變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法
【專利說(shuō)明】變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]作為輸變電的關(guān)鍵設(shè)備，變壓器在電力系統(tǒng)中被大量使用，在設(shè)計(jì)制造時(shí)選擇鐵芯的工作范圍，避免在額定電壓運(yùn)行時(shí)鐵芯進(jìn)入飽和區(qū)，隨著制造的成本控制，鐵芯的工作點(diǎn)不斷靠近飽和區(qū)。當(dāng)太陽(yáng)發(fā)生磁暴時(shí)，在電網(wǎng)中通過(guò)地磁感應(yīng)準(zhǔn)直流電流(0.01~0.1Hz)會(huì)引起變壓器直流偏磁運(yùn)行，直流輸電系統(tǒng)在大地回流方式(包括單極大地回線方式及雙極不平衡方式)運(yùn)行時(shí)，也會(huì)引起交流電網(wǎng)中部分中性點(diǎn)接地變壓器的直流偏磁問(wèn)題。直流偏磁使變壓器鐵芯進(jìn)入單側(cè)飽和區(qū)域回環(huán)，由于鐵芯飽和導(dǎo)致勵(lì)磁電流急劇增大，導(dǎo)致漏磁通增加，振動(dòng)加劇，噪聲增大，連續(xù)的過(guò)大振動(dòng)以及由于漏磁增加導(dǎo)致的局部機(jī)件的過(guò)熱，影響變壓器內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和絕緣材料的可靠性，對(duì)變壓器的可靠運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。
[0005]由于變壓器鐵芯無(wú)法直接進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量，目前無(wú)法獲得運(yùn)行中變壓器鐵芯的實(shí)際工作狀態(tài)信息，為了避免偏磁運(yùn)行，目前通過(guò)對(duì)變壓器的中性點(diǎn)直流進(jìn)行監(jiān)視以及采取投切中性點(diǎn)直流抑制裝置來(lái)限制鐵芯的偏磁運(yùn)行，但由于變壓器結(jié)構(gòu)及制造工藝不同，以及變壓器負(fù)載狀態(tài)的差異，無(wú)法通過(guò)直流電流的大小直接判斷鐵芯是否進(jìn)入單側(cè)飽和狀態(tài)，雖然可以通過(guò)噪聲及振動(dòng)檢測(cè)輔助判斷，但仍然無(wú)法直觀準(zhǔn)確的獲得鐵芯的工作狀態(tài)。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法，其能夠及時(shí)有效的識(shí)別鐵芯的工作狀態(tài)，并針對(duì)偏磁等導(dǎo)致的單側(cè)飽和提供量化的計(jì)算結(jié)果，從而便于自動(dòng)控制系統(tǒng)即時(shí)識(shí)別鐵芯的異常工作狀態(tài)，避免鐵芯長(zhǎng)期運(yùn)行在單側(cè)飽和區(qū)域，確保變壓器設(shè)備的可靠運(yùn)行。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的:一種變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法以變壓器一側(cè)電壓的積分表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化，將變壓器各側(cè)電流折算合成后以電流合成值的變化表示磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化趨勢(shì)，分別以B、H為縱、橫坐標(biāo)軸，逐點(diǎn)繪制，重構(gòu)出BH曲線，對(duì)BH曲線的圖形特征進(jìn)行量化后識(shí)別鐵芯的工作狀態(tài)。
[0009]優(yōu)選地，所述變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法對(duì)BH曲線的圖形特征量化的步驟如下:分別找出BH曲線的B、H軸方向的極大值、極小值以及新的中心點(diǎn)，以新的中心點(diǎn)為原點(diǎn)構(gòu)建新的參考坐標(biāo)系將BH曲線分割為四個(gè)象限，然后分別求出在新坐標(biāo)系中第一象限、第三兩個(gè)象限內(nèi)極值點(diǎn)與坐標(biāo)軸形成的矩形面積，計(jì)算得出表征BH曲線特征的BH曲線不對(duì)稱度。
[0010]優(yōu)選地，所述BH曲線不對(duì)稱度的正負(fù)表示當(dāng)前鐵芯偏磁的方向。
[0011]優(yōu)選地，所述電流合成值為鐵芯的勵(lì)磁電流，使用變壓器一側(cè)的電壓為基準(zhǔn)，將各側(cè)電流根據(jù)變壓器的電壓比進(jìn)行轉(zhuǎn)換后相減從而求出鐵芯的勵(lì)磁電流。
[0012]優(yōu)選地，所述變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法在電壓電流數(shù)據(jù)采樣期間，對(duì)電壓電流數(shù)據(jù)序列逐點(diǎn)依次重復(fù)BH曲線的重構(gòu)和不對(duì)稱度計(jì)算過(guò)程，從而獲得BH曲線的不對(duì)稱度曲線。
[0013]優(yōu)選地，所述變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法針對(duì)運(yùn)行的變壓器，經(jīng)過(guò)量化后的鐵芯狀態(tài)可以作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在監(jiān)視屏幕上繪制出變化曲線，同時(shí)通過(guò)設(shè)置報(bào)警閾值，當(dāng)檢測(cè)到鐵芯異常狀態(tài)時(shí)的自動(dòng)報(bào)警。
[0014]優(yōu)選地，所述變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法經(jīng)過(guò)量化后的鐵芯狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋到微機(jī)保護(hù)裝置中，提高微機(jī)保護(hù)裝置識(shí)別的正確率，避免出現(xiàn)傳統(tǒng)原理保護(hù)的誤動(dòng)情況。
[0015]優(yōu)選地，所述變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法經(jīng)過(guò)量化后的鐵芯狀態(tài)數(shù)據(jù)用來(lái)控制直流抑制裝置的工作狀態(tài)，避免變壓器在直流偏磁下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。
[0016]優(yōu)選地，所述變壓器鐵芯狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法不僅適用于具有高壓、低壓兩組電壓的雙繞組變壓器的鐵芯在線檢測(cè)，對(duì)于更多繞組的變壓器上述檢測(cè)方法同樣使用，只需根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)改變電流的合成計(jì)算方式即可。
[0017]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:針對(duì)運(yùn)行的變壓器，本發(fā)明經(jīng)過(guò)量化后的鐵芯狀態(tài)可以作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在監(jiān)視屏幕上繪制出變化曲線，同時(shí)通過(guò)設(shè)置報(bào)警閾值，實(shí)現(xiàn)當(dāng)檢測(cè)到鐵芯異常狀態(tài)時(shí)的自動(dòng)報(bào)警；經(jīng)過(guò)量化后的鐵芯狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋到微機(jī)保護(hù)裝置中，提高微機(jī)保護(hù)裝置識(shí)別的正確率，避免出現(xiàn)傳統(tǒng)原理保護(hù)的誤動(dòng)情況；經(jīng)過(guò)量化后的鐵芯狀態(tài)數(shù)據(jù)用來(lái)控制直流抑制裝置的工作狀態(tài)，避免變壓器在直流偏磁下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；不僅適用于具有高壓、低壓兩組電壓的雙繞組變壓器的鐵芯在線檢測(cè)，對(duì)于更多繞組的變壓器上述檢測(cè)方法同樣使用，只需根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)改變電流的合成計(jì)算方式即可。本發(fā)明通過(guò)對(duì)變壓器工作原理的分析，結(jié)合不同工作狀態(tài)下變壓器的鐵芯變化特征，使用電壓電流數(shù)據(jù)重構(gòu)出能夠?qū)崟r(shí)反映鐵芯工作狀態(tài)的BH曲線，根據(jù)BH曲線的特征識(shí)別鐵芯是否進(jìn)入單側(cè)飽和狀態(tài)，并且提供一種能夠反映鐵芯工作狀態(tài)的量化數(shù)據(jù)，本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于鐵芯在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、中性點(diǎn)直流抑制裝置投切控制系統(tǒng)，同時(shí)也可以應(yīng)用在微機(jī)保護(hù)裝置中用來(lái)提高保護(hù)裝置的可靠性和正確性。
[0018]
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為單相變壓器兩側(cè)CT (電流互感器)布置示意圖。
[0020]圖2為單相變壓器電壓電流及磁通示意圖。
[0021]圖3為不同狀態(tài)下鐵芯的實(shí)際磁滯回線。
[0022]圖4為BH曲線不對(duì)稱度的計(jì)算原理圖。
[0023]圖5(a)為變壓器運(yùn)行中偏磁時(shí)的高壓側(cè)電壓曲線示意圖。
[0024]圖5 (b)為變壓器運(yùn)行中偏磁時(shí)的高壓側(cè)電流曲線示意圖。
[0025]圖5 (C)為變壓器運(yùn)行中偏磁時(shí)的低壓側(cè)電流曲線示意圖。
[0026]圖6為變壓器運(yùn)行中出現(xiàn)直流偏磁時(shí)的勵(lì)磁電流示意圖。
[0027]圖7為變壓器運(yùn)行中出現(xiàn)直流偏磁時(shí)重構(gòu)的BH曲線示意圖。
[0028]圖8為變壓器運(yùn)行中出現(xiàn)直流偏磁時(shí)的鐵芯BH曲線不對(duì)稱度的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0030]本發(fā)明可以用于變壓器鐵芯工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)中，下面具體以500kV/110kV單相雙繞組變壓器來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體應(yīng)用。
[0031]如圖1所示的500kV/110kV雙繞組單相變壓器102高低壓兩側(cè)配置了兩組CT，即高壓側(cè)CT101、低壓側(cè)CT103，參考差動(dòng)保護(hù)的CT安裝方式，CT的同名端如圖1中CT附近的
所示，均朝向變壓器外側(cè)，所使用的交流電壓頻率為工頻50Hz，對(duì)高壓側(cè)的電壓、高壓側(cè)的電流、低壓側(cè)的電流進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集，根據(jù)CT變比，自動(dòng)將采集到的兩側(cè)電流轉(zhuǎn)換為一次電流，以便內(nèi)部計(jì)算處理，電壓則仍然為二次電壓。
[0032]雙繞組單相變壓器的兩側(cè)電壓、電流以及內(nèi)部磁通如圖2所示，其中Ul、11為高壓側(cè)的電壓電流，U2、12為低壓側(cè)的電壓電流，Φ 1、Φ 2分別為高低壓兩側(cè)電流11、12對(duì)應(yīng)的磁通，Φπι為Φ1、Φ2相互抵消后的剩余磁通，Φπι的大小能夠表現(xiàn)鐵芯的工作狀態(tài)。
[0033]根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，拐點(diǎn)的定義為:在某一個(gè)工作點(diǎn)，當(dāng)在這個(gè)工作點(diǎn)磁通增加10%，與此同時(shí)電流增加50%的時(shí)候，這一點(diǎn)就稱為拐點(diǎn)。變壓器設(shè)計(jì)時(shí)已控制額定電壓運(yùn)行的磁滯回線在拐點(diǎn)以內(nèi)，不會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)。圖3為不同狀態(tài)下鐵芯的實(shí)際磁滯回線，在額定電壓下沒(méi)有偏磁或剩磁運(yùn)行時(shí)的磁滯回線如圖3中的第一曲線301所示，兩側(cè)均不進(jìn)入飽和區(qū)域；當(dāng)出現(xiàn)直流偏磁或剩磁時(shí)的磁滯回線如圖3中的第二曲線302所示，進(jìn)入單側(cè)飽和區(qū)域；當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，鐵芯將如圖3中的第三曲線303所示，進(jìn)入雙向飽和區(qū)域。
[0034]根據(jù)圖2所示的磁通合成原理，將低壓側(cè)電流根據(jù)變壓器的變比折算到高壓側(cè)后進(jìn)行對(duì)應(yīng)磁通的相互抵消，考慮到出現(xiàn)飽和時(shí)鐵損及其他損耗對(duì)應(yīng)的電流分量在勵(lì)磁電流中的比例降低，兩側(cè)電流抵消合成后的剩余電流主要用來(lái)建立剩余磁通Φ m，針對(duì)本臺(tái)變壓器為500kV/110kV的變壓器，勵(lì)磁電流Im的工程近似值的計(jì)算公式為式(I):
Im = Il - 12/(500/110)......(I)
使用Im以及高壓側(cè)電壓U1，即可繪出表示鐵芯變化的BH曲線，根據(jù)圖4的BH曲線不對(duì)稱度的計(jì)算原理，即可求出偏磁時(shí)的BH曲線不對(duì)稱度，具體步驟如下:
對(duì)高壓側(cè)電壓Ul和兩側(cè)電流(高壓側(cè)電流I1、低壓側(cè)電流12)進(jìn)行高速數(shù)字采樣，將電壓和電流轉(zhuǎn)換為表征其變化過(guò)程的采樣數(shù)據(jù)序列，然后根據(jù)公式(I)求出鐵芯的勵(lì)磁電流Im。根據(jù)數(shù)據(jù)的采樣率，截取當(dāng)前時(shí)刻之前的一個(gè)完整周波的電壓(Ul)電流(Im)采樣數(shù)據(jù)序列，當(dāng)電源電壓頻率為50Hz時(shí)，也就是20ms的采樣數(shù)據(jù)序列，對(duì)電壓(Ul)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行積分處理后得到的B_one_WaVe序列，將其作為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化，電流(Im)數(shù)據(jù)作為H_one_wave序列表現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化，在二維平面上，將H_one_wave序列作為水平方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度H軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，B_one_wave序列作為垂直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度B軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使用上述兩組數(shù)據(jù)序列構(gòu)造出圖4所示的BH曲線。max函數(shù)用來(lái)找出指定數(shù)據(jù)序列中的最大值，min函數(shù)用來(lái)找出指定數(shù)據(jù)序列中的最小值，使用max、min分別找出本周波BH曲線的B、H軸方向的極大值、極小值，具體程序處理如下:
BH曲線H軸方向極大值點(diǎn)H_max = max (H_one_wave)；
BH曲線H軸方向極小值點(diǎn)H_min = min (H_one_wave)；
BH曲線B軸方向極大值點(diǎn)B_max = max (B_one_wave)；
BH曲線B軸方向極小值點(diǎn)B_min = min (B_one_wave)；
基于上述數(shù)據(jù)，圖4中BH曲線的A、C兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A(H_max，B_max)、C(H_min，B_min)，由于電源是交流模式，根據(jù)交