基于行波的变压器绕组匝间短路故障定位

摘要

电力变压器是发电厂和变电站中的重要元件之一，一旦其发生故障将造成大面积停电，对电力系统的经济稳定运行带来很大的影响。据有关资料统计，变压器的大部分故障都是由绕组故障引起的，而匝间短路故障又是最主要的绕组故障。轻微的匝间短路并不会对变压器运行造成影响，可它是变压器绕组绝缘劣化的先兆和表现形式，长期带故障运行将引起绝缘的进一步恶化，导致绕组烧损甚至变压器报废。因此对变压器绕组匝间短路进行故障诊断与定位，具有重要的理论意义与实际应用价值。
　　近年来随着行波定位技术在输电线路和发电机绕组故障定位中的成功应用，国内外掀起了对行波技术的研究热潮。考虑到变压器绕组与发电机绕组在离线情况下存在相似的结构特征，本文将行波理论引入变压器故障诊断中，提出利用行波反射波的电压幅值来进行匝间短路故障定位的方法。
　　根据饼式变压器绕组结构，当向绕组线端注入单个低压脉冲时，在绕组换匝处会发生行波的折射与反射，在注入端口获取行波反射信号，从采集到的行波反射信号中提取相应的波峰电压幅值，以此作为故障诊断的电气量。通过分析计算得出匝间短路后，短路匝前后波阻抗变化量增大，对应电压反射系数增大。根据匝间短路后对应匝波阻抗改变引起的反射电压突变，来实现绕组匝间短路故障定位。
　　应用行波方法必须采用传输线理论进行分析，本文以变压器绕组多导体传输线(MTL)模型为基础，分析了行波在变压器绕组上的传播特性。考虑由编程实现的多导体传输线模型不易模拟匝间短路故障，本文应用Simulink中的多导体传输线模块搭建了变压器绕组MTL模型，并进行了仿真分析，仿真结果初步证实了所提方法的正确性与可行性。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 变压器绕组故障诊断的意义

1．2 课题的研究现状及趋势

1．2．1 变压器绕组绝缘检测

1．2．2 行波法的发展及应用

1．3 本文结构及主要研究内容

第2章 变压器绕组匝间短路故障分析

2．1 引言

2．2 变压器绝缘结构特点

2．3 变压器的故障检测技术

2．3．1 油中气体色谱检测

2．3．2 局部放电故障检测

2．4 匝间短路故障

2．5 匝间短路影响因素

2．6 匝间短路检测方法

2．6．1 短路阻抗法

2．6．2 空载损耗法

2．6．3 电压电流比法

2．6．4 漏电感法

2．6．5 超声波检测法

2．6．6 低压脉冲法

2．7 本章小结

第3章 行波故障定位基本理论及其应用

3．1 引言

3．2 无损单导线中的波过程

3．2．1 波沿线路传播

3．2．2 波动方程

3．3 行波的折射与反射

3．4 行波在传播过程中的衰减和畸变

3．5 行波故障定位的原理及其应用

3．5．1 输电线路故障定位

3．5．2 发电机绕组匝间短路故障诊断

3．6 匝间短路后绕组的波阻抗变化

3．7 本章小结

第4章 行波在变压器绕组匝间短路故障定位的应用

4．1 引言

4．2 行波在变压器绕组上的传播特性分析

4．3 匝间短路时的反射波变化

4．4 电压特征量提取

4．5 绕组匝间短路定位分析

4．5．1 诊断原理

4．5．2 诊断步骤

4．6 本章小结

第5章 仿真实验及其结果分析

5．1 引言

5．2 变压器绕组多导体传输线模型

5．2．1 多导体传输线理论

5．2．2 模型参数计算

5．2．3 匝间短路仿真模型

5．3 仿真实验验证

5．3．1 注入脉冲信号

5．3．2 短路故障匝定位

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间发表的学术论文目录)

附录B (攻读学位期间参加的科研工作)