[發明專利]一種變壓器繞組匝間絕緣故障診斷方法與裝置

在審

• 申請號: 201610954207.1
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN107037311A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 萬勛;葉會生;劉赟;彭敏放;羅偉;趙世華;孫利朋
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網湖南省電力公司;國網湖南省電力公司電力科學研究院;湖南大學
• 主分類號: G01R31/06
• 分類號: G01R31/06
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪,譚武藝

技術領域

本發明涉及變壓器繞組匝間絕緣故障診斷技術，具體涉及一種變壓器繞組匝間絕緣故障診斷方法與裝置。

背景技術

隨著電力系統的改造升級，電壓等級逐步提升。電力變壓器是電力系統的重要樞紐，一旦發生故障，將嚴重影響相關區域電網的安全穩定運行。在故障初期，潛在的匝間絕緣缺陷，特別是輕微的匝間短路故障，發展速度很快，如果處理不及時將會造成很嚴重的后果，因此及時發現早期輕微的匝間絕緣故障相當重要。

對于變壓器繞組的故障診斷，目前采用的主流方式有兩種，其一是變壓器油中的溶解氣體分析(DGA)，其二則是采用局部放電監測技術。(1)基于DGA的變壓器故障診斷乃是比較經典的一種方法。其原理乃是考慮到當變壓器發生嚴重的熱性故障或者是電氣故障時絕緣材料由于受熱分解會有多種氣體生成并溶解于變壓器油中，其中H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₂以及C2H₄乃是五種常用的故障特征氣體。通過將其含量與正常的變壓器油進行對比可以發現變壓器所產生的故障類型。并且目前學術界以及工程界對于該法的研究和使用都相對成熟，多種與之相關的智能診斷方式被相繼提出。該法實際上是一種綜合性的診斷方式，它可以發現包括局部放電、低溫過熱和高溫過熱等多種故障形式，但是值得注意的是，它存在兩大缺陷，一是故障類型與特征氣體之間的關系并不明確，可能多種故障類型導致了類似的氣體變化情況，特別是對于輕微匝間故障很難做出準確的診斷，其次即便能夠診斷出故障類型，也并不能確定故障的確切位置。(2)基于局部放電檢測的變壓器故障診斷，乃是通過提取局部放電信號，來進行變壓器運行狀態的評判。局部放電信號有多種形式，常見的有懸浮放電、內部放電以及匝間絕緣局部擊穿等，不同的放電形式對應著不同的故障信號類型。采用這種診斷方式相對于DGA有著更強的針對性，但是由于變壓器運行環境比較復雜，存在多種絕緣缺陷類型以及放電種類，這些故障所導致的絕緣破壞現象各不相同，并且現場環境對于局部放電信號的干擾也帶來了極大的診斷困難。綜上所述，不管是基于DGA還是基于局部放電信號，在對于變壓器的匝間短路故障診斷方面，特備是輕微故障方面，都存在明顯的局限性。

近年來，行波定位技術因具有原理和操作簡單，精確度高的優點被成功應用于電力電纜和發電機繞組故障定位等領域。但是，如何將其應用于變壓器繞組匝間絕緣故障診斷，仍然是一項亟待解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種能夠簡化電力檢修過程，實現變壓器匝間故障的準確診斷和定位，預測變壓器嚴重故障的發展趨勢，特別是針對比較輕微的變壓器匝間故障而言診斷準確性明顯提升且操作簡便的變壓器繞組匝間絕緣故障診斷方法與裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一方面，本發明提供一種變壓器繞組匝間絕緣故障診斷方法，實施步驟包括：

1)在變壓器繞組線端輸入低壓窄脈沖信號，采樣獲取行波反射信號；

2)針對行波反射信號，計算行波反射信號隨故障位置單調變化的故障特征，所述故障特征包括當前的行波反射信號與正常行波反射信號的行波系數及能量比值；

3)將變壓器繞組以預設的K匝為一組劃定定位區間，將所述故障特征輸入訓練好的遺傳神經網絡確定故障特征對應的故障區間實現故障定位、并根據故障特征輸出故障診斷結果，所述遺傳神經網絡包含故障特征和對應故障區間之間的映射關系。

優選地，步驟2)中的行波系數包括電壓反射系數K_u和折射系數H_u，且所述電壓反射系數K_u的計算函數表達式如式(1)所示，所述折射系數H_u的計算函數表達式如式(2)所示；

式(1)和式(2)中，Z₂為輸入變壓器繞組線端的低壓窄脈沖信號的阻抗，Z₁是當前的行波反射信號的阻抗。

優選地，步驟2)中能量比值的計算函數表達式如式(3)所示；

式(3)中，E表示當前的行波反射信號與正常行波反射信號的能量比值，U₂為輸入變壓器繞組線端的低壓窄脈沖信號的電壓值，U₁是當前的行波反射信號的電壓值。

優選地，步驟3)根據故障特征輸出故障診斷結果的詳細步驟包括：