专利名称：电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于智能变电站领域，涉及一种故障诊断技术，特别涉及一种输变电设备状态在线监测技术的电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法及诊断系统。
背景技术：
运行中的变压器绕组线圈可以看作一个受到外界激励的质量-刚度-阻尼机械振动结构，由于受到强大的电磁力(特别是超载或短路大电流引起的巨大电磁力)冲击，做着复杂的机械振动，整个绕组带动铁心、绝缘垫块和夹件等结构发生振动，通过器身和油介质传递到变压器箱体表面，同时以声波的形式向外扩散。、绕组的振动是由于在漏感的影响下，线圈中的电流相互作用产生电动力引起的，电动力正比于电流的平方，并且在线圈的轴向和径向方向上形成分量，轴向力在竖直方向压缩绕组。对于一个普通的高低压绕组，由于电流在同一绕组中方向相同，导致径向力会压缩低压绕组(内部绕组)而向外拉伸高压绕组(外部绕组)，高低压绕组受力的相对幅值则是由绕组的高度和半径决定的。由于绕组的振动取决于负载电流的平方，即Vwinding ο- i2其中，i表示负载电流，Vwinding表示绕组的振动加速度，考虑到电流的频率等于电网频率50Hz，因此绕组振动的主要分量为负载电流频率的2倍，即100Hz。绕组的振动主要是通过绝缘油传至油箱的，铁心的磁致伸缩振动是通过两条路径传递给油箱的，一条是固体传递途径铁心的振动通过其垫脚传至油箱；另一条是液体传递途径铁心的振动通过绝缘油传至油箱。这两条途径传递的振动能量，使箱壁(包括磁屏蔽等)产生振动，风扇、油泵等冷却装置的振动通过固体传递的途径也会传至变压器油箱。这样，变压器绕组、铁心的振动以及冷却装置的振动通过各种途径传递到变压器器身表面，引起了变压器器身的振动。由于风扇、油泵振动引起的冷却系统振动的频谱集中在IOOHz以下，这与本体的振动特性明显不同，可以比较容易地从变压器振动信号中分辨出来。变压器绕组及铁心的振动与绕组、铁心的压紧状况，绕组的位移和变形密切相关，因此通过测量变压器油箱表面的振动信号可反映出变压器绕组及铁心的状况。基于以上分析，本发明人试图找到一种诊断变压器绕组匝间短路故障的方法，本
案由此产生。

发明内容
本发明的目的，在于提供一种电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法及系统，其易于实现，可准确地诊断短路故障。为了达成上述目的，本发明的解决方案是一种电力变压器绕组匝间短路故障诊断系统，包括变压器、3个相同的振动传感器、转换接口、数据采集仪和分析模块，其中，3个振动传感器的输入端分别借助磁铁牢固地吸附在变压器油箱顶面与三相绕组对应的三个位置，而所述振动传感器的输出端经由转换接口连接数据采集仪的输入端，数据采集仪根据预设的采样频率和采样时间采集振动传感器的振动信息，并通过网线接口送入分析模块。一种电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法，包括如下步骤(I)在变压器稳定运行时，根据一定的采样频率和采样时间对变压器的振动信息进行采样，同一情况下进行不少于3次采样；(2)在采样数据中，根据采样时间、采样频率、采样点数，整周期截取变压器振动信号;(3)对截取的振动信号进行小波降噪，再进行傅立叶频谱分析；
(4)求出故障信号的IOOHz、200Hz、300Hz分量幅值；(5)计算故障信号的(200+300) /IOOHz幅值之比，以此作为CR1，并将IOOHz的值作为CR2 ；(6)将步骤(5)计算得到的CRl和CR2分别与故障阈值对比，进行故障诊断。上述步骤(I)中，在变压器空载时采集其振动信息。上述步骤(I)中，采集变压器油箱顶面与三相绕组相对应的三个位置的振动信息。
上述步骤(6 )中，所述故障阈值是在变压器正常状态下根据步骤(1)-(5)计算得到的CR1和CR2。上述步骤(6)中，当仅CR1相比故障阈值明显增加时，判断采集位置附近的绕组发生匝间短路故障；当CRpCR2分别相比故障阈值均明显增加时，判断采集位置附近的绕组发生绕组匝间短路故障。采用上述方案后，本发明利用安装在变压器顶面的3个振动传感器测量振动信号，对信号进行傅立叶分析，得到绕组匝间短路的故障特征量，分别为IOOHz分量、200Hz分量和300Hz分量，并利用如下判据进行诊断(1)如果振动信号中(200Hz+300Hz)/100Hz(也即特征I)的值明显增加；(2)且IOOHz分量(也即特征2)值也上升，则说明发生绕组匝间短路故障。本发明所选取的特征量能准确反映绕组匝间短路的故障特征，经过实验验证，是一种有效的诊断电力变压器绕组匝间短路故障的方法。


图I是本发明中诊断系统的结构框图；图2是本发明诊断系统中振动传感器的安装位置示意图；图3是本发明诊断方法中小波降噪的原理图；图4是本发明中诊断方法的流程图；图5 Ca)是本发明第一实施例采集到的振动原始信号示意图；图5 (b)是本发明第一实施例降噪后的振动信号示意图；图6 Ca)是本发明第一实施例故障点处在故障前的频谱示意图；图6 (b)是本发明第一实施例故障点处在故障后的频谱示意图；图7 Ca)是本发明第二实施例故障点处在故障前的频谱示意图；图7 (b)是本发明第二实施例故障点处在故障后的频谱示意图。
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。首先如图I所示，本发明提供一种电力变压器绕组匝间短路故障诊断系统，包括变压器、3个相同的振动传感器、转换接口、数据采集仪和分析模块，其中，3个振动传感器的输入端借助磁铁分别牢固地吸附在变压器油箱顶面与三相绕组对应的三个位置，并随变压器同步振动，可配合图2所示，其中，A、B、C分别表示变压器的高压侧三相，a、b、c分别表示变压器的低压侧三相，而1、2、3分别表示3个振动传感器的安装位置，O表示变压器低压侧的零线，而所述振动传感器的输出端则通过转换接口连接数据采集仪的输入端，数据采集仪的输出端通过网线接口连接分析模块。再请配合图4所示，是本发明所提供的一种电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法的流程图，包括如下步骤
(I)确定数据采集仪的采样频率和采样时间，采样频率不小于1kHz，而采样时间不小于O. 5秒，以保证分析数据时的频谱完整，如在后文两个实施例中，采样频率取5kHz，采样时间为2秒；(2)在变压器稳定运行时，数据采集仪对振动传感器的振动信息进行采样，然后送入分析模块，同一情况下进行不少于3次采样；(3)根据采样时间、采样频率、采样点数，分析模块在采样数据中整周期截取变压器振动信号；(4)如图3所示，对截取的信号进行小波降噪；(5)对降噪后的信号段进行傅立叶频谱分析；(6)求出故障信号的IOOHz、200Hz、300Hz分量幅值；(7)计算故障信号的(200+300) /IOOHz幅值之比，以此作为特征I (定义为CR1),并将IOOHz的值作为特征2 (定义为CR2)；(8)根据步骤(7)提供的信息，与故障阈值对比，进行故障诊断。在变压器正常状态下根据上述步骤对变压器进行监测计算，将此时得到的CR1XR2作为诊断阈值。实施例(一)对一台实际的电力变压器进行绕组匝间短路故障设置，验证本发明的正确性，并按照上述步骤进行实验。该变压器由江苏宏源公司生产，其参数如表I。表I
电压比联结组
S9-M-100/1010/0.4kVYynO
高压侧In低压侧In短路阻抗
5.77A144. 3A3.98%(一)系统连接配合图1，变压器的型号为S9-M-100/10，振动传感器采用CA-YD-103振动加速度传感器，转换接口采用BNC电气转换接口，数据采集仪采用型号NicOlet7700，分析模块直接采用计算机。将振动传感器的输入端通过磁铁牢固地吸附在变压器油箱顶面的3个位置，其输出端通过BNC转换接口连接数据采集仪的输入端，数据采集仪的输出端通过网线接口连接计算机，并通过计算机调节数据采集仪的采样频率和采样时间。(二)振动加速度传感器的安装实验采用CA-YD-103传感器，其技术参数如下表所示。表权利要求
1.一种电力变压器绕组匝间短路故障诊断系统，其特征在于包括变压器、3个相同的振动传感器、转换接口、数据采集仪和分析模块，其中，3个振动传感器的输入端分别借助磁铁牢固地吸附在变压器油箱顶面与三相绕组对应的三个位置，而所述振动传感器的输出端经由转换接口连接数据采集仪的输入端，数据采集仪根据预设的采样频率和采样时间采集振动传感器的振动信息，并通过网线接口连接分析模块。
2.一种基于如权利要求I所述的电力变压器绕组匝间短路故障诊断系统的诊断方法，其特征在于包括如下步骤 (1)在变压器稳定运行时，根据一定的采样频率和采样时间对变压器的振动信息进行采样，同一情况下进行不少于3次采样； (2)在采样数据中，根据采样时间、采样频率、采样点数，整周期截取变压器振动信号； (3)对截取的振动信号进行小波降噪，再进行傅立叶频谱分析； (4)求出故障信号的IOOHz、200Hz、300Hz分量幅值； (5)计算故障信号的(200+300)/IOOHz幅值之比，以此作为CR1，并将IOOHz的值作为CR2; (6)将步骤(5)计算得到的CR1和CR2分别与故障阈值对比，进行故障诊断。
3.如权利要求2所述的电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于所述步骤(I)中，在变压器空载时采集其振动信息。
4.如权利要求2所述的电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于所述步骤(I)中，采集变压器油箱顶面与三相绕组相对应的三个位置的振动信息。
5.如权利要求2所述的电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于所述步骤(6)中，所述故障阈值是在变压器正常状态下根据步骤(I) - (5)计算得到的CR1和CR2。
6.如权利要求2所述的电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于所述步骤(6)中，当仅CR1相比故障阈值明显增加时，判断采集位置附近的绕组发生匝间短路故障；当CRp CR2分别相比故障阈值均明显增加时，判断采集位置附近的绕组发生绕组匝间短路 故障。
全文摘要
本发明公开一种电力变压器绕组匝间短路故障诊断方法，包括如下步骤(1)在变压器稳定运行时，根据一定的采样频率和采样时间对变压器的振动信息进行采样，同一情况下进行不少于3次采样；(2)在采样数据中，根据采样时间、采样频率、采样点数，整周期截取变压器振动信号；(3)对截取的振动信号进行小波降噪，再进行傅立叶频谱分析；(4)求出故障信号的100Hz、200Hz、300Hz分量幅值；(5)计算振动信号的(200+300)/100Hz幅值之比，以此作为CR1，并将100Hz的值作为CR2，并分别与故障阈值对比，进行故障诊断。此种诊断方法易于实现，并可准确诊断短路故障。本发明还公开一种应用前述诊断方法的电力变压器绕组匝间短路故障诊断系统。
文档编号G01R31/06GK102721897SQ20121019426
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者司小庆, 张赢, 时维俊, 朱跃光, 王春宁, 谢小磊, 陈冰冰, 陈楷, 马宏忠 申请人:江苏省电力公司南京供电公司, 河海大学