專利名稱：電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于智能變電站領域，涉及一種故障診斷技術，特別涉及一種輸變電設備狀態在線監測技術的電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統。
背景技術：
運行中的變壓器繞組線圈可以看作一個受到外界激勵的質量-剛度-阻尼機械振動結構，由于受到強大的電磁力(特別是超載或短路大電流引起的巨大電磁力)沖擊，做著復雜的機械振動，整個繞組帶動鐵心、絕緣墊塊和夾件等結構發生振動，通過器身和油介質傳遞到變壓器箱體表面，同時以聲波的形式向外擴散。繞組的振動是由于在漏感的影響下，線圈中的電流相互作用產生電動力引起的，電動力正比于電流的平方，并且在線圈的軸向和徑向方向上形成分量，軸向力在豎直方向壓縮繞組。對于一個普通的高低壓繞組，由于電流在同一繞組中方向相同，導致徑向力會壓縮低壓繞組(內部繞組)而向外拉伸高壓繞組(外部繞組)，高低壓繞組受力的相對幅值則是由繞組的高度和半徑決定的。由于繞組的振動取決于負載電流的平方，即Vwinding ο- i2其中，i表示負載電流，Vwinding表示繞組的振動加速度，考慮到電流的頻率等于電網頻率50Hz，因此繞組振動的主要分量為負載電流頻率的2倍，即100Hz。繞組的振動主要是通過絕緣油傳至油箱的，鐵心的磁致伸縮振動是通過兩條路徑傳遞給油箱的，一條是固體傳遞途徑鐵心的振動通過其墊腳傳至油箱；另一條是液體傳遞途徑鐵心的振動通過絕緣油傳至油箱。這兩條途徑傳遞的振動能量，使箱壁(包括磁屏蔽等)產生振動，風扇、油泵等冷卻裝置的振動通過固體傳遞的途徑也會傳至變壓器油箱。這樣，變壓器繞組、鐵心的振動以及冷卻裝置的振動通過各種途徑傳遞到變壓器器身表面，引起了變壓器器身的振動。由于風扇、油泵振動引起的冷卻系統振動的頻譜集中在IOOHz以下，這與本體的振動特性明顯不同，可以比較容易地從變壓器振動信號中分辨出來。變壓器繞組及鐵心的振動與繞組、鐵心的壓緊狀況，繞組的位移和變形密切相關，因此通過測量變壓器油箱表面的振動信號可反映出變壓器繞組及鐵心的狀況。基于以上分析，本設計人試圖找到一種診斷變壓器繞組匝間短路故障的方法，本
案由此產生。
實用新型內容本實用新型的目的，在于提供一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷方法及系統，其易于實現，可準確地診斷短路故障。為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統，包括變壓器、3個相同的振動傳感器、轉換接口、數據采集儀和分析模塊，其中，3個振動傳感器的輸入端分別借助磁鐵牢固地
3吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對應的三個位置，而所述振動傳感器的輸出端經由轉換接口連接數據采集儀的輸入端，數據采集儀根據預設的采樣頻率和采樣時間采集振動傳感器的振動信息，并通過網線接口送入分析模塊。[0012]上述振動傳感器采用CA-YD-103振動加速度傳感器；[0013]上述轉換接口采用BNC電氣轉換接口。[0014]上述數據采集儀采用型號Nicolet7700。[0015]采用上述方案后，本實用新型利用安裝在變壓器頂面的3個振動傳感器測量振動信號，對信號進行傅立葉分析，得到繞組匝間短路的故障特征量，分別為IOOHz分量、200Hz 分量和300Hz分量，并利用如下判據進行診斷(1)如果振動信號中(200Hz+300Hz)/100Hz (也即特征I)的值明顯增加；(2)且IOOHz分量(也即特征2)值也上升，則說明發生繞組匝間短路故障。本實用新型所選取的特征量能準確反映繞組匝間短路的故障特征，經過實驗驗證，是一種有效的診斷電力變壓器繞組匝間短路故障的方法。
[0016]圖I是本實用新型中診斷系統的結構框圖；[0017]圖2是本實用新型診斷系統中振動傳感器的安裝位置示意圖；[0018]圖3是本實用新型診斷方法中小波降噪的原理圖；[0019]圖4是本實用新型中診斷方法的流程圖；[0020]圖5Ca)是本實用新型第一實施例采集到的振動原始信號示意圖；[0021]圖5 (b)是本實用新型第一實施例降噪后的振動信號示意圖；[0022]圖6 (a)是本實用新型第一實施例故障點處在故障前的頻譜示意圖；[0023]圖6 (b)是本實用新型第一實施例故障點處在故障后的頻譜示意圖；[0024]圖7 (a)是本實用新型第二實施例故障點處在故障前的頻譜示意圖；[0025]圖7 (b)是本實用新型第二實施例故障點處在故障后的頻譜示意圖。
具體實施方式
[0026]以下將結合附圖，對本實用新型的技術方案及有益效果進行詳細說明。[0027]首先如圖I所示，本實用新型提供一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統， 包括變壓器、3個相同的振動傳感器、轉換接口、數據采集儀和分析模塊，其中，3個振動傳感器的輸入端借助磁鐵分別牢固地吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對應的三個位置，并隨變壓器同步振動，可配合圖2所示，其中，A、B、C分別表示變壓器的高壓側三相，a、b、c分別表示變壓器的低壓側三相，而1、2、3分別表示3個振動傳感器的安裝位置，O表示變壓器低壓側的零線，而所述振動傳感器的輸出端則通過轉換接口連接數據采集儀的輸入端，數據采集儀的輸出端通過網線接口連接分析模塊。[0028]再請配合圖4所示，是本實用新型工作的流程圖，包括如下步驟[0029](I)確定數據采集儀的采樣頻率和采樣時間，采樣頻率不小于1kHz，而采樣時間不小于O. 5秒，以保證分析數據時的頻譜完整，如在后文兩個實施例中，采樣頻率取5kHz，采樣時間為2秒；[0030](2)在變壓器穩定運行時，數據采集儀對振動傳感器的振動信息進行采樣，然后送入分析模塊，同一情況下進行不少于3次采樣；(3)根據采樣時間、采樣頻率、采樣點數，分析模塊在采樣數據中整周期截取變壓器振動信號；(4)如圖3所示，對截取的信號進行小波降噪；(5)對降噪后的信號段進行傅立葉頻譜分析；(6)求出故障信號的IOOHz、200Hz、300Hz分量幅值；(7)計算故障信號的(200+300)/IOOHz幅值之比，以此作為特征I (定義為CR1),并將IOOHz的值作為特征2 (定義為CR2)；(8)根據步驟(7)提供的信息，與故障閾值對比，進行故障診斷。在變壓器正常狀態下根據上述步驟對變壓器進行監測計算，將此時得到的CR1XR2作為診斷閾值。實施例(一)對一臺實際的電力變壓器進行繞組匝間短路故障設置，驗證本實用新型的正確性，并按照上述步驟進行實驗。該變壓器由江蘇宏源公司生產，其參數如表I。表I
權利要求1.一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統，其特征在于包括變壓器、3個相同的振動傳感器、轉換接口、數據采集儀和分析模塊，其中，3個振動傳感器的輸入端分別借助磁鐵牢固地吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對應的三個位置，而所述振動傳感器的輸出端經由轉換接口連接數據采集儀的輸入端，數據采集儀根據預設的采樣頻率和采樣時間采集振動傳感器的振動信息，并通過網線接口連接分析模塊。
2.如權利要求I所述的電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統，其特征在于所述振動傳感器采用CA-YD-103振動加速度傳感器。
3.如權利要求I所述的電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統，其特征在于所述轉換接口采用BNC電氣轉換接口。
4.如權利要求I所述的電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統，其特征在于所述數據采集儀采用型號NicOlet7700。
專利摘要本實用新型公開一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統，包括變壓器、3個相同的振動傳感器、轉換接口、數據采集儀和分析模塊，其中，3個振動傳感器的輸入端分別借助磁鐵牢固地吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對應的三個位置，而所述振動傳感器的輸出端經由轉換接口連接數據采集儀的輸入端，數據采集儀根據預設的采樣頻率和采樣時間采集振動傳感器的振動信息，并通過網線接口連接分析模塊。此種診斷系統易于實現，并可準確診斷短路故障。
文檔編號G01R31/06GK202735463SQ20122027781
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月13日 優先權日2012年6月13日
發明者王春寧, 陳楷, 馬宏忠, 司小慶, 陳冰冰, 張贏, 朱躍光, 謝小磊, 耿志慧 申請人:江蘇省電力公司南京供電公司, 河海大學, 國家電網公司, 江蘇省電力公司