一种基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法，步骤包括：1)往变压器绕组的端口输入单个低压脉冲，记录所述端口的反射电压波形；2)针对所述反射电压波形，提取并记录各匝绕组线圈对应的反射电压最大幅值Un；3)针对变压器绕组的各匝绕组线圈，将反射电压最大幅值Un和其正常时的标定反射电压最大幅值Un′进行比较分析来实现变压器匝间短路故障定位。本发明专利技术具有能够简化电力检修过程、提升检修效率，匝间短路故障定位准确可靠、实施简单方便的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变压器匝间短路故障定位技术，具体涉及一种基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法。
技术介绍
随着电力系统的改造升级，电压等级逐步提升。电力变压器的正常运行对于整个电力系统的的运行安全以及稳定性都有着重要的意义。尽管变压器的设计结构十分稳固，但是在长期的使用过程中，各种机械故障以及电气故障还是难以避免。其中对于变压器内部故障而言，绕组匝间短路发生概率越来越大，成为主要的故障形式之一。一般来说，若只是发生比较轻微的匝间故障，变压器仍能继续保持运转，但是不可对其有所轻视，因为它预示着变压器绕组有可能发生进一步的绝缘恶化，甚至引起绕组的严重烧损。所以对于轻微故障及时发现，将故障位置正确预测，并采取措施防微杜渐对于变压器的保护乃至电力检修工作的推进都有着重要意义。对于变压器绕组的故障诊断，目前采用的主流方式有两种，其一是变压器油中的溶解气体分析(DGA)，其二则是采用局部放电监测技术。(1)基于DGA的变压器故障诊断乃是比较经典的一种方法。其原理乃是考虑到当变压器发生严重的热性故障或者是电气故障时绝缘材料由于受热分解会有多种气体生成并溶解于变压器油中，其中H2、CH4、C2H6、C2H2以及C2H4乃是五种常用的故障特征气体。通过将其含量与正常的变压器油进行对比可以发现变压器所产生的故障类型。并且目前学术界以及工程界对于该法的研究和使用都相对成熟，多种与之相关的智能诊断方式被相继提出。该法实际上是一种综合性的诊断方式，它可以发现包括局部放电、低温过热和高温过热等多种故障形式，但是值得注意的是，它存在两大缺陷，一是故障类型与特征气体之间的关系并不明确，可能多种故障类型导致了类似的气体变化情况，特别是对于轻微匝间故障很难做出准确的诊断，其次即便能够诊断出故障类型，也并不能确定故障的确切位置。(2)基于局部放电检测的变压器故障诊断，乃是通过提取局部放电信号，来进行变压器运行状态的评判。局部放电信号有多种形式，常见的有悬浮放电、内部放电以及匝间绝缘局部击穿等，不同的放电形式对应着不同的故障信号类型。采用这种诊断方式相对于DGA有着更强的针对性，但是由于变压器运行环境比较复杂，存在多种绝缘缺陷类型以及放电种类，这些故障所导致的绝缘破坏现象各不相同，并且现场环境对于局部放电信号的干扰也带来了极大的诊断困难。综上所述，不管是基于DGA还是基于局部放电信号，在对于变压器的匝间短路故障诊断方面，特备是轻微故障方面，都存在明显的局限性。针对这一问题，本专利通过在变压器绕组线端输入低压脉冲信号，并将其反射信号采集下来，提取出其所对应的波峰电压幅值，以此作为故障的特征电气量，结合低压脉冲信号在绕组上的传播特性。通过对比脉冲信号在正常绕组以及故障绕组上传播所得到的反射波形区别，特别是其匝电位幅值所产生的突变现象，实现对于变压器匝间短路故障的诊断，并确定其故障部位，以便简化电力检修过程，提升检修效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够简化电力检修过程、提升检修效率，匝间短路故障定位准确可靠、实施简单方便的基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法，步骤包括：1)往变压器绕组的端口输入单个低压脉冲，记录所述端口的反射电压波形；2)针对所述反射电压波形，提取并记录各匝绕组线圈对应的反射电压最大幅值Un，其中n∈[1,m]，m为变压器绕组的绕组线圈匝数；3)针对变压器绕组的各匝绕组线圈，将反射电压最大幅值Un和其正常时的标定反射电压最大幅值Un′进行比较分析来实现变压器匝间短路故障定位。优选地，所述步骤3)的详细步骤包括：3.1)将各匝绕组线圈对应的反射电压最大幅值Un除以各匝绕组线圈正常时的标定反射电压最大幅值Un′得到特征函数值f(n)；3.2)从变压器绕组最内侧的绕组线圈开始遍历变压器绕组的绕组线圈，判断遍历的匝绕组线圈的特征函数值f(n)大于指定常数T是否成立，如果m匝变压器绕组的绕组线圈中首次出现特征函数值f(n)大于指定常数T的绕组线圈，则判定该匝绕组线圈为短路故障匝。优选地，所述步骤3.2)中指定常数T的值为1.15。本专利技术基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法具有下述优点：本专利技术基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法通过在变压器绕组线端输入低压脉冲信号，并将其反射信号采集下来，提取出其所对应的波峰电压幅值，以此作为故障的特征电气量，结合低压脉冲信号在绕组上的传播特性，通过对比脉冲信号在正常绕组以及故障绕组上传播所得到的反射波形区别，特别是其匝电位幅值所产生的突变现象，实现对于变压器匝间短路故障的诊断，并确定其故障部位，能够简化电力检修过程、提升检修效率，具有定位准确可靠、实施简单方便的优点。附图说明图1为低压脉冲信号的传播特性说明图。图2为低压脉冲信号在绕组中传播过程示意图。图3为本专利技术实施例方法的基本流程示意图。图4为本专利技术实施例中40匝变压器绕组仿真模型。图5为本专利技术实施例中无匝间短路的10匝反射曲线。图6为本专利技术实施例中第2匝发生短路故障时所对应的反射波形图。图7为本专利技术实施例中第3匝发生短路故障时所对应的反射波形图。图8为本专利技术实施例中第4匝发生短路故障时所对应的反射波形图。图9为本专利技术实施例中第10匝发生短路故障时所对应的反射波形图。具体实施方式变压器绕组形式主要有层式、饼式和交错式。在大中型变压器中应用最广的绕组形式是饼式绕组，其特点是沿轴向高度绕组由一个个水平的、与油道垂直的线饼所组成。下文以饼式变压器绕组为例，对本专利技术基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法进行进一步的详细说明。由于变压器线圈线匝长度远大于邻近线匝之间的距离，电磁边界在线匝换位处不连续，相邻线匝换位处波阻抗有比较明显的变化，所以可以把变压器绕组的每一匝近似看成一根均匀传输线，根据前面所提到的信号传输特点，可对该波形特点进行深入分析，找出其故障特征。本实施例基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法的基本原理如下：首先分析变压器绕组的传播特性，进行多导体传输线(MTL)模型的构建，然后在其线段输入低压脉冲，并将其反射波形接收下来，通过对比分析其反射信号中峰值电压幅值与正常变压器所得信号的区别，来实现对于匝间短路故障的诊断以及定位。低压脉冲信号在导线上的传播特性，及其遇到阻抗时所发生的折射反射现象分析如下：根据低压脉冲信号的传播特性：当传输路径中存在阻抗不连续点时，信号会在节点处出现折射以及反射现象。如图1所示，电压波U1q到达节点A时，由于波阻抗不连续两侧波阻抗分别为Z1和Z2，而得到反射波U1f和折射波U2q。Ku为电压反射系数，由行波折反射性质可得式(1)和式(2)：式(1)和式(2)中，U1q为节点A输入的低压脉冲信号，U1f为节点A的反射波，Z1和Z2分别节点A由于波阻抗不连续导致的两侧波阻抗，Ku为电压反射系数。变压器绕组中低压脉冲信号的传播过程中，由于变压器线圈线匝长度远大于邻近线匝之间的距离，电磁边界在线匝换位处不连续，相邻线匝换位处波阻抗有比较明显的变化，所以可以把变压器绕组的每一匝近似看成一根均匀传输线，根据前面所提到的信号传输特点，可对该波形特点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法，其特征在于步骤包括：1)往变压器绕组的端口输入单个低压脉冲，记录所述端口的反射电压波形；2)针对所述反射电压波形，提取并记录各匝绕组线圈对应的反射电压最大幅值Un，其中n∈[1,m]，m为变压器绕组的绕组线圈匝数；3)针对变压器绕组的各匝绕组线圈，将反射电压最大幅值Un和其正常时的标定反射电压最大幅值Un′进行比较分析来实现变压器匝间短路故障定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法，其特征在于步骤包括：1)往变压器绕组的端口输入单个低压脉冲，记录所述端口的反射电压波形；2)针对所述反射电压波形，提取并记录各匝绕组线圈对应的反射电压最大幅值Un，其中n∈[1,m]，m为变压器绕组的绕组线圈匝数；3)针对变压器绕组的各匝绕组线圈，将反射电压最大幅值Un和其正常时的标定反射电压最大幅值Un′进行比较分析来实现变压器匝间短路故障定位。2.根据权利要求1所述的基于低压脉冲信号的变压器匝间短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤3)的详...

【专利技术属性】
技术研发人员：万勋，黄福勇，叶会生，彭敏放，罗伟，孙利朋，彭平，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南大学，
类型：发明
国别省市：北京;11