基于脈沖耦合注入的變壓器繞組變形故障檢測方法研究.pdf

1、隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對建設(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，如何檢測變壓器運(yùn)行過程中的繞組變形，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)問題。長期以來，頻率響應(yīng)分析法是我國變壓器制造廠家和電力公司進(jìn)行繞組變形檢測遵循的基本方法，其在多個(gè)案例中確實(shí)檢

2、測出繞組嚴(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)，離線技術(shù)已不能滿足電氣設(shè)備狀態(tài)在線檢測與智能診斷的發(fā)展趨勢。而對變壓器繞組變形故障的在線或帶電檢測工作，其可提供的測試數(shù)據(jù)具有非常重要的指導(dǎo)作用，在線、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)，有針對性地開展變壓器狀態(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或帶電檢測與診

3、斷技術(shù)，對于推進(jìn)我國智能電網(wǎng)中變壓器狀態(tài)評估的發(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方法，并嘗試將該方法運(yùn)用于運(yùn)行電力設(shè)備開展帶電測試。說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)；研制檢測故障的裝置，并開展性能測試；通過建立計(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，探索耦合回路對在線頻率響應(yīng)的影響；開展驗(yàn)證性測試，并將檢測裝置安裝于運(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測量的影響并提出抑制措施；根據(jù)測試反饋，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)曲線獲取方法，優(yōu)于傳統(tǒng)快速Fourier變換；開展變壓器繞組故障模擬試驗(yàn)測試，研究基于支持向量機(jī)的繞組變形故障診斷識別方法。論文取得的主要成果有：
　　①對注入激勵(lì)脈沖的類型及關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行選擇，納秒方波脈沖波形不隨負(fù)載擾動發(fā)生較大改變，適合成為檢測激勵(lì)源，并推薦納秒脈沖寬度和前沿分別不超過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)信號在線注入/測量電路，注入電路實(shí)現(xiàn)激勵(lì)信號無損傳輸，且濾除工頻高壓，防護(hù)檢測裝置，測量電路在線采集變壓器繞組響應(yīng)電壓信號，且滿足頻率響應(yīng)分析頻帶要求；基于 FPGA開發(fā)便攜式繞組變形故障檢測儀，具備可調(diào)脈沖發(fā)生、雙通道信號采集、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電路模型，利用阻抗關(guān)系解釋在線頻率響應(yīng)曲線的形態(tài)特征，指出曲線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在線頻率響應(yīng)的影響，結(jié)果表明兩者均引起頻響曲線上下方向偏移，可用于區(qū)分套管耦合回路故障和繞組變形故障，并推薦曲線諧振峰谷頻率變化作為診斷指標(biāo)。
　?、弁ㄟ^變壓器離線測試證實(shí)脈沖頻率響應(yīng)曲線能夠反映繞組的

7、健康和故障狀態(tài)，通過變壓器加壓測試實(shí)例證實(shí)檢測方法和裝置的安全性，通過變壓器加壓重復(fù)性實(shí)驗(yàn)證實(shí)檢測方法在引線固定后的重復(fù)性較高，為該方法的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。將檢測方法應(yīng)用于750 kV高壓并聯(lián)電抗器繞組故障的檢測中，通過離線測試和故障模擬測試證實(shí)該方法的可行性和有效性，最終首次將檢測裝置安裝于運(yùn)行的750 kV高壓并聯(lián)電抗器，初步實(shí)現(xiàn)了檢測方法的實(shí)際應(yīng)用。簡要分析了電磁干擾源對測量的影響，并提出抑制干擾的硬件和軟件措施。
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8、用短時(shí) Fourier變換處理變壓器暫態(tài)檢測信號，得到脈沖頻率響應(yīng)曲線相比 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；進(jìn)而研究利用復(fù)連續(xù)小波變換從暫態(tài)信號獲取脈沖頻率響應(yīng)曲線，構(gòu)造的暫態(tài)信號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)曲線較FFT方法更接近繞組掃頻頻率響應(yīng)曲線，且曲線受噪聲影響較小，利于實(shí)際繞組變形故障診斷