基于振动法电力变压器绕组潜伏性故障诊断研究 GZH

1、基于振动法的电力变压器绕组潜伏性故障诊断研究1 1河海大学 马宏忠研究背景研究背景1 1 理论研究理论研究2 2总结展望总结展望4 42 2实验研究实验研究3 3目录目录一、研究背景一、研究背景1、变压器在线状态监测与故障诊断技术的研究意义重要性严重性3 3发电发电输电输电变电变电配电配电用电用电调度调度电网电网变压器故障医疗教育交通 通讯 工业损失不可估量现状：变压器长期运行不可避免的产生故障。影响：给各行各业的带来重要影响。位置：电力变压器工作处于电气设备链的上游 位置。作用：承担电压变换，电能分配和传输。一、研究背景一、研究背景及早发现绕组潜伏性故障，可以减少深度故障发生，延长电力设备的

2、使用寿命，保证电网安全稳定运行。绕组产绕组产生不可生不可逆变化逆变化外部短路电外部短路电流冲击流冲击内部绝缘老内部绝缘老化化制造过程中制造过程中存在缺陷或存在缺陷或不合理因素不合理因素累积效应累积效应2、电力变压器绕组潜伏性故障绕组潜伏性故障绕组潜伏性故障隐患隐患频响法诊断方法研究理现状低压脉冲法短路阻抗法受电气参数影响，无法实现在线诊断一、研究背景一、研究背景3、变压器绕组故障的诊断方法振动法4 4安装简单安装简单监测灵敏监测灵敏在线监测在线监测研究背景研究背景1 1 理论研究理论研究2 2总结展望总结展望4 47 7实验研究实验研究3 3目录目录二、理论研究二、理论研究 机理分析机理分析1

3、、振动的产生原因及传播路径8 8变压器振动变压器振动 由绕组、铁芯、冷却系统及有载调压分接开关由绕组、铁芯、冷却系统及有载调压分接开关共同引起的共同引起的绕组振动绕组振动 绕组线圈的载流导体通入电流后处在漏磁场中绕组线圈的载流导体通入电流后处在漏磁场中产生的电磁力引起产生的电磁力引起铁芯振动铁芯振动 硅钢片的磁致伸缩以及由漏磁产生的电磁硅钢片的磁致伸缩以及由漏磁产生的电磁力引起力引起振动是怎样振动是怎样传播到油箱传播到油箱表面的呢？表面的呢？变压器变压器本体（绕组和铁芯）以及冷却系统本体（绕组和铁芯）以及冷却系统的振动经的振动经绝缘绝缘油和支撑固件油和支撑固件等介质传递至油箱表面等介质传递至油

4、箱表面二、理论二、理论研究研究 诊断方法诊断方法1、绕组短路的诊断方法小波降噪1010小波分解：选择一个合适的小波基函数以及分解层次，然后对信号进行小波分解5455。 小波降噪步骤小波降噪步骤小波分解：选择一个合适的小波小波分解：选择一个合适的小波 函数以函数以及分解层次，然后对信号进行小波分解。及分解层次，然后对信号进行小波分解。阈值量化：确定小波分解较高频率系数阈值量化：确定小波分解较高频率系数的阈值，并对各个高频系数作软阈值处的阈值，并对各个高频系数作软阈值处理。理。小波重构：将处理后的小波系数进行重小波重构：将处理后的小波系数进行重构。构。振动信号处理目标技术手段二、理论二、理论研究研

5、究 诊断方法诊断方法10101、绕组短路的诊断方法小波包-能量熵u 特征频率段的熵值(H)判故障u 熵值变化程度判程度二、理论二、理论研究研究 诊断方法诊断方法10102、绕组变形的诊断方法特征频率的提取变压器故障变压器故障共有共有特征频特征频率率100Hz不能作为唯一特征频率50Hz150HZ可作为绕组变形的特征频率不同故障时，不同不同故障时，不同特征特征频率成份变化不同频率成份变化不同 故障类型故障类型如何诊断绕组故障时绕组故障时对此频率产对此频率产生抑制生抑制200Hz可作为绕组变形的特征频率二、理论二、理论研究研究 诊断方法诊断方法10102、绕组变形的诊断方法故障定位二、理论二、理论

6、研究研究 诊断方法诊断方法10102、绕组变形的诊断方法能量组合模型220=11E =( )=nTfmmS tdtXT能量模型能量模型诊断模型诊断模型5015015015010020021001003+=(+)/(+)=/=TTTTTTFTEECEEEECEEC123=TCCC特征向量特征向量C1、C2、C3分别为特征一、特征二、特征三的特征值。 模型模型ET50、ET100、ET150、ET200分别为变压器油箱顶面振动信号50Hz、100Hz、150Hz、200Hz分量的能量值。 EF100为变压器油箱正面中部振动信号100Hz分量的能量值。 二、理论二、理论研究研究 诊断方法诊断方法10

7、102、绕组变形的诊断方法能量组合模型判据：1、若C1、C2、C3均为正值，则初步认为绕组内部存在变形。2、若测点1处的C1、C2均满足条件:1111121321212223= max= maxCCCCCCCC ，则认为该测点所对应的绕组相记为故障相，即为A相。步骤步骤步骤一：计算测点46处的振动信号基频能量；步骤二：对正常信号和当前信号分别利用诊断模型提取测点13的标准特征向量TN和当前特征向量TX；步骤三：分别计算测点1、2、3处的T=TX-TN=C1 C2 C3；当高、低压绕组之一出现变形后，原频率处幅值出现变化。变压器表面的振动与变压器绕组的压紧状况、位移及变形密切相关，其变化将引起振

8、动特征向量的变化；当前特征向量TX与标准特征向量TN作比较就可以迅速判断变形故障。1111目录目录研究背景研究背景1 1 理论研究理论研究2 2总结展望总结展望4 4实验研究实验研究3 3三、实验研究三、实验研究 负载实验负载实验1010 （4-7）式中：C1n、C2n分别为位置n（n=1，2，3）处C1、C2的值，可初步认为监测点n所在的位置即为发生绕组变形故障相的位置。1、负载实验试验平台、监测点、实验方案试验平台试验平台监测点监测点实验方案实验方案三、实验研究三、实验研究 负载实验负载实验10101、负载实验绕组故障的模拟试验方法 （4-7）式中：C1n、C2n分别为位置n（n=1，2，

9、3）处C1、C2的值，可初步认为监测点n所在的位置即为发生绕组变形故障相的位置。效果效果负载实验原理图负载实验原理图三、实验研究三、实验研究 负载实验负载实验10101、负载实验负载电流可调的实现、故障模拟 （4-7）式中：C1n、C2n分别为位置n（n=1，2，3）处C1、C2的值，可初步认为监测点n所在的位置即为发生绕组变形故障相的位置。TR2的高压侧电压的高压侧电压/V负载电流负载电流I3/A320115.92340123.10360129.72380137.51398144.27调节通用电力变压器TR2高压侧电压，最终能够使负载电流能够接近额定电流。负载电流可调的实现负载电流可调的实现

10、故障模拟故障模拟绕组变形模拟绕组变形模拟绕组短路模拟绕组短路模拟注：故障均设在高压侧A相三、实验研究三、实验研究 可行性分析可行性分析10102、可行性分析绕组变形故障诊断方法验证 （4-7）式中：C1n、C2n分别为位置n（n=1，2，3）处C1、C2的值，可初步认为监测点n所在的位置即为发生绕组变形故障相的位置。变压器变压器I正常信号正常信号变压器变压器I故障信号故障信号变压器变压器II正常信号正常信号变压器变压器II故障信号故障信号基频基频分量分量幅值幅值最大最大除基频分量除基频分量外，外，50Hz，150Hz，200Hz分量分量的幅值均发的幅值均发生了变化生了变化比较当前值与正常值，当

11、前的基频能量值明显增加。说明变压器存在故障。步骤一：计算测点4、5、6处的振动信号基频能量10102、可行性分析绕组变形故障诊断方法验证 （4-7）式中：C1n、C2n分别为位置n（n=1，2，3）处C1、C2的值，可初步认为监测点n所在的位置即为发生绕组变形故障相的位置。步骤二：提取被测变压器I、II油箱的标准特征向量TN和当前特征向量TX步骤三：分别计算两台变压器测点1、2、3处的T=TX-TN=C1 C2 C3，如下表测点测点C1C2C3I测点测点15.81953.38660.3060I测点测点25.52963.20870.2860I测点测点35.70383.29840.3980II测点测点12.93750.85140.223II测点测点22.90040.84310.102II测点测点32.82240.84950.127考察诊断判据知：1、变压器C1、C2、C3均为正值初步认为绕组内部存在变形。2、测点1满足：可判绕组变形出现在A相，与预设的故障位置完全一致。三、试验研究三、试验研究 可行性分析可行性分析1111121321212223= max= maxCCCCCCCC ，1313目录目录研究背景研究背景1 1 理论研究理论研究2 2总