一种电力变压器绕组形变状态多信息检测方法及装置制造方法及图纸

一种电力变压器绕组形变状态多信息检测方法及装置，属于电力设备故障诊断技术领域。方法：通过检测电力变压器频率特性，检测高低压侧电流、电压及相角，检测超声信号，检测振动信号，实现了绕组形变状态的在线检测、故障相别检测、故障位置检测及故障类型检测；有效解决了检测信号单一化，无法有效检测电力变压器绕组运行状况、故障位置及类型的问题。装置，包括电压互感器、电流互感器、超声波探头、振动传感器、信号调理电路、AD转换电路及中央处理器；电压互感器、电流互感器、超声波探头及振动传感器的输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端经AD转换电路与中央处理器的输入端相连，中央处理器的输出端与通信总线相连。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力设备故障诊断
，特别是涉及一种电力变压器绕组形变状态多信息检测方法及装置。
技术介绍
随着改革开放和我国经济的高速增长，用户对电力的需求急剧增长，迫切要求我国电网为用户提供安全可靠的电力。电力变压器是电力系统中重要的输变电设备之一，连接多个电压等级，在电网中处于枢纽地位。其运行的安全可靠性直接影响电网的运行安全，提高电力变压器的运行可靠性，对整个电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。目前，我国已有较多变压器运行年限超过20年，这些运行中的变压器面临着日益严重的设备故障和老化问题，发生事故的概率不断增加。变压器一旦发生事故可能会造成设备资产和停电等巨大损失，甚至会产生严重的社会影响，因此对变压器故障进行检测是当前国家电网急需解决的关键问题。变压器的内部故障从变压器结构上来分，包括绕组、铁心(即磁路)以及附件故障，从故障类型来分，包括机械故障、绝缘故障、过热故障等，从变压器以往的故障诊断案例来看，变压器的故障多数不是绝缘问题，而是机械性能问题导致电气故障，机械故障中以绕组与铁心占据较多，对变压器稳定运行影响最大。有关变压器的故障分析表明：绕组是发生故障较多的部件之一，据不完全统计1999-2003年期间，我国110kVA以上电压等级的变压器，因遭受短路故障电流冲击直接导致的损坏事故约为72台，占总事故台数的27.5％。我国2005年220kV及以上变压器非计划停运按故障部位的分类情况显示：220kV等级变压器中由于绕组引起的非计划停运时间占总非计划停运时间的79.49％，330kV等级占72.31％，500kV等级占98.92％。因此为了能保证变压器运行的安全可靠性，开展变压器绕组形变状态检测的研究具有十分重要的意义。目前，对变压器绕组形变的检测方法主要有频率响应法、低压脉冲法和短路电抗法。上述三种方法均具有各自的局限性：经过多年的研究和反复的工程探索，使用频率响应法测试电力变压器绕组变形已经被电力工业部门广泛接受。但由于单位冲击响应函数和传递函数与变压器绕组的变形程度之间的映射关系缺少理论支持，采用FRA法对变压器绕组的变形程度进行分析，尚无统一的定量分析标准。此外，频率响应法必须通过停机、吊顶等操作再对绕组进行实验，因此该方法难以避免存在效率方面缺陷；低压脉冲法虽然已经在电力工业部门，尤其是电力变压器绕组变形和运动监测领域得到广泛的应用，但是其缺陷也是十分明显的，如较低的信噪比，较差的可重复性，测试过程中各种电磁干扰的影响较大，且对绕组首端位置的故障响应不灵敏，较难判断绕组变形位置都大大限制了低压脉冲法在使用中的可靠性；短路电抗法的实质是通过测量变压器绕组的短路阻抗来判断绕组是否存在变形、移位及匝间开路或短路等缺陷。该方法需要停机后离线检测，同时灵敏度不高，难以保证测量精度，因此在现场使用有很大困难。综合现有的几种检测方法，可以看出：当前电力变压器绕组形变状态检测只是利用单一试验参数得出检测结果，存在检测信号单一化，无法有效检测电力变压器绕组故障位置及类型的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种电力变压器绕组形变状态多信息检测方法及装置。本专利技术通过检测电力变压器频率特性，检测高低压侧电流、电压及相角，检测超声信号，检测振动信号，实现了绕组形变状态的在线检测、故障相别检测、故障位置检测及故障类型检测；有效解决了检测信号单一化，无法有效检测电力变压器绕组运行状况、故障位置及类型的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电力变压器绕组形变状态多信息检测方法，包括如下步骤：步骤1：采用扫频检测方式获得变压器绕组的幅频响应特性，在变压器绕组一端施加正弦波激励源，连续改变正弦波激励源的频率，测量在不同频率下的响应端电压和激励端电压的信号幅值之比，获得指定激励端和响应端情况下的绕组幅频响应特性；通过将得到的变压器各绕组的幅频响应特性与历史数据进行纵向比较，得到幅频响应特性变化值，若幅频响应特性变化值超过设定门限值，则判断为故障状态，否则，判断为正常状态；步骤2：对变压器两端电流、电压及相角进行在线采集，根据不同负荷下的电流、电压及相角信号，在线计算出变压器三相绕组的短路电抗，计算出的短路电抗除以短路电抗出厂值，得到短路电抗变化率；当同类变压器绕组短路电抗变化率大于标准规定值时，则判断变压器绕组发生形变；步骤3：采集变压器绕组对应位置的超声信号，将若干个超声波探头沿着变压器油箱表面的绕组对应位置移动，通过超声波探头扫描绕组全部表面，并测试记录绕组各点位置对应的超声信号，获得绕组表面各点相对油箱箱体表面距离的数据；将得到的绕组表面各点相对油箱箱体表面距离的数据与变压器出厂数据进行比较，判断故障位置；步骤4：采集变压器振动信号，将若干个振动传感器布置在变压器绕组对应位置的油箱侧壁上，采集变压器油箱表面的振动信号；步骤5：提取变压器振动信号特征，对变压器振动信号进行特征值提取；步骤6：分别针对不同状态类型建立相关向量机分类器模型，将已知状态类型的变压器绕组的各信号特征值作为该模型的输入，所述各信号特征值为归一化后的小波包能量熵；在对应的相关向量机分类器模型中进行训练学习，计算出各相关向量机分类器模型的超参数和相关权重向量；各状态类型对应的各信号特征值在其输入的相关向量机分类器模型中计算得到的后验概率为该模型的输出，设定门限值，记录后验概率与门限值的大小关系及对应的状态类型，进而确定各相关向量机分类器模型；所述状态类型包括变压器绕组辐向压缩、辐向拉伸、轴向绝缘脱落及端部叠套；步骤7：利用步骤6中确定的相关向量机分类器模型和未知状态类型的变压器绕组的各信号特征值对变压器绕组进行故障诊断，将提取的未知状态类型的变压器绕组的各信号特征值分别输入各相关向量机分类器模型中，计算各信号特征值在相关向量机分类器模型中的后验概率，并判断该后验概率与门限值的大小关系，与记录的后验概率与门限值的大小关系进行比较；若两者等同，则确定当前信号特征值对应的状态类型，进而确定未知状态类型的变压器绕组的各信号特征值对应的全部状态类型，即得到变压器绕组故障类型检测结果。所述的电力变压器绕组形变状态多信息检测方法采用的装置，包括电压互感器、电流互感器、超声波探头、振动传感器、信号调理电路、AD转换电路及中央处理器；所述电压互感器、电流互感器、超声波探头及振动传感器的输出端分别与信号调理电路的输入端相连接，信号调理电路的输出端经AD转换电路与中央处理器的输入端相连接，中央处理器的输出端与通信总线相连接。本专利技术的有益效果：本专利技术基于多信号进行诊断，克服了单一信号检测的局限性，提高了检测结果的准确性。本专利技术可同时对频率特性、电流电压信号、超声信号及振动信号进行检测，丰富了检测信号数据库，补充了绕组的故障类型；既可以在线检测绕组状态，同时可以对绕组故障位置进行准确在线定位诊断，也实现了多种绕组形变故障类型的在线检测。附图说明图1为本专利技术的电力变压器绕组形变状态多信息检测方法的流程图；图2为本专利技术的检测装置结构及其功能示意图；图3为本专利技术的检测装置的一个实施例的硬件系统结构图；图4为本专利技术的一个实施例的电力变压器绕组形变的故障类型诊断流程图；图5为本专利技术的检测装置的一个实施例的双向限幅电路的电路原理图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变压器绕组形变状态多信息检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采用扫频检测方式获得变压器绕组的幅频响应特性，在变压器绕组一端施加正弦波激励源，连续改变正弦波激励源的频率，测量在不同频率下的响应端电压和激励端电压的信号幅值之比，获得指定激励端和响应端情况下的绕组幅频响应特性；通过将得到的变压器各绕组的幅频响应特性与历史数据进行纵向比较，得到幅频响应特性变化值，若幅频响应特性变化值超过设定门限值，则判断为故障状态，否则，判断为正常状态；步骤2：对变压器两端电流、电压及相角进行在线采集，根据不同负荷下的电流、电压及相角信号，在线计算出变压器三相绕组的短路电抗，计算出的短路电抗除以短路电抗出厂值，得到短路电抗变化率；当同类变压器绕组短路电抗变化率大于标准规定值时，则判断变压器绕组发生形变；步骤3：采集变压器绕组对应位置的超声信号，将若干个超声波探头沿着变压器油箱表面的绕组对应位置移动，通过超声波探头扫描绕组全部表面，并测试记录绕组各点位置对应的超声信号，获得绕组表面各点相对油箱箱体表面距离的数据；将得到的绕组表面各点相对油箱箱体表面距离的数据与变压器出厂数据进行比较，判断故障位置；步骤4：采集变压器振动信号，将若干个振动传感器布置在变压器绕组对应位置的油箱侧壁上，采集变压器油箱表面的振动信号；步骤5：提取变压器振动信号特征，对变压器振动信号进行特征值提取；步骤6：分别针对不同状态类型建立相关向量机分类器模型，将已知状态类型的变压器绕组的各信号特征值作为该模型的输入，所述各信号特征值为归一化后的小波包能量熵；在对应的相关向量机分类器模型中进行训练学习，计算出各相关向量机分类器模型的超参数和相关权重向量；各状态类型对应的各信号特征值在其输入的相关向量机分类器模型中计算得到的后验概率为该模型的输出，设定门限值，记录后验概率与门限值的大小关系及对应的状态类型，进而确定各相关向量机分类器模型；所述状态类型包括变压器绕组辐向压缩、辐向拉伸、轴向绝缘脱落及端部叠套；步骤7：利用步骤6中确定的相关向量机分类器模型和未知状态类型的变压器绕组的各信号特征值对变压器绕组进行故障诊断，将提取的未知状态类型的变压器绕组的各信号特征值分别输入各相关向量机分类器模型中，计算各信号特征值在相关向量机分类器模型中的后验概率，并判断该后验概率与门限值的大小关系，与记录的后验概率与门限值的大小关系进行比较；若两者等同，则确定当前信号特征值对应的状态类型，进而确定未知状态类型的变压器绕组的各信号特征值对应的全部状态类型，即得到变压器绕组故障类型检测结果。...

【技术特征摘要】
1.一种电力变压器绕组形变状态多信息检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采用扫频检测方式获得变压器绕组的幅频响应特性，在变压器绕组一端施加正弦波激励源，连续改变正弦波激励源的频率，测量在不同频率下的响应端电压和激励端电压的信号幅值之比，获得指定激励端和响应端情况下的绕组幅频响应特性；通过将得到的变压器各绕组的幅频响应特性与历史数据进行纵向比较，得到幅频响应特性变化值，若幅频响应特性变化值超过设定门限值，则判断为故障状态，否则，判断为正常状态；步骤2：对变压器两端电流、电压及相角进行在线采集，根据不同负荷下的电流、电压及相角信号，在线计算出变压器三相绕组的短路电抗，计算出的短路电抗除以短路电抗出厂值，得到短路电抗变化率；当同类变压器绕组短路电抗变化率大于标准规定值时，则判断变压器绕组发生形变；步骤3：采集变压器绕组对应位置的超声信号，将若干个超声波探头沿着变压器油箱表面的绕组对应位置移动，通过超声波探头扫描绕组全部表面，并测试记录绕组各点位置对应的超声信号，获得绕组表面各点相对油箱箱体表面距离的数据；将得到的绕组表面各点相对油箱箱体表面距离的数据与变压器出厂数据进行比较，判断故障位置；步骤4：采集变压器振动信号，将若干个振动传感器布置在变压器绕组对应位置的油箱侧壁上，采集变压器油箱表面的振动信号；步骤5：提取变压器振动信号特征，对变压器振动信号进行特征值提取；步骤6：分别针对不同状态类型建立相关向量机分类器模型，将已知状态类型的变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学斌，隋玉秋，黄旭，赵义松，于在明，徐建源，罗彤，李贤伟，张彬，曹辰，周榆晓，郭铁，应勇，牛李，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21