱表面的振动亦会随之发生变化。振动信号分析法主要通过吸附在油箱表面的加速度传感器获取振动信号，然后对信号进行分析研究来诊断变压器潜伏性故障。与传统的变压器诊断技术相比，振动分析法检测时与电力系统不产生电气连接，无需变压器停电检测，并且可同时对变压器绕组和铁芯的状况进行诊断，是一种安全无干扰、可靠性高的在线监测方法，对于提高诊断的实时性和准确性十分有利。

中国发明专利(申请号为20101010473.7，申请日为2010年1月29日，公开日为2010年7月21日)公开了一种“电力变压器绕组松动故障振动检测方法”，该方法以变压器绕组为监测对象，通过振动传感器采集变压器绕组的原始振动信号并作归一化处理，通过计算振动信号的傅里叶频谱、峰度值、6个时间尺度采样嫡的和、二阶采样嫡，对绕组松动故障进行检测。