[发明专利]基于分时复用的多路超声波阵列变压器绕组变形检测方法

说明书

本发明涉及基于分时复用的多路超声波阵列变压器绕组变形检测方法，涉及变压器绕组检测领域。在变压器箱壁表面选取合适的换能器阵列放置区域，放置好换能器后，通过上位机来控制超声波发射换能器阵列发射多路超声波，直至纵向这一列所有可测点都被测量完毕，从而得到变压器绕组的第一列数据，将发射换能器阵列水平方向移动一次位置，用类似的方法获得另外多列数据，直至换能器将整个放置区域对应的所有绕组测点检测完毕。本发明依据超声波传播特点，在多路阵列超声技术中，采用分时复用技术，提高了超声检测效率，避免了多个超声探头之间的串扰，是变压器超声检测领域的创新点。

技术领域

本发明涉及变压器绕组检测领域，尤其涉及基于分时复用的多路超声波阵列变压器绕组变形检测方法。

背景技术

电力变压器是电力系统运行调度的重要电力设备，电力变压器的运行状态将直接影响电力系统的安全和稳定。绕组线圈是变压器事故中主要易损部件之一。根据统计数据，由变压器绕组在电动力作用下发生物理变形而引发的故障占变压器故障总数的50％以上。

变压器绕组变形(Winding Deformation)是指变压器绕组线圈因电动内力或机械外力作用而发生形状或者尺寸上的不可逆转改变的现象。变压器绕组变形既包含线圈在辐向或轴向的器身移位、尺寸变化，也包含线圈的鼓包变形、扭曲变形及匝间短路等。

绕组上出现的不同程度变形损坏都将对变压器的安全运行造成威胁。国家电网公司的统计数据显示，某市供电公司近年来发生的110kV及以上变压器故障共计92起，其中包括37起线圈短路损坏故障，占总数的40.22％；11起主绝缘故障，占总数的11.96％；9起线圈纵绝缘故障，占总数的9.78％；9起高压引线故障，占总数的9.78％。

电力变压器的绕组变形将给其运行带来很大的安全隐患。当变压器绕组出现局部的鼓包或曲翘后，程度严重的变形会立即引发安全事故。而更多情况下，绕组将以带“病”状态继续运行，带“病”状态运行的变压器发生更严重故障和损坏的概率显著增加，其运行时间由绕组变形的类型和严重程度决定。

根据第12届CIGRE委员会的相关统计，大部分的变压器绕组绝缘故障都是由绝缘的初始机械损伤引发的。当短路故障电流对变压器进行强烈冲击时，变压器绕组线圈将会发生一定程度的变形。如果变形情况不是非常严重，故障不会立即显现，但这将会对变压器之后的安全运行造成严重安全隐患，例如：

(1)绕组匝间绝缘的距离发生变化，绝缘性能受损，并发生局部放电现象。当变压器再次遭遇雷击过电压时，绕组饼间线圈很可能被击穿，从而引发严重的绝缘事故。即使变压器在额定电压下运行，绕组也可能会在长期局放的作用下，发生绝缘击穿。

(2)垫块、撑条等部件的物理性能下降，线圈的抗短路能力降低。当再次发生短路故障，并产生电动冲击力时，变形的程度将会被放大，甚至会引发严重的变压器损毁事故。

因此，在进行变压器绕组变形故障检测时，一方面，要对变压器绕组变形的产生原因进行深入研究，改进绕组变形检测的现有技术；另一方面，要按计划对在线变压器进行预防性实验检测，对发生故障的变压器及时处理。实践表明，常规预防性实验可以检测到变压器的重大缺陷，然而，对于许多事故初期的轻微缺陷，仅仅通过预防性实验无法发现。因此，迫切需要提出一种能够在变压器带电运行情况下，进行变压器绕组变形带电检测并能准确判断变压器绕组机械状态的检测方法。

早在20世纪60年代，美国、德国等发达国家就开始涉足变压器绕组变形检测研究，已经建立了比较成熟的事故检测单位，并每年定期举行国际会议对理论研究进展进行讨论和交流。20世纪70年代以来，日本、苏联等国家的检测技术研究以及设备开发广泛开展，并迅速普及。通过多年的发展，国外变压器绕组检测技术形成了以低压脉冲法、短路阻抗法以及频率响应法为主的综合检测体系。但应用以上方法进行变压器绕组变形检测时，为了保证检测方法的可重复性，注入变压器绕组的低电压小电流信号必须与变压器正常运行时绕组中通过高电压大电流信号相分离，这就要求待测变压器处于离线状态。