一种电力变压器绕组松动缺陷诊断系统和诊断方法

摘要

本发明公开了一种电力变压器绕组松动缺陷诊断系统和诊断方法，所述系统包括依次连接的信号采集模块、信号截取模块、信号滤波模块、信号时频变换模块、信号诊断模块和报警模块，还包括分别与信号采集模块连接的第一振动传感器、第二振动传感器以及参数输入模块。所述方法就是利用系统在空载下首先计算出松动阈值，再利用松动阈值来判断变压器绕组是否松动。本发明利用空载实验诊断变压器绕组松动，保证电网安全。

说明书

技术领域

本发明属于电力电气设备监测技术领域，特别涉及了一种电力变压器绕组松 动缺陷诊断系统和诊断方法。

背景技术

变压器是电网中重要的一次设备，其稳定运行关系到电网安全。据了解，新 变压器或大修后变压器出厂前要进行空载实验，在投运之前，也要进行空载合闸 实验。空载实验中变压器油箱表面振动信号强烈，因此充分利用返修时、出厂前 以及投运前的空载实验进行变压器绕组松动缺陷诊断对于及时发现变压器故障 和保障电网安全具有重要意义。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种电力变压器绕 组松动缺陷诊断系统和诊断方法，利用空载实验诊断变压器绕组松动，保证电网 安全。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种电力变压器绕组松动缺陷诊断系统，包括依次连接的信号采集模块、信 号截取模块、信号滤波模块、信号时频变换模块、信号诊断模块和报警模块，还 包括分别与信号采集模块连接的第一振动传感器、第二振动传感器以及参数输入 模块，所述第一、第二振动传感器分别安设在电力变压器的表面，且第一振动传 感器位于电力变压器C相绕组的正上方，第二振动传感器位于电力变压器B相 绕组的正上方；所述参数输入模块向信号采集模块输入采样频率和采样点数，信 号采集模块根据采样频率和采样点数连续采集第一、第二振动传感器检测到的振 动信号并传给信号截取模块，信号截取模块将振动信号整周期截取后传给信号滤 波模块进行滤波，信号滤波模块将滤波后的信号传给信号时频变换模块进行时频 变换，并将时频变换后的信号传给信号诊断模块，信号诊断模块根据接收到的信 号诊断是否松动并控制报警模块报警。

本发明还包括一种电力变压器绕组松动缺陷诊断方法，包括计算松动阈值和 利用松动阈值诊断绕组松动两大部分，

计算特征阈值是在未发生绕组松动的电力变压器上进行的，具体步骤如下：

(1)在电力变压器C相绕组的正上方布置第一振动传感器，在电力变 压器B相绕组的正上方布置第二振动传感器；

(2)设置信号采集模块的采样频率f和采样点数d，其中，f≥2000Hz， d≥0.01f；

(3)电力变压器进行额定电压下得空载运行，第一、第二振动传感器检 测振动信号；

(4)根据设定的采样频率和采样点数采样第一、第二振动传感器检测的 振动信号，并整周期截取每个振动传感器采样的振动信号；对整周 期截取的振动信号依次进行滤波和时频变换，得到第二振动传感器 检测到的振动信号中100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz、 700Hz、800Hz、900Hz、1000Hz的分量幅值以及第一振动传感器 检测到的振动信号中100Hz、700Hz的分量幅值；将第二振动传感 器检测到的振动信号中100Hz的分量幅值除以第二振动传感器检 测到的振动信号中100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz、 700Hz、800Hz、900Hz、1000Hz的分量幅值的和，得到第一特征 值；将第一振动传感器检测到的振动信号中700Hz的分量幅值除 以第一振动传感器检测到的振动信号中100Hz的分量幅值，得到 第二特征值；

(5)信号采集模块连续采样第一、第二振动传感器检测的振动信号m 次，得到m组第一特征值和第二特征值，m≥3，若同一特征值的 m组数据中，最大值大于最小值的s倍，s为大于1的有理数，则 当前数据无效，返回步骤(2)，否则当前数据有效，进入步骤(5)；

(6)将第一特征值和第二特征值的m组数据分别去掉一个最大值和一 个最小值后求算数平均值，第一特征值的算数平均值乘以倍率系数 t1，得到第一松动阈值，第二特征值的算数平均值乘以倍率系数t2， 得到第二松动阈值，t1位大于1的有理数，t2为小于1的有理数；

利用松动阈值诊断绕组松动是在待诊断的电力变压器上进行的，包括以下步 骤：

(7)在待诊断的电力变压器上进行前述步骤(1)-(4)，得到待诊断电 力变压器的第一特征值和第二特征值；

(8)若步骤(7)得到的第一特征阈值大于步骤(6)得到的第一松动阈 值且步骤(7)得到的第二特征阈值小于步骤(6)得到的第二松动 阈值，则说明当前数据满足松动特征，进入步骤(9)，否则说明当 前数据不满足松动特征，返回步骤(7)；

(9)若连续采集n次待诊断电力变压器的第一特征值和第二特征值数 据皆满足步骤(8)所述松动特征，则诊断该电力变压器存在绕组 松动缺陷，否则诊断该电力变压器不存在绕组松动缺陷，其中，n ≥3。

其中，步骤(5)中m的取值为5。

其中，步骤(5)中s的取值为1.5。

其中，步骤(6)中，t1的取值为1.5，t2的取值为0.7。

其中，步骤(6)中n的取值为3。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明通过监测变压器的振动信号，可以在不拆解变压器的情况下方便地判 断变压器绕组是否发生松动；本发明选用两个特征值进行松动判断，减少了误判 的发生，提高了判断准确性；本发明的抗干扰能力强，因为风扇振动等干扰源的 振动频率在100Hz以下，不会影响特征值。

附图说明

图1是本发明诊断系统的结构框图；

图2是本发明振动传感器的安装位置示意图；

图3是本发明诊断方法中计算松动阈值的流程图；

图4是本发明诊断方法中利用松动阈值诊断绕组松动的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示本发明的系统结构框图，一种电力变压器绕组松动缺陷诊断系 统，包括依次连接的信号采集模块、信号截取模块、信号滤波模块、信号时频变 换模块、信号诊断模块和报警模块，还包括分别与信号采集模块连接的第一振动 传感器、第二振动传感器以及参数输入模块。

第一、第二振动传感器分别安设在电力变压器的表面，且第一振动传感器位 于电力变压器C相绕组的正上方，第二振动传感器位于电力变压器B相绕组的 正上方，具体安设位置如图2所示，1、2分别为第一、第二振动传感器的安装 位置，A、B、C表示三相绕组的高压侧套管，a、b、c表示三相绕组的低压侧套 管，0表示中性点套管。

参数输入模块向信号采集模块输入采样频率和采样点数，信号采集模块根据 采样频率和采样点数连续采集第一、第二振动传感器检测到的振动信号并传给信 号截取模块，信号截取模块将振动信号整周期截取后传给信号滤波模块进行滤 波，信号滤波模块将滤波后的信号传给信号时频变换模块进行时频变换，并将时 频变换后的信号传给信号诊断模块，信号诊断模块根据接收到的信号诊断是否松 动并控制报警模块报警。

本发明还包括基于上述系统的松动诊断方法，该方法包括计算松动阈值和利 用松动阈值诊断绕组松动两大部分，

其中，计算松动阈值是在未发生绕组松动的电力变压器上进行的，其步骤如 图3所示：

(1)利用参数输入模块设置信号采集模块的采样频率f和采样点数d， 其中，f≥2000Hz，d≥0.01f；

(2)电力变压器进行额定电压下得空载运行，第一、第二振动传感器检 测振动信号；

(3)信号采集模块根据设定的采样频率和采样点数采样第一、第二振动 传感器检测的振动信号，并整周期截取每个振动传感器采样的振动 信号；对整周期截取的振动信号依次进行滤波和时频变换，得到第 二振动传感器检测到的振动信号中100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、 500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz、1000Hz的分量幅值以及 第一振动传感器检测到的振动信号中100Hz、700Hz的分量幅值； 将第二振动传感器检测到的振动信号中100Hz的分量幅值除以第 二振动传感器检测到的振动信号中100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、 500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz、1000Hz的分量幅值的和， 得到第一特征值；将第一振动传感器检测到的振动信号中700Hz 的分量幅值除以第一振动传感器检测到的振动信号中100Hz的分 量幅值，得到第二特征值；

(4)信号采集模块连续采样第一、第二振动传感器检测的振动信号5 次，得到5组第一特征值和第二特征值，若同一特征值的5组数据 中，最大值大于最小值的1.5倍，则当前数据无效，返回步骤(2)， 否则当前数据有效，进入步骤(5)；

(5)将第一特征值和第二特征值的5组数据分别去掉一个最大值和一 个最小值后求算数平均值，第一特征值的算数平均值乘以倍率系数 1.5，得到第一松动阈值，第二特征值的算数平均值乘以倍率系数 0.7，得到第二松动阈值；

利用松动阈值诊断绕组松动是在待诊断的电力变压器上进行的，其步骤如图 4所示：

(6)在待诊断的电力变压器上进行前述步骤(1)-(3)，得到待诊断电 力变压器的第一特征值和第二特征值；

(7)若步骤(6)得到的第一特征阈值大于步骤(5)得到的第一松动阈 值且步骤(6)得到的第二特征阈值小于步骤(5)得到的第二松动 阈值，则说明当前数据满足松动特征，进入步骤(8)，否则说明当 前数据不满足松动特征，返回步骤(6)；

(8)若连续采集3次待诊断电力变压器的第一特征值和第二特征值数 据皆满足步骤(7)所述松动特征，则诊断该电力变压器存在绕组 松动缺陷，否则诊断该电力变压器不存在绕组松动缺陷。

为了验证本发明的效果，特进行以下验证试验。

对一台绕组未松动的型号为SFZ10-31500/110的电力变压器按照上述步骤进 行实验，确定该类型变压器的特征阈值。该电力变压器基本参数如表1所示。

表1

电压比 容量 联结组 低压侧I_N110/10.5kV 31500kVA YN,d11 1732A

对通过2个振动传感器采集到的振动信号进行滤波处理和时频变换，得到不 同电流下的振动频谱图。测得绕组未松动状态下的第一特征值和第二特征值，如 表2所示。

表2

采样数据序号 第一特征值 第二特征值 第1次测量 13.82％ 0.7534 第2次测量 14.27％ 0.8165 第3次测量 17.21％ 0.6875 第4次测量 12.44％ 0.7724 第5次测量 14.37％ 0.7895

根据数据有效性判断原则，该数据有效。设定第一特征阈值所乘的倍率系数 为1.5，设定第二特征阈值所乘的倍率系数为0.7。这样得到第一松动阈值为 21.23％，第二松动阈值为0.54。

下面利用上述求得的松动阈值诊断该类型变压器的绕组松动缺陷。

为检验诊断方法第二部分的准确性，人为设置SFZ10-31500/110变压器的绕 组松动缺陷，然后装配变压器并静置。一段时间后测量油箱表面振动信号，测算 得到当前运行变压器的第一特征值和第二特征值，如表3所示。

表3

将表中特征值与特征阈值对比可以发现，单相绕组松动和三相绕组松动缺陷 下的3次振动信号测算结果均满足绕组松动特征，因此可以判断当前变压器存在 绕组松动缺陷。

通过以上实验可以看出，本发明可对基于空载实验的电力变压器的绕组松动 缺陷进行准确地判断。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围， 凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本 发明保护范围之内。