电流偏差法在绕组变形在线监测中的应用研究

摘要

处于电力系统核心地位的变压器,一直是电力设备监测的热点与焦点。因意外故障导致变压器停运不仅对电力系统的安全运行带来重大影响,而且产生巨大的经济损失。据统计,超过25％的故障是由变压器绕组变形引起的,而传统的离线测试方法不能及时发现绕组的早期故障以及突发故障,因此在线实时监测变压器绕组的健康状况,实现变压器绕组变形的状态维修,提高变压器维修的经济性,并能提前预警及防止重大意外事故的发生至关重要。
　　本论文在分析绕组变形的类型、比较多种离线测试及在线监测变压器绕组变形技术的基础上,确立了在绕组首端注入600 kHz~1.2 MHz之间的某一单一频率的高频低压信号,并获取绕组首末两端的高频激励及响应信号,通过计算电流偏移量以确定绕组变形程度,通过计算电流偏差系数以确定绕组变形类型及位置的电流偏差法,来实现变压器绕组变形的在线监测。
　　构建基于梯形网络的绕组等效电路,应用电流偏差法进行变压器绕组变形监测的仿真分析,仿真结果表明:(1)轴向变形中,电流偏差系数总是正值,径向变形中,电流偏差系数总是负值;(2)电流偏差系数与绕组变形的程度无关,只与绕组变形的位置有关,且绕组同一部分变形时电流偏差系数在很窄的范围内变动;(3)电流偏移量与绕组变形的程度呈正相关;(4)套管电容值变化后对绕组变形的诊断不会带来干扰。此外,本文还对绕组中既有轴向变形又有径向变形的复杂变形情况以及在线监测时负载变动对绕组变形监测的影响进行了仿真分析。
　　根据仿真结果以及对实际情况的考量,设计了应用电流偏差法在线监测变压器绕组变形的系统装置:以DDS技术为基础的高频低压信号源和以分立元件晶体管为主设计的功率放大器构成信号发生器单元;采用气体放电管和压敏电阻构成保护电路,并采用非侵入式电容传感器将激励信号耦合到绕组中;以锰锌铁氧体材料为磁芯设计制作高频电流传感器,并设计相应的带通滤波器对采集的信号进行去噪;以FPGA为系统的控制核心,实现对模拟信号的采集及数字滤波,并完成与上位机的通讯。
　　最后,论文对一台220 V/110 V单相小型变压器进行了离线测试,通过绝缘短棒嵌入绕组绕线中以实现绕组的模拟变形;并对一台三相双绕组35000 V/400 V的变压器进行在线测试,利用并联电容模拟绕组首端的变形,比较分析了变压器空载和带容性负载条件下应用电流偏差法在线监测绕组变形的情况。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2变压器绕组变形的分类

1.3绕组变形检测技术

1.4电流偏差法的研究现状

1.5本文的主要工作

第二章 基于电流偏差法的变压器绕组变形仿真研究

2.1绕组变形离线检测仿真分析

2.2绕组变形在线检测仿真分析

2.3本章小结

第三章 基于电流偏差法的绕组变形在线监测系统设计

3.1概述

3.2信号发生器单元设计

3.3信号耦合单元设计

3.4信号采集单元设计

3.5信号处理单元设计

3.6本章小结

第四章 绕组变形监测实验与分析

4.1离线测试分析

4.2在线测试分析

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文