一种变压器绕组变形量在线检测方法

摘要

本发明公开了一种变压器绕组变形量在线检测方法，在变压器不断电的前提下，分别在其一次侧安装注入电流探头，在二次侧安装检测电流探头，所述注入电流探头连接至矢量网络分析仪的信号端口1，检测电流探头连接至矢量网络分析仪的信号端口2，获取信号端口1的反射系数S11，以及信号端口2至信号端口1的传输系数S21，根据计算变压器的绕组阻抗Z，再计算变压器绕组的电阻、电感和电容分量。本发明在连接变压器绕组的电缆上输入、输出信号，安全方便，应用面广，可以为变压器绕组故障的快速诊断、快速响应、快速预警和远程监控，以及变压器的磁饱和特性、励磁涌流与和应涌流问题研究提供理论依据。

权利要求

1.一种变压器绕组变形量在线检测方法，其特征在于包括以下步骤：第一步： 在变压器（4）不断电的前提下，分别在其一次侧安装注入电流探头（2），在二次侧安装检测电流探头（3），所述注入电流探头（2）连接至矢量网络分析仪（1）的信号端口

1，检测电流探头（3）连接至矢量网络分析仪（1）的信号端口2；

第二步：设置矢量网络分析仪（1）的测量频率为10kHz至10MHz，获取信号端口1的反射系数S11，以及信号端口2至信号端口1的传输系数S21，根据式（1）计算变压器（4）的绕组阻抗Z，所述式（1）为：，

式中，k1和k2分别为注入电流探头和检测电流探头的转移系数；

第三步：利用第二步得到的变压器绕组阻抗Z，根据式（2）计算变压器绕组的电阻、电感和电容分量，所述式（2）为：，

式中，R、L、C分别为变压器绕组的电阻、电感和电容，j为虚数单位，ω为角频率，f为频率，ω=2πf；

由式（2）可得式（3）：

，

令f2=x1，f--2=x-1，由式（3）可得式（4）：，

式中，xT=[x-1，x1]，Z=[R，L，C]；

设变压器绕组阻抗的测量频点为N个，可得N组数据（x-1n，x1n，yn），先给定一组初始值，记为Z(0)，即，

将f(xT，Z)在Z(0)处按泰勒级数展开，并略去二次及二次以上的项，可得式（5）：，

式中，Z=[R，L，C]，利用最小二乘法可得式（6）：，

式中，阻尼因子d≥0；

令Q对R，L，C的一阶偏导数为零，可得到式（7）：，

令式中k=1，2，3；可得式（8）： ，

式中， ，i=1，2，3；j=1，2，3，可得式（9）：

即变压器绕组的电阻、电感和电容分量；

第四步：根据IEC 61850-9-1和IEC 61850-9-2标准，将第三步的测试结果转换为标准数据帧，通过无线或有线网络上传至监控中心。

说明书

一种变压器绕组变形量在线检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及变压器领域，具体涉及一种变压器绕组变形量在线检测方法。

背景技术

[0002] 引发变压器绕组变形故障的原因较多，主要包括以下六个方面：

[0003] 1）短路故障电流冲击是造成变压器绕组变形故障的主要外因。变压器在运行过程中，不可避免地要遭受各种大电流的冲击，特别是变压器出口或近区短路故障，巨大的短路冲击电流将使变压器绕组受到很大的电动力（是正常运行时的数十倍至数百倍），每个线圈都将受到强大的径向力和轴向力的共同作用，并使绕组急剧发热，在较高的温度下，导线的机械强度变小，电动力更容易使绕组破坏或变形。

[0004] 2）电流冲击是造成电力变压器绕组变形故障的外因之一。电气化铁路、电弧炉和强电流试验站等大型冲击性负荷会产生严重的电流冲击，变压器绕组在承受电流冲击后将产生机械变形，导致绕组匝间、层间、饼间等发生绝缘损坏，即使微小的形变，若不能及时发现，由于累积效应也会导致绕组间绝缘破损逐步加剧，再次遭受短路冲击、操作过电压甚至是工作电压作用时，必将造成绕组绝缘击穿，最终导致变压器非正常退出运行，造成重大安全生产事故。

[0005] 3）绕组绝缘支撑件脱落也是造成电力变压器绕组变形故障的成因之一。在运行过程中，绕组绝缘支撑件脱落时有发生，由于该问题未立即引发故障且例行试验也无法检出，随着投运时间增加导致绕组故障愈发严重，最终引发严重的安全事故。

[0006] 4）电力变压器在运输、安装或者吊罩过程中，意外受到的冲撞、颠簸和振动等也会导致绕组变形故障。

[0007] 5）保护系统存在死区或动作失灵会导致变压器承受稳定短路电流作用的时间长，也是造成变压器绕组变形故障的原因之一，粗略统计结果表明，在遭受外部短路时，因不能及时跳闸而发生损坏的变压器约占短路损坏事故的30%。

[0008] 6）变压器绕组承受短路能力不足是造成电力变压器绕组变形故障的主要内因，当变压器绕组出现短路时，会因其承受不了短路电流冲击力而发生变形。近几年全国110kV电力变压器事故的统计和分析表明：因绕组承受短路能力不足已成为电力变压器事故的首要内部原因，严重影响电力变压器的安全可靠运行。

[0009] 公布号为CN 103234450 A的中国发明专利申请公开了一种变压器绕组变形在线监测的方法及装置，从高压套管的末屏输入信号，再从末屏输出信号；但是电力安全生产要求高压套管的末屏强制接地以保证其零电位，只有这样才能保证高压套管不因末屏电位悬浮而导致高压危险，在该申请的技术方案在高压套管的末屏输入、输出信号，存在安全隐患；此外，目前只有110kV及以上的变压器才配备电压套管末屏，而大多数变压器是具有10kV、20kV、35kV、66kV等多个低于110kV的电压等级，也就没有电压套管末屏，因此该申请的技术方案应用面很窄。

发明内容

[0010] 本发明要解决的技术问题是提供一种变压器绕组变形量在线检测方法，可以解决现有变压器绕组变形在线监测在电压套管末屏输入、输出信号，导致存在安全隐患、应用面窄的问题。

[0011] 本发明通过以下技术方案实现：

[0012] 一种变压器绕组变形量在线检测方法，包括以下步骤：

[0013] 第一步： 在变压器（4）不断电的前提下，分别在其一次侧安装注入电流探头（2），在二次侧安装检测电流探头（3），所述注入电流探头（2）连接至矢量网络分析仪（1）的信号端口1，检测电流探头（3）连接至矢量网络分析仪（1）的信号端口2；

[0014] 第二步：设置矢量网络分析仪（1）的测量频率为10kHz至10MHz，获取信号端口1的反射系数S11，以及信号端口2至信号端口1的传输系数S21，根据式（1）计算变压器（4）的绕组阻抗Z，所述式（1）为：

[0015] ，

[0016] 式中，k1和k2分别为注入电流探头和检测电流探头的转移系数；

[0017] 第三步：利用第二步得到的变压器绕组阻抗Z，根据式（2）计算变压器绕组的电阻、电感和电容分量，所述式（2）为：

[0018] ，

[0019] 式中，R、L、C分别为变压器绕组的电阻、电感和电容，j为虚数单位，ω为角频率，f为频率，ω=2πf；

[0020] 由式（2）可得式（3）：

[0021]，

[0022] 令f2=x1，f--2=x-1，由式（3）可得式（4）：

[0023] ，

[0024] 式中，xT=[x-1，x1]，Z=[R，L，C]；

[0025] 设变压器绕组阻抗的测量频点为N个，可得N组数据（x-1n，x1n，yn），[0026] 先给定一组初始值，记为Z(0)，即

[0027] ，

[0028] 将f(xT，Z)在Z(0)处按泰勒级数展开，并略去二次及二次以上的项，可得式（5）：

[0029] ，

[0030] 式中，Z=[R，L，C]，利用最小二乘法可得式（6）：

[0031] ，

[0032] 式中，阻尼因子d≥0；

[0033] 令Q对R，L，C的一阶偏导数为零，可得到式（7）：

[0034]，
令式中k=1，2，3；可得式（8）：

[0035]  ，

[0036] 式中， ，i=1，2，3；j=1，2，3，可得式（9）：

[0037]

[0038] 即变压器绕组的电阻、电感和电容分量；

[0039] 第四步：根据IEC 61850-9-1和IEC 61850-9-2标准，将第三步的测试结果转换为标准数据帧，通过无线或有线网络上传至监控中心。

[0040] 本发明与现有技术相比的优点在于：

[0041] 一、在连接变压器绕组的电缆上输入、输出信号，安全方便，应用面广，可以为变压器绕组故障的快速诊断、快速响应、快速预警和远程监控，以及变压器的磁饱和特性、励磁涌流与和应涌流问题研究提供理论依据；

[0042] 二、实施成本较低，且可采用1拖N运行方式（通过系统接连，可以实现一台主机诊断同一站点多个变压器绕组变形故障），为电力变压器绕组变形故障诊断、预警、监控，缩短抢修时间、节约检修成本、维护电力系统安全运行提供理论依据与实践指导。

附图说明

[0043] 图1为本发明的硬件结构示意图。

具体实施方式

[0044] 一种变压器绕组变形量在线检测方法，包括以下步骤：

[0045] 第一步： 在变压器（4）不断电的前提下，分别在其一次侧安装注入电流探头（2），在二次侧安装检测电流探头（3），所述注入电流探头（2）连接至矢量网络分析仪（1）的信号端口1，检测电流探头（3）连接至矢量网络分析仪（1）的信号端口2；

[0046] 第二步：设置矢量网络分析仪（1）的测量频率为10kHz至10MHz，获取信号端口1的反射系数S11，以及信号端口2至信号端口1的传输系数S21，根据式（1）计算变压器（4）的绕组阻抗Z，所述式（1）为：

[0047] ，

[0048] 式中，k1和k2分别为注入电流探头和检测电流探头的转移系数；

[0049] 第三步：利用第二步得到的变压器绕组阻抗Z，根据式（2）计算变压器绕组的电阻、电感和电容分量，所述式（2）为：

[0050] ，

[0051] 式中，R、L、C分别为变压器绕组的电阻、电感和电容，j为虚数单位，ω为角频率，f为频率，ω=2πf；

[0052] 由式（2）可得式（3）：

[0053]，

[0054] 令f2=x1，f--2=x-1，由式（3）可得式（4）：

[0055] ，

[0056] 式中，xT=[x-1，x1]，Z=[R，L，C]；

[0057] 设变压器绕组阻抗的测量频点为N个，可得N组数据（x-1n，x1n，yn），[0058] 先给定一组初始值，记为Z(0)，即

[0059] ，

[0060] 将f(xT，Z)在Z(0)处按泰勒级数展开，并略去二次及二次以上的项，可得式（5）：

[0061] ，

[0062] 式中，Z=[R，L，C]，利用最小二乘法可得式（6）：

[0063] ，

[0064] 式中，阻尼因子d≥0；

[0065] 令Q对R，L，C的一阶偏导数为零，可得到式（7）：

[0066]，
令式中k=1，2，3；可得式（8）：

[0067]  ，

[0068] 式中， ，i=1，2，3；j=1，2，3，可得式（9）：

[0069]

[0070] 即变压器绕组的电阻、电感和电容分量；

[0071] 第四步：根据IEC 61850-9-1和IEC 61850-9-2标准，将第三步的测试结果转换为标准数据帧，通过无线或有线网络上传至监控中心。