基于脈沖耦合注入的變壓器繞組變形故障檢測(cè)方法研究.pdf

1、隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的需求日益擴(kuò)大，如何保證電力系統(tǒng)和電力裝備的穩(wěn)定性和可靠性一直是電力科技領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。電力變壓器是電力系統(tǒng)中至關(guān)重要的輸變電設(shè)備，而繞組變形是引起變壓器內(nèi)部故障的主要原因之一，如何檢測(cè)變壓器運(yùn)行過(guò)程中的繞組變形，跟蹤繞組狀態(tài)，在其出現(xiàn)嚴(yán)重變形故障之前做出預(yù)警是亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，頻率響應(yīng)分析法是我國(guó)變壓器制造廠(chǎng)家和電力公司進(jìn)行繞組變形檢測(cè)遵循的基本方法，其在多個(gè)案例中確實(shí)檢

2、測(cè)出繞組嚴(yán)重變形，預(yù)防了重大停電事故的發(fā)生，但該方法的實(shí)施必需變壓器停運(yùn)，離線(xiàn)技術(shù)已不能滿(mǎn)足電氣設(shè)備狀態(tài)在線(xiàn)檢測(cè)與智能診斷的發(fā)展趨勢(shì)。而對(duì)變壓器繞組變形故障的在線(xiàn)或帶電檢測(cè)工作，其可提供的測(cè)試數(shù)據(jù)具有非常重要的指導(dǎo)作用，在線(xiàn)、及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得繞組變形的情況，為變壓器的運(yùn)行提供參考指標(biāo)，有針對(duì)性地開(kāi)展變壓器狀態(tài)檢修和維護(hù)工作，在變壓器事故快速鑒別、變壓器抗短路能力評(píng)估等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，研究變壓器繞組變形故障在線(xiàn)或帶電檢測(cè)與診

3、斷技術(shù)，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)智能電網(wǎng)中變壓器狀態(tài)評(píng)估的發(fā)展與應(yīng)用有著特別重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本論文提出并研究了基于脈沖耦合注入的變壓器繞組變形故障檢測(cè)方法，并嘗試將該方法運(yùn)用于運(yùn)行電力設(shè)備開(kāi)展帶電測(cè)試。說(shuō)明了方法的基本原理，探索注入激勵(lì)脈沖的關(guān)鍵參數(shù)選擇依據(jù)；研制檢測(cè)故障的裝置，并開(kāi)展性能測(cè)試；通過(guò)建立計(jì)及套管耦合回路的變壓器繞組等值集總參數(shù)電路模型，探索耦合回路對(duì)在線(xiàn)頻率響應(yīng)的影響；開(kāi)展驗(yàn)證性測(cè)試，并將檢測(cè)裝置安裝于運(yùn)行電力設(shè)備采集數(shù)

4、據(jù)，初步分析了電磁干擾源對(duì)測(cè)量的影響并提出抑制措施；根據(jù)測(cè)試反饋，提出基于短時(shí)Fourier變換和多尺度復(fù)連續(xù)小波變換的脈沖頻率響應(yīng)曲線(xiàn)獲取方法，優(yōu)于傳統(tǒng)快速Fourier變換；開(kāi)展變壓器繞組故障模擬試驗(yàn)測(cè)試，研究基于支持向量機(jī)的繞組變形故障診斷識(shí)別方法。論文取得的主要成果有：
　?、賹?duì)注入激勵(lì)脈沖的類(lèi)型及關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行選擇，納秒方波脈沖波形不隨負(fù)載擾動(dòng)發(fā)生較大改變，適合成為檢測(cè)激勵(lì)源，并推薦納秒脈沖寬度和前沿分別不超過(guò)800 ns

5、和100 ns，脈沖幅值不低于600 V，且增大幅值可提高信噪比。巧妙利用套管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了套管電容耦合傳感器，利用有限元仿真和耐壓試驗(yàn)測(cè)試證實(shí)傳感器的安裝不影響套管正常運(yùn)行；設(shè)計(jì)信號(hào)在線(xiàn)注入/測(cè)量電路，注入電路實(shí)現(xiàn)激勵(lì)信號(hào)無(wú)損傳輸，且濾除工頻高壓，防護(hù)檢測(cè)裝置，測(cè)量電路在線(xiàn)采集變壓器繞組響應(yīng)電壓信號(hào)，且滿(mǎn)足頻率響應(yīng)分析頻帶要求；基于 FPGA開(kāi)發(fā)便攜式繞組變形故障檢測(cè)儀，具備可調(diào)脈沖發(fā)生、雙通道信號(hào)采集、數(shù)據(jù)后處理等多項(xiàng)功能。
　　

6、②建立計(jì)及套管耦合回路的變壓器繞組等值在線(xiàn)電路模型，利用阻抗關(guān)系解釋在線(xiàn)頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的形態(tài)特征，指出曲線(xiàn)的低頻段反映耦合回路特性，而中高頻段仍然反映繞組特性，指導(dǎo)實(shí)際工作需要確定關(guān)鍵的頻率區(qū)分點(diǎn)；分析耦合電容變化和套管絕緣擊穿故障對(duì)在線(xiàn)頻率響應(yīng)的影響，結(jié)果表明兩者均引起頻響曲線(xiàn)上下方向偏移，可用于區(qū)分套管耦合回路故障和繞組變形故障，并推薦曲線(xiàn)諧振峰谷頻率變化作為診斷指標(biāo)。
　?、弁ㄟ^(guò)變壓器離線(xiàn)測(cè)試證實(shí)脈沖頻率響應(yīng)曲線(xiàn)能夠反映繞組的

7、健康和故障狀態(tài)，通過(guò)變壓器加壓測(cè)試實(shí)例證實(shí)檢測(cè)方法和裝置的安全性，通過(guò)變壓器加壓重復(fù)性實(shí)驗(yàn)證實(shí)檢測(cè)方法在引線(xiàn)固定后的重復(fù)性較高，為該方法的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。將檢測(cè)方法應(yīng)用于750 kV高壓并聯(lián)電抗器繞組故障的檢測(cè)中，通過(guò)離線(xiàn)測(cè)試和故障模擬測(cè)試證實(shí)該方法的可行性和有效性，最終首次將檢測(cè)裝置安裝于運(yùn)行的750 kV高壓并聯(lián)電抗器，初步實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)方法的實(shí)際應(yīng)用。簡(jiǎn)要分析了電磁干擾源對(duì)測(cè)量的影響，并提出抑制干擾的硬件和軟件措施。
　　④利

8、用短時(shí) Fourier變換處理變壓器暫態(tài)檢測(cè)信號(hào)，得到脈沖頻率響應(yīng)曲線(xiàn)相比 FFT方法清晰度更高，但也指出該方法本質(zhì)更適合處理次穩(wěn)定信號(hào)；進(jìn)而研究利用復(fù)連續(xù)小波變換從暫態(tài)信號(hào)獲取脈沖頻率響應(yīng)曲線(xiàn)，構(gòu)造的暫態(tài)信號(hào)仿真和變壓器等值電路模型仿真表明，由小波變換得到的頻率成分較 FFT方法更接近實(shí)際頻率成分。通過(guò)變壓器實(shí)驗(yàn)表明，由小波變換得到的脈沖頻率響應(yīng)曲線(xiàn)較FFT方法更接近繞組掃頻頻率響應(yīng)曲線(xiàn)，且曲線(xiàn)受噪聲影響較小，利于實(shí)際繞組變形故障診斷