本發(fā)明涉及電力變壓器繞組變形在線檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于電壓差-電流積分軌跡法的變壓器繞組變形在線檢測方法。

背景技術(shù)：

1、變壓器是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，變壓器的任何故障都會對電力系統(tǒng)造成不可挽回的損害，其高效、可靠、無故障的運(yùn)行是可靠供電的重要前提。在變壓器發(fā)生的所有故障中，繞組變形故障所占比例高于其他故障。然而繞組變形故障具有累積效應(yīng)，如果不能檢測到繞組微小變形故障，隨著故障嚴(yán)重程度的不斷發(fā)展，可能會造成變壓器發(fā)生突發(fā)災(zāi)難性事故或設(shè)備停運(yùn)。因此，靈敏準(zhǔn)確的檢測變壓器繞組故障，有助于提高變壓器的使用壽命和可靠性，并降低其維護(hù)成本。

2、為了解決在不安裝額外監(jiān)測設(shè)備的情況下實現(xiàn)變壓器繞組故障的在線檢測問題，澳大利亞學(xué)者dr.abu等人于2012年首次提出了利用變壓器一二次側(cè)的電壓差和一次側(cè)輸入電流，來構(gòu)建△v-i1曲線軌跡圖形的方法檢測變壓器內(nèi)部故障。該方法不僅能夠有效進(jìn)行在線檢測，而且無需專業(yè)人員對結(jié)果進(jìn)行分析，為變壓器繞組變形故障的在線檢測開辟了一條新途徑。通過△v-i1軌跡法雖然能夠?qū)@組短路故障進(jìn)行在線檢測和嚴(yán)重程度識別，卻對繞組發(fā)生微小變形故障反映不夠靈敏，為了避免變壓器嚴(yán)重?fù)p毀，及時檢測出任何繞組微小變形對變壓器繞組故障排查具有重要意義。

3、基于△v-i1軌跡法的變壓器內(nèi)部故障在線檢測方法通過判斷橢圓軌跡半長軸、半短軸、橢圓傾角的變化量進(jìn)行繞組故障檢測，但是當(dāng)變壓器繞組發(fā)生微小變形故障時，△v-i1軌跡的橢圓特征參數(shù)變化量較小，通過視覺識別的方式難以察覺繞組微小變形。由于繞組變形故障具有累積效應(yīng)，忽略變壓器繞組的微小變形，可能會使變壓器發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。因此，準(zhǔn)確靈敏的檢測變壓器繞組故障，及時檢測出變壓器繞組微小變形，有助于排除變壓器故障隱患。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于電壓差-電流積分軌跡法的變壓器繞組變形在線檢測方法，該方法與原有的△v-i1軌跡法相比，本發(fā)明提出的方法放大了故障軌跡與指紋軌跡的差異，能夠在變壓器不停運(yùn)的狀態(tài)下，檢測出變壓器繞組是否發(fā)生了繞組變形故障，并提高了對繞組微小變形故障的檢測精度。同時還能夠檢測出繞組變形故障的嚴(yán)重程度，對排除變壓器繞組變形故障隱患有積極作用。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、基于電壓差-電流積分軌跡法的變壓器繞組變形在線檢測方法，

4、通過一次側(cè)、二次側(cè)電壓差的積分∫δvd(t)、一次側(cè)電流的積分∫i1d(t)；

5、構(gòu)建∫δvd(t)-∫i1d(t)橢圓軌跡，來實現(xiàn)變壓器繞組變形故障的在線檢測；

6、通過視覺識別和橢圓特征參數(shù)計算，對比分析∫δvd(t)-∫i1d(t)橢圓軌跡在不同故障下的軌跡差異，來實現(xiàn)繞組微小變形故障的檢測。

7、包括以下步驟：

8、步驟1：首先，測量獲取變壓器繞組正常時的電壓電流數(shù)據(jù)，變壓器一次側(cè)的電壓和電流分別為和變壓器二次側(cè)的電壓為；

9、然后，計算變壓器二次側(cè)歸算到一次側(cè)的電壓為u′20；

10、再計算變壓器一次側(cè)、二次側(cè)電壓所代表正弦量的積分∫u10d(t)，∫u′20d(t)；

11、接著，計算變壓器一次側(cè)、二次側(cè)電壓的積分之差∫δv0d(t)＝∫u10d(t)-∫u′20d(t)；

12、δv0表示的含義是變壓器一次側(cè)電壓與變壓器二次側(cè)歸算到一次側(cè)電壓的差值；

13、最后，計算變壓器一次側(cè)電流所代表的正弦量積分∫i10d(t)；

14、步驟2：用步驟1所得到的∫δv0d(t)和∫i10d(t)，構(gòu)建∫δvd(t)-∫i1d(t)橢圓軌跡，并以此作為指紋軌跡。

15、步驟3：在變壓器運(yùn)行一定周期后，在相同的測試條件下，測量此時的電壓電流數(shù)據(jù)，測得的變壓器一、二次側(cè)電壓值和一次側(cè)電流值，分別為和

16、首先，計算變壓器二次側(cè)歸算到一次側(cè)的電壓值為

17、然后，計算變壓器一次側(cè)、二次側(cè)電壓所代表正弦量的積分∫u1ad(t)，∫u′2ad(t)；

18、接著，計算變壓器一次側(cè)、二次側(cè)電壓的積分之差∫δvad(t)＝∫u1ad(t)-∫u′2ad(t)；

19、最后，計算變壓器一次側(cè)電流所代表的正弦量積分∫i1ad(t)；

20、用所得到的∫δvad(t)和∫i1ad(t)，構(gòu)建新的∫δvad(t)-∫i1ad(t)橢圓軌跡。

21、新的橢圓軌跡是指當(dāng)變壓器運(yùn)行一定周期后，在相同的測試條件下，由∫δvad(t)和∫i1ad(t)構(gòu)成的橢圓軌跡，如圖2所示。

22、步驟4：將步驟3所構(gòu)建的新的∫δvad(t)-∫i1ad(t)橢圓軌跡，與步驟2所構(gòu)建的指紋軌跡進(jìn)行橢圓特征參數(shù)計算；具體是：計算橢圓軌跡的半長軸，半短軸，橢圓圓心與豪斯多夫距離。

23、橢圓的一般方程為ax2+bxy+cy2+dx+ey+f＝0；其中，a，b，c，d，e，f為方程的系數(shù)，x，y為方程的變量。

24、則橢圓特征參數(shù)計算公式如下：

25、橢圓的圓心坐標(biāo)(x0，y0)為：

26、橢圓半長軸a，半短軸b為：

27、豪斯多夫距離為：

28、其中：p，q分別是集合p，q中的點；d(p,q)是這些點之間任意的度量。

29、步驟5：對步驟4進(jìn)行對比分析，若步驟4所構(gòu)建的新的∫δvad(t)-∫i1ad(t)橢圓軌跡出現(xiàn)以下任意一種情況時：

30、①.橢圓軌跡的半長軸，半短軸較指紋軌跡發(fā)生變化；

31、②.橢圓軌跡的圓心較指紋軌跡發(fā)生變化；

32、③.橢圓軌跡較指紋軌跡的豪斯多夫距離不為0；

33、則判定變壓器繞組可能發(fā)生了故障。

34、當(dāng)發(fā)生繞組微小變形故障時，指紋軌跡與新的橢圓軌跡如圖3所示。從圖3中可以看出新的橢圓軌跡較指紋軌跡半長軸無明顯變化，半短軸變長，橢圓圓心向上偏移。

35、計算的豪斯多夫距離如圖4所示。由圖4可知，指紋軌跡較新的橢圓軌跡的豪斯多夫距離不為0。

36、所述步驟1中，為變壓器繞組正常時的電壓電流數(shù)據(jù)，為變壓器二次側(cè)歸算到一次側(cè)的電壓和電流；若為單向變壓器，則其中，k為變壓器的變比；若為三相變壓器，則根據(jù)不同的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號，計算歸算后的電壓電流的幅值和相位即可，具體是：

37、若為一次側(cè)為星形接線，二次側(cè)為三角形接線的三相變壓器，則其中為變壓器二次側(cè)線電壓與線電流，為變壓器二次側(cè)歸算到一次側(cè)的線電壓與線電流。

38、所述步驟2中，所述∫δvd(t)-∫i1d(t)橢圓軌跡，是以∫δv0d(t)為y軸、以∫i10d(t)為x軸，構(gòu)建橢圓軌跡。具體是：以∫δv0d(t)為y軸、以∫i10d(t)為x軸，構(gòu)建橢圓軌跡如圖5所示。

39、所述步驟3中，在相同的測試條件下，是指步驟3中變壓器一次側(cè)所加電壓與步驟1中一次側(cè)所加電壓大小相同、步驟3中變壓器二次側(cè)所接負(fù)載與步驟1中變壓器二次側(cè)所接負(fù)載大小相同。

40、所述步驟4中，將步驟3所構(gòu)建的新的∫δvad(t)-∫i1ad(t)橢圓軌跡與步驟2所構(gòu)建的指紋軌跡進(jìn)行橢圓特征參數(shù)計算，是利用數(shù)字圖像處理計算橢圓半長軸、半短軸、橢圓圓心、指紋軌跡與故障軌跡的豪斯多夫距離作為橢圓特征參數(shù)；具體是：

41、利用數(shù)字圖像處理得到橢圓的一般方程為ax2+bxy+cy2+dx+ey+f＝0，則橢圓特征參數(shù)計算公式如下：

42、橢圓的圓心坐標(biāo)(x0，y0)為：

43、橢圓半長軸a，半短軸b為：

44、豪斯多夫距離為：其中p，q分別是集合p，q中的點，d(p，q)是這些點之間任意的度量。

45、所述步驟5中，將步驟4作對比分析，情況分為兩種：一種是變壓器繞組正常；另一種是變壓器發(fā)生了繞組變形故障：

46、若變壓器繞組正常，則步驟3所構(gòu)建的新的∫δvad(t)-∫i1ad(t)橢圓軌跡與步驟2所構(gòu)建的指紋軌跡會完全重合；新的橢圓軌跡與指紋軌跡對比如圖6所示。從圖6中可以看出，當(dāng)變壓器繞組正常時，新的橢圓軌跡與指紋軌跡完全重合。通過參數(shù)計算的橢圓特征不會有差異。

47、若變壓器發(fā)生繞組變形故障，則由于變壓器等效電路模型結(jié)構(gòu)上的改變，使得步驟3所構(gòu)建新的∫δvad(t)-∫i1ad(t)橢圓軌跡發(fā)生相應(yīng)的改變，與繞組正常時的指紋軌跡相比，橢圓軌跡的半長軸，半短軸發(fā)生變化；橢圓圓心發(fā)生變化；同時，橢圓軌跡較指紋軌跡的豪斯多夫距離不為0，具體是：

48、指紋軌跡與新的橢圓軌跡如圖7所示。從圖7中可以看出新的橢圓軌跡較指紋軌跡半長軸略微變長、半短軸明顯變長，橢圓圓心向上偏移。計算的豪斯多夫距離如圖8所示。由圖8可知指紋軌跡較新的橢圓軌跡的豪斯多夫距離不為0。

49、通過以上分析能夠有效的判斷變壓器繞組是否發(fā)生了變形。

50、本發(fā)明基于電壓差-電流積分軌跡法的變壓器繞組變形在線檢測方法，技術(shù)效果如下：

51、1)、該方法通過對橢圓∫δvd(t)-∫i1d(t)軌跡的對比與分析，能夠可靠的判別變壓器繞組是否發(fā)生了繞組變形故障，并對繞組變形故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行預(yù)估，且容易通過視覺識別觀察到繞組微小變形，提高了對繞組微小變形的識別精度。

52、2)、該方法通過對∫δvd(t)-∫i1d(t)橢圓軌跡中指紋軌跡和故障軌跡的半長軸、半短軸、橢圓圓心、豪斯多夫距離這四種特征的計算與分析，可以有效的區(qū)分變壓器繞組的正常狀態(tài)和故障狀態(tài)。

53、3)、本發(fā)明方法能夠在不停電的狀態(tài)下，有效檢測出變壓器是否發(fā)生了繞組微小變形故障，為工作人員及時排除故障隱患提供一個參考。

54、4)、本發(fā)明提出的方法放大了故障軌跡與指紋軌跡的差異，能夠在變壓器不停運(yùn)的狀態(tài)下，檢測出變壓器繞組是否發(fā)生了繞組變形故障，并提高了對繞組微小變形故障的檢測精度，同時還能夠檢測出繞組變形故障的嚴(yán)重程度，對排除變壓器繞組變形故障隱患有積極作用。