油浸式变压器内部局部过热判断与过热点定位方法

摘要

本发明属于智能变电站技术领域，公开了油浸式变压器内部局部过热判断与过热点定位方法，包含调理电路、数据采集仪、上位机和振动传感器，其中振动传感器分别经调理电路与数据采集仪连接，且振动传感器分别在油浸式变压器的油箱表面分布放置，数据采集仪采集各振动传感器检测到的振动信号并传送至上位机PC，上位机对此振动信号进行存储和计算处理，并进行故障判断。本发明根据振动信号随油浸式变压器内部局部温度的变化特征，利用振动信号中800Hz~1800Hz信号判断油浸式变压器的内部有无局部过热故障。

说明书

技术领域

本发明属于智能变电站技术领域，特别是涉及油浸式变压器内部局部过热判 断与过热点定位方法。

背景技术

油浸式变压器内部局部过热会给变压器的安全运行造成非常大的威胁，因此， 对油浸式变压器运行状况进行在线监测，以便能够及时地发现变压器内部的故障 隐患，有着非常重要的意义。当前的技术主要是基于油中气分析进行变压器内部 过热分析，主要存在以下不足：1、反应不及时，基于油中气分析的方法，从过 热故障产生到发现故障至少需要经过下列过程：“故障-发热-温度-上升-相关材 料受热裂化-产生微量气体-取油样-分析油样确定故障”，或“故障-放电--产生 微量气体-取油样-分析油样确定故障”因此反应滞后；2、不能进行故障定位： 取出油样是从变压器的固定取油口取出，不能反应变压器故障点3、多数情况下 需要人工取油。因此目前方法很难检测变压器内部某个局部的温度，当从外部检 测能够察觉到变压器温度过高时已经发生很严重的故障了，会严重影响变压器的 正常运行。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明的目的在于提供油浸式变压器内部局部过热判断 与过热点定位方法，根据振动信号随局部温度变化特点，利用振动信号中 800Hz～1800Hz频段的信号判断出油浸式变压器内部有无局部过热故障。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：油浸式变压器内部局部过热 判断与过热点定位方法，其特征在于：该方法在油浸式变压器有载运行下进行， 共有5个步骤，步骤(1)‐(3)在确认油浸式变压器内部没有局部过热故障时 对变压器的不同位置进行振动信号的测量，对测量值求和后乘以一定系数作为过 热的温度阈值，步骤(4)‐(5)为油浸式变压器在正常运维中的检测，并判断 变压器内部有无局部过热故障的步骤：

(1)设置数据采集仪采样频率和采样时长，连续5次采集针对变压器的不 同位置的各路传感器检测到的振动信号；

(2)上位机PC对采集到的振动信号先进行滤波处理，再进行时频变换，得 到各路振动传感器每次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段内振动信号全部分量 的幅值；

(3)对每路振动传感器5次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段内振动信号 全部分量的幅值进行求和，得到每路振动传感器每次采样信号频谱中 800Hz～1800Hz频段各分量幅值之和，将每路振动传感器单次采样信号频谱中 800Hz～1800Hz频段各分量幅值之和乘以一定系数后分别得到油浸式变压器各位 置的过热的温度阈值T_1A、T_1B、T_1C…，将上述温度阈值存储在上位机PC中；

(4)在变压器正常运维中，重复步骤(1)‐(3)，重新得到的每路振动传 感器5次采样测量结果中，若有连续3次以上采样的振动信号800Hz～1800Hz频 段处各分量幅值之和大于该位置的温度阈值时，进入步骤(5)，否则返回步骤(4)；

(5)各路振动传感器某次采样的振动信号频谱中800Hz～1800Hz频段处各分 量幅值之和与其对应的油浸式变压器某位置的温度阈值的比值分别表示为λ_1A、 λ_1B、λ_1C…。

在比值λ_1A、λ_1B、λ_1C…中，当某个比值大于2，该振动传感器所在位置对应 变压器内部位置出现明显内部局部过热故障；当某个比值大于1且小于等于2， 该振动传感器所在位置对应变压器内部位置为轻微局部过热故障；当某个比值小 于等于1，该振动传感器所在位置对应变压器内部位置为正常状态，变压器内部 没有发生局部过热故障。

前述的油浸式变压器内部局部过热判断与过热点定位方法，步骤(3)中的 时频变换采用傅里叶变换。

前述的油浸式变压器内部局部过热判断与过热点定位方法，步骤(3)中的 一定系数为2.2～3。

油浸式变压器内部局部过热判断与过热点定位方法，其特征在于：该方法在 油浸式变压器有载运行下进行，共有5个步骤，步骤(1)‐(3)在确认油浸式 变压器内部没有局部过热故障时对变压器进行采样信号频谱中800Hz～1800Hz频 段内振动信号的全部分量的幅值测量，并将测量值折算求和处理后，乘以一定系 数作为过热的温度阈值，步骤(4)‐(5)为油浸式变压器在正常运维中的检测， 并判断变压器内部有无局部过热故障的步骤：

(1)设置数据采集仪采样频率和采样时长，在变压器负载电流为70％～100％ 额定电流状态下，连续5次采集各路振动传感器检测到的振动信号和变压器的负 载电流值I；

(2)上位机PC对采集到的振动信号先进行滤波处理，再进行时频变换，得 到各路振动传感器每次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段内振动信号全部分量 的幅值；

(3)对每路振动传感器5次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段内振动信号 全部分量的幅值的折合值进行求和，得到每路振动传感器单次采样信号频谱中 800Hz～1800Hz频段各分量幅值的折合值之和，将各分量幅值的折合值之和乘以 一定系数后分别得到油浸式变压器各位置的温度阈值T_2A、T_2B、T_2C…，将温度 阈值和该状态时的电流值存储在上位机PC中，该状态时的电流值为前述的电流 值I；

(4)在变压器正常运维中，重复步骤(1)‐(3)，重新得到的每路振动传 感器连续5次采样测量结果中，若有连续3次采样的振动信号800Hz～1800Hz频 段处各分量幅值的折合值之和大于该位置的温度阈值时，进入步骤(5)，否则返 回步骤(4)；

(5)各路振动传感器某次采样的振动信号频谱中800Hz～1800Hz频段处各分 量幅值的折合值之和，与其对应的油浸式变压器某位置的温度阈值的比值分别表 示为λ_2A、λ_2B、λ_2C…

在比值λ_2A、λ_2B、λ_2C…中，当某个比值大于2，该振动传感器所在位置对应 变压器内部位置就出现明显内部局部过热故障；当某个比值大于1且小于2，该 振动传感器所在位置对应变压器内部位置为轻微局部过热故障；当某个比值小于 等于1，该振动传感器所在位置对应变压器内部位置为正常状态，没有发生局部 过热故障。

进一步地，当步骤(4)‐(5)中检测变压器内部局部过热故障时油浸式变 压器的负载电流和步骤(1)‐(3)中确定温度阈值时油浸式变压器的负载电流 相等，振动传感器单次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段各分量幅值的折合值 与振动传感器单次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段各分量幅值相等。

进一步地，当步骤(4)‐(5)中检测变压器内部局部过热故障时油浸式变 压器的负载电流与步骤(1)‐(3)中确定温度阈值时油浸式变压器的负载电流 不等，则需先将测量值的各分量按式(1)进行折合，折合后再求和；用下式折 合振动信号在800Hz～1800Hz频段处的频谱分量幅值：

${A_x}^{\prime }=\frac{1}{K^2}{A}_x---\left(1\right)$

上式中，A_x是任意负载电流下振动信号在800Hz～1800Hz频段处各分量幅值，A_x′ 是A_x的折合值，K是检测过热故障时油浸式变压器负载电流I*与确定温度阈值 时的电流I的比值；再对各频段分量幅值的折合值求和。

前述的油浸式变压器内部局部过热判断与过热点定位方法，步骤(3)中的 时频变换采用傅里叶变换。

前述的油浸式变压器内部局部过热判断与过热点定位方法，步骤(3)中的 一定系数为2.2～3。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：可以方便在判断变压器内部有 无局部过热故障，且能够过热点定位；由于变压器振动信号中，800Hz～1800Hz 分量幅值比周围频段内分量幅值大，有较强的抗干扰能力；反应及时：过热产生 振动，外部振动与内部过热几乎同时产生，因此能及时发现故障；基于振动监测， 监测系统与变压器没有电气联系，不对设备的正常运行造成影响；变压器外部监 测，工程实现方便。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明具体实施的系统结构框图；

图3是本发明油浸式变压器振动传感器放置位置示意图；

图4是变压器6号测点位置未发生局部过热故障振动信号功率谱图；

图5是变压器6号测点位置发生局部过热故障振动信号功率谱图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1-图2所示本发明具体实施的系统结构框图，油浸式变压器内部局部 过热判断与过热点定位系统，系统包含调理电路、数据采集仪、上位机、8个振 动传感器和1个电流互感器，其中8个振动传感器分别经调理电路与数据采集仪 连接，且8个振动传感器分别放置在油浸式变压器前后左右位置(前后各3、左 右各1)，数据采集仪采集各振动传感器检测到的振动信号并传送至上位机PC， 上位机对此振动信号进行存储和计算处理，并进行故障判断。

在本实施例中，8个振动传感器依靠磁铁底座的强大吸附力吸在油箱表面， 电流互感器接在变压器二次侧。如图3所示，1、2、3、4、5、6、7、8号即8 个振动传感器放置位置，其中A、B、C为高压侧，a、b、c、0为低压侧；数字 1-8中不带括号的数字为图示的可视面测点，带括号的数字为图示的非可视面测 点。

本发明还包括基于上述油浸式变压器内部局部过热判断与过热点定位系统 的方法，该方法用于油浸式变压器内部局部过热的判断和过热点定位，且该方法 可在油浸式变压器有载运行下进行，共有5个步骤，步骤(1)-(3)为在确认 变油浸式变压器内部没有局部过热故障时对变压器进行振动信号的测量，并将对 测量值(即800Hz～1800Hz频段内振动信号各分量的幅值)求和后乘以一定系数 后得到的数值作为过热的温度阈值，步骤(4)-(5)为油浸式变压器在正常运 维中的检测，并判断变压器内部有无局部过热故障：

(1)设置数据采集仪采样频率和采样时长，连续5次采集各路振动传感器 检测到的振动信号；

(2)上位机PC对采集到的振动信号先进行滤波处理，再进行时频变换，得 到各路振动传感器每次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段内振动信号全部分量 的幅值；

(3)对每路振动传感器5次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段内振动信号 全部分量的幅值进行求和，得到每路振动传感器每次采样信号频谱中 800Hz～1800Hz频段各分量幅值之和，将每路振动传感器每次采样信号频谱中 800Hz～1800Hz频段各分量幅值之和(是指单个振动传感器单次的采样信号频谱 中800Hz～1800Hz频段各分量幅值之和，可以在5次测量中任选一次作为测量值， 也可将5次分别测量的各分量幅值之和的平均值作为测量值)乘以一定系数后分 别得到油浸式变压器各位置(即各振动传感器对应的变压器位置)的温度阈值 T_1A、T_1B、T_1C…，将温度阈值存储在上位机PC中，T_1A、T_1B、T_1C…指的是油浸式变 压器不同位置的温度阈值；

(4)在变压器正常运维中，重复步骤(1)-(3)，重新得到的每路振动传 感器连续5次采样测量结果中，若有连续3次采样的振动信号800Hz～1800Hz频 段处各分量幅值之和大于该位置的过热阈值时，进入步骤(5)，否则返回步骤(4)；

(5)各路振动传感器某次(可任选)采样的振动信号频谱中800Hz～1800Hz 频段处各分量幅值之和，与其对应的油浸式变压器某位置的温度阈值的比值分别 表示为λ_1A、λ_1B、λ_1C…，各路振动传感器某次采样的振动信号频谱中 800Hz～1800Hz频段处各分量幅值之和分别为D_1A,D_1B,D_1C...；各分量幅值之和，分 别与T_1A、T_1B、T_1C一一对应。

λ_1A、λ_1B、λ_1C…的各比值中，哪个的比值大于2，该振动传感器所在位置 对应变压器内部位置就出现明显内部局部过热故障，大于1且小于等于2表明该 振动传感器所在位置对应变压器内部位置为轻微局部过热故障；小于等于1为正 常状态，变压器内部没有发生局部过热故障。

其中，上述步骤(3)中的一定系数为2.2～3倍。

本发明还包括基于上述油浸式变压器内部局部过热判断与过热点定位系统 的方法，该方法用于油浸式变压器内部局部过热的判断和定位，且该方法是在油 浸式变压器有载运行下进行，共有5个步骤，步骤(1)-(3)为在确认油浸式 变压器内部没有局部过热故障时对变压器进行振动信号的测量，并将测量值(即 800Hz～1800Hz频段内振动信号全部分量的幅值)折算求和处理后乘以一定系数 作为过热的温度阈值，步骤(4)-(5)为油浸式变压器在正常运维中的检测， 并判断变压器内部有无局部过热故障：

(1)设置数据采集仪采样频率和采样时长，在(70～100)％额定电流状态(该 状态对应电流值I，该电流值为油浸式变压器在有载运行下确定温度阈值时的负 载电流)连续5次采集各路传感器检测到的振动信号并采集电流值I；

(2)上位机PC对采集到的振动信号先进行滤波处理，再进行时频变换，得 到各路振动传感器每次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段内振动信号全部分量 的幅值；

(3)对每路振动传感器5次采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段内振动信号 全部分量的幅值的折合值进行求和，得到每路振动传感器每次采样信号频谱中 800Hz～1800Hz频段各分量幅值的折合值之和，将各幅值的折合值之和(指对单 路振动传感器单次的采样信号频谱中800Hz～1800Hz频段各分量幅值的折合值进 行求和,可以在5次测量中任选一次作为测量值，也可将5次分别测量的各分量 幅值折合值之和的平均值作为测量值)乘以一定系数后分别得到油浸式变压器各 位置的温度阈值T_2A、T_2B、T_2C…，将温度阈值存储在上位机PC中，T_2A、T_2B、T_2C… 指的是油浸式变压器不同位置的温度阈值；

(4)在变压器正常运维中，重复步骤(1)-(3)，重新得到的每路振动传 感器连续5次采样测量结果中，若有连续3次采样的振动信号800Hz～1800Hz频 段处各分量幅值的折合值之和大于该位置的过热的温度阈值时，进入步骤(5)， 否则返回步骤(4)；

(5)各振动传感器某次(可任选)采样的振动信号频谱中800Hz～1800Hz 频段处各分量幅值的折合值之和，与其对应的油浸式变压器某位置的温度阈值的 比值分别表示为λ_2A、λ_2B、λ_2C…，各路振动传感器某次采样的振动信号频谱中 800Hz～1800Hz频段处各分量幅值的折合值之和，分别为D_2A,D_2B,D_2C...；幅值的折 合值之和，分别与T_2A、T_2B、T_2C一一对应。

λ_2A、λ_2B、λ_2C…各比值中，哪个的比值大于2，该振动传感器所在位置对 应变压器内部位置就出现明显内部局部过热故障；若大于1且小于2，该振动传 感器所在位置对应变压器内部位置为轻微局部过热故障；若干小于等于1则为正 常状态，变压器内部没有发生局部过热故障。

其中，保持检测内部局部过热故障时油浸式变压器的负载电流与确定过热阈 值(即温度阈值)时油浸式变压器的负载电流相等，步骤(4)中，若有连续3 次采样的振动信号800Hz～1800Hz频段处各分量幅值的折合值之和(各分量幅值 的折合值之和与各分量幅值之和相等)大于该位置的温度阈值时，进入步骤(5)； 此时各路振动传感器某次采样的振动信号频谱中800Hz～1800Hz频段处各分量幅 值之和作为D_2A,D_2B,D_2C...，各分量幅值之和分别与T_2A、T_2B、T_2C一一对应得到λ_2A、 λ_2B、λ_2C...。

其中，如果检测内部局部过热故障时油浸式变压器的负载电流与确定过热阈 值时油浸式变压器的负载电流不等，则需先将测量值的各分量按式(1)进行折 合，折合后再求和。用下式折合振动信号在800Hz～1800Hz频段处的频谱分量幅 值之和：

${A_x}^{\prime }=\frac{1}{K^2}{A}_x---\left(1\right)$

上式中，A_x是任意负载电流下某路振动传感器单次检测的振动信号在 800Hz～1800Hz频段内各分量幅值(即单个分量幅值)，A_x′是A_x的折合值，K是 检测过热故障时油浸式变压器负载电流I*与确定温度阈值时的电流I的比值；再 对800Hz～1800Hz频段内各分量的振动幅值的折合值求和；步骤(4)中，若连 续3次以上采样的振动信号频谱中800Hz～1800Hz频段处各分量幅值的折合值之 和大于该位置的温度阈值时，进入步骤(5)；步骤(5)中，各路振动传感器某 次采样的振动信号频谱中800Hz～1800Hz频段处各分量幅值的折合值之和，与其 对应的油浸式变压器某位置的温度阈值的比值作为λ_2A、λ_2B、λ_2C...

图4、图5分别为6号测点未发生局部过热故障和发生局部过热故障振动信 号功率谱图。对比图4和图5可看出，当变压器6号测点内部发生局部过热故障 时，振动信号中800Hz～1200Hz频段的信号会明显增加，可以此为判据判断变压 器6号测点位置内部发生局部过热故障。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要 求保护范围之内。