[發明專利]基于有限元仿真與現場試驗的變壓器結構性故障診斷方法

在審

• 申請號: 201510864608.3
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN105468858A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 魯非;史天如;周凱;金雷;劉思維;劉毅;李化;王珂;林福昌
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網湖北省電力公司電力科學研究院;華中科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

技術領域

本發明涉及變壓器故障診斷技術領域，具體是一種基于有限元仿 真與現場試驗的變壓器結構性故障診斷方法。

背景技術

結構性故障是導致電力變壓器發生損壞事故的主要原因之一。對 運輸或短路沖擊后的變壓器進行結構性故障診斷可確保變壓器的安 全穩定運行。目前常用的變壓器結構性故障離線檢測方法主要有頻率 響應法(FrequencyResponseAnalysis,FRA)、短路阻抗法 (Short-CircuitImpedanceMethod,SCI)等。頻率響應法能夠在較寬 的頻帶上測量分析電路網絡的頻率響應特性從而判斷繞組狀態，具有 較高的靈敏度。短路阻抗法能夠反映線圈徑向形變，且積累了大量的 現場試驗數據。然而，目前對于頻率響應曲線及短路阻抗等現場試驗 結果變化的根本原因及其與故障類型的對應關系尚有待研究，因此存 在試驗結果認識不明確、存在誤判的問題，導致故障診斷可靠性降低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于有限元仿真與現場 試驗相結合的變壓器結構性故障診斷方法，以提高變壓器結構性故障 診斷的可靠性，解決現場試驗中對試驗結果認識不明確、存在誤判等 問題。

一種基于有限元仿真與現場試驗的變壓器結構性故障診斷方法， 包括如下步驟：

步驟一、在有限元仿真軟件中建立變壓器有限元模型；

步驟二、在變壓器有限元模型中對不同結構性故障進行模擬；

步驟三、在步驟二設置的不同類型及程度結構性故障模型中，求 解其主要電氣參數，建立“結構性故障-電氣參數”之間的關系；

步驟四、根據變壓器有限元模型求解得到的電氣參數，建立電路 模型仿真對應的現場試驗結果，通過仿真電路模型求解不同電氣參數 下變壓器的頻率響應曲線及短路阻抗，建立“電氣參數-試驗結果” 對應關系；

步驟五、以電氣參數為中間變量，建立試驗結果與結構性故障的 對應關系：通過有限元模型對不同類型及程度結構性故障進行模擬， 求解其電氣參數變化，進而建立不同的電路模型，通過仿真電路模型 求解不同電氣參數下變壓器的頻率響應曲線及短路阻抗，建立“結構 性故障-電氣參數-試驗結果”的對應關系。

進一步的，步驟一中建立變壓器有限元模型時考慮主要支撐件的 材料特性。

進一步的，步驟二中通過改變變壓器有限元模型中各部件的結 構、相對位置、連接方式對變壓器常見結構性故障進行模擬。

進一步的，所述結構性故障包括徑向形變、軸向位移、匝間短路、 餅間短路、不良接地。

進一步的，求解變壓器電氣參數主要是對其電容矩陣及電感矩陣 進行，所述有限元模型中變壓器的n個線餅間電容構成變壓器的n階 電容矩陣，其中：C_ij為第i個線餅與第j個線餅之間的耦合電容；C_ii為第i個線餅的自電容，其主要包括線餅的對地電容及與其他線餅的 耦合電容之和，兩個線餅間的耦合電容通過以下公式獲得：

Cij=2WijV2=12∫ΩDi×EjdΩ]]>

式中，W_ij為電場儲存能量，D_i第i線餅對應的電位移密度，E_j為第j線餅的電場強度；

當外部電流僅通過第i個線餅時，其自電感L_ii及電阻R_ii可被描 述為以下向量形式：