一種變壓器故障檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種變壓器故障檢測方法，該方法基于變壓器電參數故障特征庫，包括變壓器模型建立、變壓器電參數故障特征庫建立和故障檢測。該方法全數字實現，可準確判斷變壓器的多種故障：外部斷路故障、內部斷路故障、對地短路故障、匝地短路故障、匝間短路故障、外部相間短路故障，內部相間短路故障，還可以根據實際需要進行適當擴充。該算法能廣泛適用于油浸式變壓器、水冷式變壓器、空冷式變壓器和空水冷式變壓器等類型的變壓器，能夠提前判斷變壓器故障的發生，最大限度地預防判斷變壓器故障的發生，同時解決參數檢測、故障保護和故障診斷的技術問題，提高了系統的安全性和維修性，降低了系統排查故障的難度和所花費的時間。
【專利說明】一種變壓器故障檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于變壓器及故障診斷領域，具體涉及一種變壓器故障檢測方法。
【背景技術】
[0002] 目前，變壓器故障診斷主要采用油中溶解氣體分析法（DGA)，但油中溶解氣體分析 法只能適用于油浸式變壓器，無法廣泛應用于水冷式變壓器、空冷式變壓器和空水冷式變 壓器等類型的變壓器。且油中溶解氣體分析法只能在故障發生以后，變壓器油中溶解氣體 發生顯著改變的情況下，被動地預防故障的擴大，往往效果不佳。
[0003] 該方法不能主動預防故障的發生，故障反應速度較慢，無法檢測變壓器電參數，也 無法診斷故障類型和故障點位置。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術所存在的不能主動預防故障的發生，故障反應速 度較慢，無法檢測變壓器電參數，也無法診斷故障類型和故障點位置的缺點，提出一種變壓 器故障檢測方法，能廣泛適用于油浸式變壓器、水冷式變壓器、空冷式變壓器和空水冷式變 壓器等類型的變壓器，能夠提前判斷變壓器故障的發生，最大限度地預防判斷變壓器故障 的發生，同時解決參數檢測、故障保護和故障診斷的技術問題，提高了系統的安全性和維修 性，降低了系統排查故障的難度和所花費的時間。
[0005] 本發明的技術方案是：
[0006] 一種變壓器故障檢測方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，建立變壓器故障模型：針對所要檢測的變壓器類型，通過理論分析或者系 統仿真軟件分析出各種故障前后變壓器各相繞組線電壓波形和線電流波形的變化以及該 故障所觸發的繼電保護的類型；
[0008] 步驟2,建立變壓器電參數故障特征庫：對各種故障前后變壓器各相繞組線電壓 波形和線電流波形的變化以及該故障所觸發的繼電保護的類型進行分析，選擇方法簡單、 效果明顯的故障特征，將其編碼成故障特征識別碼固化到變壓器電參數故障特征庫中去；
[0009] 其中，變壓器故障庫包含以下7個內容：縱差保護識別碼、零序電流保護識別碼、 電流有效值識別碼、電壓有效值識別碼、過電流識別碼、電流不均衡度識別碼和二次諧波制 動碼；具體如下：
[0010] 識別碼一.縱差保護識別碼為一個1位二進制數，該位反映變壓器縱差保護狀態； 變壓器至少有一相發生電流縱差保護，該位取1;只有變壓器電流都不發生縱差保護，該位 才取〇 ;
[0011] 識別碼二.零序電流保護識別碼為一個3位二進制數，第0位反映星形副邊零序 電流保護狀態，第1位反映三角形副邊零序電流保護狀態，第2位反映原邊零序電流保護狀 態；如果某邊繞組發生零序電流保護時，該邊繞組對應位上的識別碼為1 ;如果某邊繞組未 發生零序電流保護時，該邊繞組對應位上的識別碼為〇 ;
[0012] 識別碼三.電流有效值識別碼是一個9位十進制數，第0位反映副邊星形c2線電 流有效值，第1位反映副邊星形b2線電流有效值，第2位反映副邊星形a2線電流有效值， 第3位反映副邊三角形cl線電流有效值，第4位反映副邊三角形bl線電流有效值，第5位 反映副邊三角形al線電流有效值，第6位反映原邊三角形C線電流有效值，第7位反映原 邊三角形B線電流有效值，第8位反映原邊三角形A線電流有效值；電流有效值識別碼主要 用于反映各線電流有效值的相對大小，以診斷變壓器斷路故障；如果某套繞組電流有效值 為0,對應位上線電流識別碼為0,該套繞組其它線電流有效值相同，相應位識別碼為1 ;如 果某套繞組電流有效值都不為〇,則該套繞組三個線電流有效值識別碼都為2 ;
[0013] 識別碼四.電壓有效值識別碼是一個3位十進制數，第0位反映原邊三角形C線 電壓有效值，第1位反映原邊三角形B線電壓有效值，第2位（最高位）反映原邊三角形A 線電壓有效值；電壓有效值識別碼主要用于區分原邊三角形繞組單相外部斷路和原邊三角 形繞組兩相內部斷路；原邊線電壓有效值存在兩種情況，所有線電壓有效值相同，電壓有效 值識別碼每位都為1 ;某一線電壓有效值為其余線電壓有效值的2倍，則該線電壓有效值識 別碼為2,其余位為1 ;
[0014] 識別碼五.過電流識別碼是一個9位二進制數，第0位反映副邊星形c2線電流過 電流狀態，第1位反映副邊星形b2線電流過電流狀態，第2位反映副邊星形a2線電流過電 流狀態，第3位反映副邊三角形cl線電流過電流狀態，第4位反映副邊三角形bl線電流過 電流狀態，第5位反映副邊三角形al線電流過電流狀態，第6位反映原邊三角形C線電流 過電流狀態，第7位反映原邊三角形B線電流過電流狀態，第8位反映原邊三角形A線電流 過電流狀態；過電流識別碼主要用于檢測各線電流是否過流，以診斷變壓器外部短路故障； 如果某線電流存在過電流，則相應位過電流識別碼為1，否則為〇 ;
[0015] 識別碼六.電流不均衡度識別碼是一個6位十進制數，第0位反映副邊星形c2線 電流不均衡度，第1位反映副邊星形b2線電流不均衡度，第2位反映副邊星形a2線電流不 均衡度，第3位反映副邊三角形cl線電流不均衡度，第4位反映副邊三角形bl線電流不均 衡度，第5位反映副邊三角形al線電流不均衡度；電流不均衡度識別碼用來診斷電流特征 不明顯的故障；對于某一套繞組而言，如過某一線電流大于該套繞組線電流有效值的平均 值，則電流不均衡度識別碼取2 ;如果某一線電流等于該套繞組線電流有效值的平均值，電 流不均衡度識別碼取1 ;如果某一線電流小于該套繞組線電流有效值的平均值，電流不均 衡度識別碼取〇 ;
[0016] 識別碼七.二次諧波制動碼是一個1位二進制數；原邊至少有一線電流二次諧波 超過整定值，該位取1 ;只有原邊線電流二次諧波都沒超過整定值時，該位才取0 ;它反映變 壓器是否存在勵磁涌流；變壓器產生勵磁涌流時，變壓器縱差保護會誤動，二次諧波制動碼 就是用來實現變壓器縱差保護制動，防止誤動；
[0017] 步驟3,采集原始信號，基于步驟1建立的變壓器故障模型和步驟2建立的變壓 器電參數故障特征庫進行變壓器故障類型和故障點位置的檢測：通過參數檢測檢測算法計 算出線電壓有效值、線電流有效值、線電壓相位角、線電流相位角、有功功率、無功功率、視 在功率、功率因數、功率因數角等；然后通過故障保護算法計算出兩段比率式縱差保護、零 序分量保護、過負荷保護、過流保護計算，同時通過計算勵磁涌流防止繼電保護誤動作；最 后通過查變壓器故障特征庫檢測以下故障：外部斷路故障、內部斷路故障、對地短路故障、 匝地短路故障、匝間短路故障、外部相間短路故障，內部相間短路故障、過負荷故障、過流故 障。
[0018] 在上述的一種變壓器故障檢測方法，所述步驟1是選擇系統仿真軟件MTLAB針對 如下類型的變壓器故障開發變壓器故障模型，所選擇的變壓器故障類型包括：外部斷路故 障、內部斷路故障、對地短路故障、匝地短路故障、匝間短路故障、外部相間短路故障和內部 相間短路故障；調試計算機將變壓器故障模型下載到dSpace半實物仿真平臺中以產生模 擬變壓器線電壓線電流波形供開發、調試及驗證之用。
[0019] 本發明具有如下有點：1、廣泛適用于油浸式變壓器、水冷式變壓器、空冷式變壓器 和空水冷式變壓器等類型的變壓器；2、提前判斷變壓器故障的發生，最大限度地預防判斷 變壓器故障的發生；3、數字實現參數檢測、故障保護和故障診斷，裝置還可以根據實際需要 增加要檢測的內容；4、在線實時參數檢測、故障診斷和故障保護，檢測范圍大，保護范圍廣， 故障診斷明確，提高了系統的安全性和維修性，降低了系統排查故障的難度和所花費的時 間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明所涉及的開發、調試及驗證平臺示意圖。
[0021] 圖2是本發明所涉及的變壓器模型示意圖。
[0022] 圖3是本發明所涉及的變壓器電參數故障特征庫建立流程簡圖。
[0023] 圖4是本發明所涉及的變壓器故障檢測流程簡圖。
[0024] 圖5是本發明所涉及的變壓器故障檢測流程圖。
[0025] 圖6是本發明所涉及的變壓器故障診斷流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 本發明所述的一種變壓器故障檢測方法，以針對檢測DdOyll變壓器為例進行說 明，實施如下：
[0027] 步驟1、變壓器模型建立包含以下步驟：選擇系統仿真軟件MATLAB針對如下類型 的變壓器故障開發變壓器故障模型，所選擇的變壓器故障類型包括：外部斷路故障、內部斷 路故障、對地短路故障、匝地短路故障、匝間短路故障、外部相間短路故障和內部相間短路 故障。調試計算機將變壓器故障模型下載到dSpace半實物仿真平臺中以產生模擬變壓器 線電壓線電流波形供開發、調試及驗證之用。開發、調試及驗證平臺見圖1，變壓器故障模型 不意圖見圖2。
[0028] 步驟2、變壓器電參數故障特征庫建立包含以下步驟：按照圖3所示的開發流程， 經過調試和驗證，變壓器故障庫包含以下7個內容：縱差保護識別碼、零序電流保護識別 碼、電流有效值識別碼、電壓有效值識別碼、過電流識別碼、電流不均衡度識別碼和二次諧 波制動碼。
[0029] 1.縱差保護識別碼為一個1位二進制數，該位反映變壓器縱差保護狀態。變壓器 至少有一相發生電流縱差保護，該位取1 ;只有變壓器電流都不發生縱差保護，該位才取〇。
[0030] 2.零序電流保護識別碼為一個3位二進制數，第0位（最低位）反映星形副邊零 序電流保護狀態，第1位（中間位）反映三角形副邊零序電流保護狀態，第2位（最高位） 反映原邊零序電流保護狀態。如果某邊繞組發生零序電流保護時，該邊繞組對應位上的識 別碼為1 ;如果某邊繞組未發生零序電流保護時，該邊繞組對應位上的識別碼為0。
[0031] 3.電流有效值識別碼是一個9位十進制數，第0位（最低位）反映副邊星形c2線 電流有效值，第1位反映副邊星形b2線電流有效值，第2位反映副邊星形a2線電流有效值， 第3位反映副邊三角形cl線電流有效值，第4位反映副邊三角形bl線電流有效值，第5位 反映副邊三角形al線電流有效值，第6位反映原邊三角形C線電流有效值，第7位反映原 邊三角形B線電流有效值，第8位（最高位）反映原邊三角形A線電流有效值。電流有效 值識別碼主要用于反映各線電流有效值的相對大小，以診斷變壓器斷路故障。如果某套繞 組電流有效值為〇,對應位上線電流識別碼為〇,該套繞組其它線電流有效值相同，相應位 識別碼為1 ;如果某套繞組電流有效值都不為〇,則該套繞組三個線電流有效值識別碼都為 2〇
[0032] 4.電壓有效值識別碼是一個3位十進制數，第0位（最低位）反映原邊三角形C 線電壓有效值，第1位反映原邊三角形B線電壓有效值，第2位（最高位）反映原邊三角形 A線電壓有效值。電壓有效值識別碼主要用于區分原邊三角形繞組單相外部斷路和原邊三 角形繞組兩相內部斷路。原邊線電壓有效值存在兩種情況，所有線電壓有效值相同，電壓有 效值識別碼每位都為1 ;某一線電壓有效值為其余線電壓有效值的2倍，則該線電壓有效值 識別碼為2,其余位為1。
[0033] 5.過電流識別碼是一個9位二進制數，第0位（最低位）反映副邊星形c2線電流 過電流狀態，第1位反映副邊星形b2線電流過電流狀態，第2位反映副邊星形a2線電流過 電流狀態，第3位反映副邊三角形cl線電流過電流狀態，第4位反映副邊三角形bl線電流 過電流狀態，第5位反映副邊三角形al線電流過電流狀態，第6位反映原邊三角形C線電 流過電流狀態，第7位反映原邊三角形B線電流過電流狀態，第8位（最高位）反映原邊三 角形A線電流過電流狀態。過電流識別碼主要用于檢測各線電流是否過流，以診斷變壓器 外部短路故障。如果某線電流存在過電流，則相應位過電流識別碼為1，否則為0。
[0034] 6.電流不均衡度識別碼是一個6位十進制數，第0位（最低位）反映副邊星形c2 線電流不均衡度，第1位反映副邊星形b2線電流不均衡度，第2位反映副邊星形a2線電流 不均衡度，第3位反映副邊三角形cl線電流不均衡度，第4位反映副邊三角形bl線電流不 均衡度，第5位反映副邊三角形al線電流不均衡度。電流不均衡度識別碼用來診斷電流特 征不明顯的故障（如：不存在過流、不存在電流為0)。對于某一套繞組而言，如過某一線電 流大于該套繞組線電流有效值的平均值，則電流不均衡度識別碼取2 ;如果某一線電流等 于該套繞組線電流有效值的平均值，電流不均衡度識別碼取1 ;如果某一線電流小于該套 繞組線電流有效值的平均值，電流不均衡度識別碼取0。
[0035] 7.二次諧波制動碼是一個1位二進制數。原邊至少有一線電流二次諧波超過整定 值，該位取1 ;只有原邊線電流二次諧波都沒超過整定值時，該位才取〇。它反映變壓器是否 存在勵磁涌流。變壓器產生勵磁涌流時，變壓器縱差保護會誤動，二次諧波制動碼就是用來 實現變壓器縱差保護制動，防止誤動。
[0036] 步驟3、變壓器故障檢測包含以下步驟：參數檢測算法、故障保護算法和故障診斷 算法。
[0037] (1)、參數檢測算法如下：
【權利要求】
1. 一種變壓器故障檢測方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，建立變壓器故障模型：針對所要檢測的變壓器類型，通過理論分析或者系統仿 真軟件分析出各種故障前后變壓器各相繞組線電壓波形和線電流波形的變化以及該故障 所觸發的繼電保護的類型； 步驟2,建立變壓器電參數故障特征庫：對各種故障前后變壓器各相繞組線電壓波形 和線電流波形的變化以及該故障所觸發的繼電保護的類型進行分析，選擇方法簡單、效果 明顯的故障特征，將其編碼成故障特征識別碼固化到變壓器電參數故障特征庫中去； 其中，變壓器故障庫包含以下7個內容：縱差保護識別碼、零序電流保護識別碼、電流 有效值識別碼、電壓有效值識別碼、過電流識別碼、電流不均衡度識別碼和二次諧波制動 碼；具體如下： 識別碼一.縱差保護識別碼為一個1位二進制數，該位反映變壓器縱差保護狀態；變 壓器至少有一相發生電流縱差保護，該位取1 ;只有變壓器電流都不發生縱差保護，該位才 取〇 ; 識別碼二.零序電流保護識別碼為一個3位二進制數，第0位反映星形副邊零序電流 保護狀態，第1位反映三角形副邊零序電流保護狀態，第2位反映原邊零序電流保護狀態； 如果某邊繞組發生零序電流保護時，該邊繞組對應位上的識別碼為1 ;如果某邊繞組未發 生零序電流保護時，該邊繞組對應位上的識別碼為〇 ; 識別碼三.電流有效值識別碼是一個9位十進制數，第0位反映副邊星形c2線電流 有效值，第1位反映副邊星形b2線電流有效值，第2位反映副邊星形a2線電流有效值，第3 位反映副邊三角形cl線電流有效值，第4位反映副邊三角形bl線電流有效值，第5位反映 副邊三角形al線電流有效值，第6位反映原邊三角形C線電流有效值，第7位反映原邊三 角形B線電流有效值，第8位反映原邊三角形A線電流有效值；電流有效值識別碼主要用于 反映各線電流有效值的相對大小，以診斷變壓器斷路故障；如果某套繞組電流有效值為0， 對應位上線電流識別碼為0,該套繞組其它線電流有效值相同，相應位識別碼為1 ;如果某 套繞組電流有效值都不為0,則該套繞組三個線電流有效值識別碼都為2 ; 識別碼四.電壓有效值識別碼是一個3位十進制數，第0位反映原邊三角形C線電壓 有效值，第1位反映原邊三角形B線電壓有效值，第2位（最高位）反映原邊三角形A線電 壓有效值；電壓有效值識別碼主要用于區分原邊三角形繞組單相外部斷路和原邊三角形繞 組兩相內部斷路；原邊線電壓有效值存在兩種情況，所有線電壓有效值相同，電壓有效值識 別碼每位都為1 ;某一線電壓有效值為其余線電壓有效值的2倍，則該線電壓有效值識別碼 為2,其余位為1 ; 識別碼五.過電流識別碼是一個9位二進制數，第0位反映副邊星形c2線電流過電 流狀態，第1位反映副邊星形b2線電流過電流狀態，第2位反映副邊星形a2線電流過電流 狀態，第3位反映副邊三角形cl線電流過電流狀態，第4位反映副邊三角形bl線電流過電 流狀態，第5位反映副邊三角形al線電流過電流狀態，第6位反映原邊三角形C線電流過 電流狀態，第7位反映原邊三角形B線電流過電流狀態，第8位反映原邊三角形A線電流 過電流狀態；過電流識別碼主要用于檢測各線電流是否過流，以診斷變壓器外部短路故障； 如果某線電流存在過電流，則相應位過電流識別碼為1，否則為〇 ; 識別碼六.電流不均衡度識別碼是一個6位十進制數，第0位反映副邊星形c2線電 流不均衡度，第1位反映副邊星形b2線電流不均衡度，第2位反映副邊星形a2線電流不均 衡度，第3位反映副邊三角形cl線電流不均衡度，第4位反映副邊三角形bl線電流不均衡 度，第5位反映副邊三角形al線電流不均衡度；電流不均衡度識別碼用來診斷電流特征不 明顯的故障；對于某一套繞組而言，如過某一線電流大于該套繞組線電流有效值的平均值， 則電流不均衡度識別碼取2 ;如果某一線電流等于該套繞組線電流有效值的平均值，電流 不均衡度識別碼取1 ;如果某一線電流小于該套繞組線電流有效值的平均值，電流不均衡 度識別碼取〇 ; 識別碼七.二次諧波制動碼是一個1位二進制數；原邊至少有一線電流二次諧波超過 整定值，該位取1 ;只有原邊線電流二次諧波都沒超過整定值時，該位才取〇 ;它反映變壓器 是否存在勵磁涌流；變壓器產生勵磁涌流時，變壓器縱差保護會誤動，二次諧波制動碼就是 用來實現變壓器縱差保護制動，防止誤動； 步驟3,采集原始信號，基于步驟1建立的變壓器故障模型和步驟2建立的變壓器電參 數故障特征庫進行變壓器故障類型和故障點位置的檢測：通過參數檢測檢測算法計算出線 電壓有效值、線電流有效值、線電壓相位角、線電流相位角、有功功率、無功功率、視在功率、 功率因數、功率因數角等；然后通過故障保護算法計算出兩段比率式縱差保護、零序分量保 護、過負荷保護、過流保護計算，同時通過計算勵磁涌流防止繼電保護誤動作；最后通過查 變壓器故障特征庫檢測以下故障：外部斷路故障、內部斷路故障、對地短路故障、匝地短路 故障、匝間短路故障、外部相間短路故障，內部相間短路故障、過負荷故障、過流故障。
2.根據權利要求1所述的一種變壓器故障檢測方法，其特征在于，所述步驟1是選擇系 統仿真軟件MATLAB針對如下類型的變壓器故障開發變壓器故障模型，所選擇的變壓器故 障類型包括：外部斷路故障、內部斷路故障、對地短路故障、匝地短路故障、匝間短路故障、 外部相間短路故障和內部相間短路故障；調試計算機將變壓器故障模型下載到dSpace半 實物仿真平臺中以產生模擬變壓器線電壓線電流波形供開發、調試及驗證之用。
【文檔編號】G01R31/02GK104407267SQ201410690990
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】李俊, 周艷紅, 文蘭平, 李帆, 劉璇 申請人:中國船舶重工集團公司第七一二研究所