一种卷铁心变压器绕组故障模拟平台的测评方法技术

本发明专利技术公开了一种卷铁心变压器绕组故障模拟平台的测评方法，该卷铁心变压器绕组故障模拟平台包括高、低压绕组、铁心及绝缘介质，通过改变绝缘介质的介电常数来模拟卷铁心变压器绕组的径向变形故障。卷铁心变压器绕组故障模拟平台的测评方法包括测量存储、数据处理、参数确定与测评分析，对绕组的频率响应测试结果求得传递函数状态空间模型，通过对传递函数状态空间模型的参数做进一步分析以评判变压器绕组的故障情况。本发明专利技术能有效地避免绕组不可逆的伤害，并且可以调整绕组径向变形的程度，实现多级模拟。测评方法不仅能够检测出卷铁心变压器绕组是否发生变形，并且能够将故障程度分级，实现多维度、全方位的测评。

【技术实现步骤摘要】
一种卷铁心变压器绕组故障模拟平台与测评方法
本专利技术属于卷铁心变压器绕组故障领域，具体涉及一种卷铁心变压器绕组故障模拟平台与测评方法。
技术介绍
卷铁心变压器在空载损耗、体积、噪声等方面有着叠铁心变压器不具备的优势，而由于牵引负荷间歇性导致的变压器长时间空载运行情况，使得卷铁心变压器在牵引供电系统中拥有广阔的应用前景。变压器是牵引变电所的核心设备，其安全稳定运行是保障牵引供电系统可靠运行的重中之重。而短路产生的电磁力以及运输过程中的意外碰撞等皆会造成卷铁心变压器绕组发生变形，严重的绕组变形会对牵引供电系统造成损坏。而由于卷铁心变压器铁心结构设计等原因，一旦发生故障很难进行绕组更换，因此及时了解卷铁心变压器绕组的变形情况对于绕组变形维修以及预防具有重要的意义。搭建一个变压器绕组变形平台并对绕组进行频率响应测试是研究检测绕组变形故障方法的常用手段。然而现有的实现绕组变形故障的手段往往会破坏绕组的形状与结构，造成不可恢复的破坏；同时，使用相关系数法提出频率响应测试结果的特征参数来判断绕组的变形情况，但该方法存为表征结果维度较为单一的问题，使得评估结果不够准确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，利用通常的卷铁心变压器为单框开口式的卷铁心，其上铁轭能够取下，方便高、低压绕组及铁心之间绝缘介质的抽取的特点，提供一种能够无损坏、多维度地反应卷铁心变压器绕组变形情况的故障模拟平台。本专利技术还提出了一种卷铁心变压器绕组故障测评方法。实现本专利技术目的的技术方案如下：一种卷铁心变压器绕组故障模拟平台，包括高压绕组、低压绕组、铁心、第一绝缘介质及第二绝缘介质；铁心、低压绕组、高压绕组依次为从内到外的同心圆；第一绝缘介质位于铁心与低压绕组之间；第二绝缘介质位于低压绕组与高压绕组之间；所述第一绝缘介质及第二绝缘介质可分别替换为不同介电常数的绝缘介质，从而改变绕组的对地电容、绕组间的电容，实现模拟变压器绕组径向变形故障的功能。一种卷铁心变压器绕组故障测评方法，包括：第一步、测量存储：使用卷铁心变压器绕组故障模拟平台，通过替换介电常数较大的第一绝缘介质、第二绝缘介质来实现加重绕组径向变形故障程度；通过替换介电常数较小的第一绝缘介质、第二绝缘介质来实现减弱或消除绕组径向变形故障程度；所述绕组径向变形故障程度包括4个等级，即绕组无变形、绕组轻度变形、绕组中度变形以及绕组重度变形，依次命名为：故障0、故障1、故障2、故障3；在故障0状态下，测试、绘制并储存5次100kHz-600kHz频段内的卷铁心变压器各个绕组的频响曲线，取平均值，作为参考频响曲线Y0(f)；再从故障1、故障2和故障3状态下各测试、绘制并储存3次100kHz-600kHz频段内的卷铁心变压器各个绕组的频响曲线，取平均值，作为各故障状态下的测试频响曲线Yi(f)，并进行存储；i＝1,2,3，分别对应故障1、故障2和故障3状态；第二步、数据处理：2.1利用快速松弛矢量匹配算法对Y0(f)和Yi(f)进行拟合，获得参考频响曲线的状态空间模型f0(s)和第i种故障状态下测试频响曲线的状态空间模型fi(s)，式中s为拉普拉斯算子；I为单位矩阵，A0为参考频响曲线的系统矩阵，B0为参考频响曲线的控制矩阵，C0为参考频响曲线的输出矩阵，Ai为第i种故障状态下测试频响曲线的系统矩阵，Bi为第i种故障状态下测试频响曲线的控制矩阵，Ci为第i种故障状态下测试频响曲线的输出矩阵；a0,n为参考频响曲线的第n个分母系数，ai,n为第i种故障状态下测试频响曲线的第n个分母系数，b0,n为参考频响曲线的第n个分子系数，bi,n为第i种故障状态下测试频响曲线的第n个分子系数，n为分子系数的个数；d0、e0、di、ei均为实数；2.2计算参考频响曲线的传递函数的标准差CV0和第i种故障状态下传递函数的标准差CVi，式中，σ0,a为参考频响曲线分母系数序列的标准差，σ0,b为参考频响曲线分子系数序列的标准差；μ0,a为参考频响曲线分母系数序列的均值，μ0,b为参考频响曲线分子系数序列的均值；σi,a为第i种故障状态下测试频响曲线分母系数序列的标准差，σi,b为第i种故障状态下测试频响曲线分子系数序列的标准差；μi,a为第i种故障状态下测试频响曲线分母系数序列的均值，μi,b为第i种故障状态下测试频响曲线分子系数序列的均值；2.3计算各故障状态下传递函数的距离参数CDi，第三步、参数确定：3.1确定绕组故障界限参数L：令3.2确定绕组故障严重程度参数P1、P2：令第四步、测评分析：4.1对实际的卷铁心变压器进行绕组变形故障测评分析，先测量得到100kHz-600kHz频段内卷铁心变压器各个绕组的频响曲线，再按照步骤2.1的方法求得频响曲线的状态空间传递函数f(s)，再按照步骤2.2的方法求得传递函数f(s)的标准差CV；若CV≤L则卷铁心变压器绕组正常，否则判定卷铁心变压器绕组存在变形故障，进入下一步；4.2按照步骤2.3的方法求得传递函数的距离参数CD；若CD≤P1，则判定绕组出现轻度变形故障；若P1<CD≤P2，则判定绕组出现中度变形；当CD>P2，则判定绕组出现重度变形故障。本专利技术的优点和积极效果为：1、能有效地避免绕组不可逆的伤害，并且可以调整绕组径向变形的程度，实现多级模拟；2、本专利技术的方法不仅能够检测出卷铁心变压器绕组是否发生变形，并且能够将故障程度分级，实现多维度、全方位的测评。附图说明图1为卷铁心变压器绕组变形故障模拟示意图；图2为卷铁心变压器绕组故障测评方法的流程图。其中，1-高压绕组，2-低压绕组，3-铁心，4-铁心与低压绕组之间的绝缘介质，5-高、低压绕组之间的绝缘介质。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的细节作进一步的详述：图1为卷铁心变压器绕组变形故障模拟示意图，包括高压绕组1、低压绕组2、铁心3、绝缘介质4及绝缘介质5；所述的铁心3、低压绕组2、高压绕组1依次为从内到外的同心圆；所述的绝缘介质4位于所述的铁心3与所述的低压绕组2之间；所述的绝缘介质5位于所述的低压绕组2与所述的高压绕组1之间。在具体的试验中，通过替换不同介电常数的绝缘介质4、绝缘介质5，改变铁心3与低压绕组2之间、低压绕组2与高压绕组1之间的介电常数，从而改变绕组的对地电容、绕组间的电容，实现模拟变压器绕组径向变形故障的功能；当需要加重绕组径向变形故障程度时，通过在替换介电常数较大的绝缘介质4、绝缘介质5来实现；当需要减弱甚至消除绕组径向变形故障程度时，通过在高低压绕组之间替换介电常数较小的绝缘介质4、绝缘介质5来实现；故障模块可以实现4个等级故障程度，即绕组无变形、绕组轻度变形、绕组中度变形以及绕组重度变形，依次为：故障0、故障1、故障2、故障3。图2为卷铁心变压器绕组故障测评方法的流程图，包括测量储存、数据处理和参数确定与测评分析三个步骤：第一步、测量存储在故障0状态下，测试、绘制并储存5次100kHz-600kHz频段内的卷铁心变压器各个绕组的频响曲线，取平均值，作为参考频响曲线Y0(f)；再在每种故障状态下，各测试、绘制并储存3次100kHz-600kHz频段内的卷铁心变压器各个绕组的频响曲线，取平均值，作为测试频响曲线Yi(f)，并进行存储；第二步、数据处理利用快速松弛矢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卷铁心变压器绕组故障模拟平台，其特征在于：包括高压绕组(1)、低压绕组(2)、铁心(3)、第一绝缘介质(4)及第二绝缘介质(5)；铁心(3)、低压绕组(2)、高压绕组(1)依次为从内到外的同心圆；第一绝缘介质(4)位于铁心(3)与低压绕组(2)之间；第二绝缘介质(5)位于低压绕组(2)与高压绕组(1)之间；所述第一绝缘介质(4)及第二绝缘介质(5)可分别替换为不同介电常数的绝缘介质，从而改变绕组的对地电容、绕组间的电容，实现模拟变压器绕组径向变形故障的功能。

【技术特征摘要】
1.一种卷铁心变压器绕组故障模拟平台，其特征在于：包括高压绕组(1)、低压绕组(2)、铁心(3)、第一绝缘介质(4)及第二绝缘介质(5)；铁心(3)、低压绕组(2)、高压绕组(1)依次为从内到外的同心圆；第一绝缘介质(4)位于铁心(3)与低压绕组(2)之间；第二绝缘介质(5)位于低压绕组(2)与高压绕组(1)之间；所述第一绝缘介质(4)及第二绝缘介质(5)可分别替换为不同介电常数的绝缘介质，从而改变绕组的对地电容、绕组间的电容，实现模拟变压器绕组径向变形故障的功能。2.一种卷铁心变压器绕组故障测评方法，其特征在于，包括：第一步、测量存储：使用卷铁心变压器绕组故障模拟平台，通过替换介电常数较大的第一绝缘介质(4)、第二绝缘介质(5)来实现加重绕组径向变形故障程度；通过替换介电常数较小的第一绝缘介质(4)、第二绝缘介质(5)来实现减弱或消除绕组径向变形故障程度；所述绕组径向变形故障程度包括4个等级，即绕组无变形、绕组轻度变形、绕组中度变形以及绕组重度变形，依次命名为：故障0、故障1、故障2、故障3；在故障0状态下，测试、绘制并储存5次100kHz-600kHz频段内的卷铁心变压器各个绕组的频响曲线，取平均值，作为参考频响曲线Y0(f)；再从故障1、故障2和故障3状态下各测试、绘制并储存3次100kHz-600kHz频段内的卷铁心变压器各个绕组的频响曲线，取平均值，作为各故障状态下的测试频响曲线Yi(f)，并进行存储；i＝1,2,3，分别对应故障1、故障2和故障3状态；第二步、数据处理：2.1利用快速松弛矢量匹配算法对Y0(f)和Yi(f)进行拟合，获得参考频响曲线的状态空间模型f0(s)和第i种故障状态下测试频响曲线的状态空间模型fi(s)，式中s为拉普拉斯算子；I为单位矩阵，A0为参考频响曲线的系统矩阵，B0为参考频响曲线的控制矩阵，C0为参考频响曲线的输出矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭蕾，蔡君懿，严静荷，周利军，胡军杰，高仕斌，张陈擎宇，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51