一种变压器匝间短路故障评估的方法及装置

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种变压器匝间短路故障评估的方法及装置。

背景技术

目前，随着我国科学技术的快速发展，用电量大幅度增加，为适应用电情况，数字电网的大规模发展也是必不可少，随着数字电网的发展，我国在发电和输电方面基本实现了信息化、自动化和智能化，但在配电和用电方面仍然存在较大的发展空间。

当大功率负载大规模接入数字电网，造成输电线路的电压波动较大时，变压器易出现故障，与变压器有关的故障通常包括相间短路、单相接地短路以及匝间短路等。其中最常见的一种故障类型为匝间短路故障，变压器绕组匝间故障是变压器常见的内部绝缘故障，对于大型变压器，匝间短路故障的数量高达电力系统故障的60％～70％。如此高的故障率暴露出变压器匝间绝缘的早期诊断及预防措施有限，实际上，现场变压器运行中的发生轻度匝间短路后绕组端部电气量变化小，继电保护设备难以有效识别并切断故障，导致故障由匝间短路转化为更严重的故障。所以，变压器绕组匝间短路计算及仿真仍是目前变压器继电保护及故障分析的研究重点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种变压器匝间短路故障评估的方法及装置，通过解体检查得出变压器出现故障的初步结论，并通过变压器匝间短路故障评估数学模型结合变压器短接匝间短路模拟测试跳线板进行仿真模拟，得出故障的最终结论，提高变压器出现匝间短路故障时的评估诊断效率。

本发明提出了一种变压器在间短路故障评估的方法，所述方法包括：

对出现故障的变压器进行解体检查，得出故障类型和故障位置的初步结论；

建立变压器匝间短路故障评估数学模型，基于所述变压器匝间短路故障评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真，得出仿真结果；

基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器，得出模拟结果；

基于所述仿真结果和模拟结果对所述故障类型和故障位置的初步结论进行验证。

进一步的，所述对出现故障的变压器进行解体检查，得出故障类型和故障位置的初步结论包括：

将所述出现故障的变压器解体，并对所述出现故障的变压器的外观以及内部绕组线圈进行检查，初步判断故障类型是否为匝间短路故障，并确定故障位置。

进一步的，所述基于所述变压器匝间短路故障评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真包括：

计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时的变比系数；

基于所述出现故障的变压器各绕组电感的关系系数计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时的修正系数；

基于所述变比系数和修正系数计算得出所述出现故障的变压器的回路电压方程组，并得出所述出现故障的变压器的电压数据。

进一步的，所述计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时的变比系数包括：

基于所述出现故障的变压器的一次侧绕组和二次侧绕组的匝数参数计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时的变比系数。

进一步的，所述基于变压器各绕组电感的关系系数计算变压器出现匝间短路故障时的修正系数包括：

基于所述出现故障的变压器的漏磁系数、一次侧绕组和二次侧绕组的电感关系系数计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时的修正系数。

进一步的，所述基于所述变压器匝间短路故障评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真还包括：

计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时一次侧绕组的相绕组电流；

基于所述一次侧绕组的相绕组电流计算未短路部分绕组的等效电流；

基于所述未短路部分绕组的等效电流计算二次侧绕组的相绕组电流组；

基于所述二次侧绕组的相绕组电流组得出所述出现故障的变压器的电流数据。

进一步的，所述基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器包括：

将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组，并改变所述第二变压器的内部线圈绕组接入所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板的匝数，记录并分析电压数据，得出所述第二变压器的匝间短路故障电压模拟结果。

进一步的，所述基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器还包括：

将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组的开关上，对开关进行重复的短接和断开，记录并分析电流数据，得出所述第二变压器的匝间短路故障电流模拟结果。

进一步的，所述基于所述仿真结果和模拟结果对所述故障类型和故障位置的初步结论进行验证包括：

基于所述第二变压器的匝间短路故障电压模拟结果验证所述出现故障的变压器的电压数据；

基于所述第二变压器的匝间短路故障电流模拟结果验证所述出现故障的变压器的电流数据；

验证所述故障类型和故障位置的初步结论的精确度，并得出所述出现故障的变压器的故障类型和故障位置的最终结论。

本发明还提出了一种变压器匝间短路故障评估装置，所述装置包括：

解体检查模块，所述解体检查模块用于对出现故障的变压器进行解体检查，得出故障类型和故障位置的初步结论；

仿真模块，所述仿真模块用于建立变压器匝间短路故障评估数学模型，基于所述变压器匝间短路故障评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真，得出仿真结果；

模拟模块，所述模拟模块用于基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器，得出模拟结果；

验证模块，所述验证模块用于基于所述仿真结果和模拟结果对所述故障类型和故障位置的初步结论进行验证。

本发明通过解体检查，得出出现故障的变压器的故障类型和故障位置的初步结论，分析得到变压器出现故障的初步判断结果；基于变压器匝间短路故障评估数学模型进行仿真，通过计算所述出现故障的变压器的电压数据和电流数据得到所述出现故障的变压器在出现匝间短路故障时的工作参数，同时基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器正常工作状态，得出所述出现故障的变压器正常工作时的工作参数，并将所述出现故障的变压器在正常工作与出现匝间短路故障时的工作参数进行分析比对，对变压器出现故障的初步判断结果进行验证，得出变压器出现故障的最终结论，提高了变压器出现匝间短路故障时的评估诊断效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的变压器匝间短路故障评估流程图；

图2是本发明实施例中的基于变压器匝间短路电压变比评估数学模型进行仿真的流程图；

图3是本发明实施例中的基于变压器匝间短路电流瞬变评估数学模型进行仿真的流程图；

图4是本发明实施例中的对所述故障类型和故障位置的初步结论进行验证的流程图；

图5是本发明实施例中的变压器匝间短路故障评估装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本发明实施例所涉及的一种变压器匝间短路故障评估的方法，所述方法包括：对出现故障的变压器进行解体检查，得出故障类型和故障位置的初步结论；建立变压器匝间短路故障评估数学模型，基于所述变压器匝间短路故障评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真，得出仿真结果；基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器，得出模拟结果；基于所述仿真结果和模拟结果对所述故障类型和故障位置的初步结论进行验证。

在本实施例的一个可选实现方式中，如图1所示，图1示出了本发明实施例中的变压器匝间短路故障评估流程图，包括以下步骤：

S101、对出现故障的变压器进行解体检查，得出故障类型和故障位置的初步结论；

在本实施例的一个可选实现方式中，这里将所述出现故障的变压器解体，并对所述出现故障的变压器的外观以及内部绕组线圈进行检查，初步判断故障类型是否为匝间短路故障，并确定故障位置。

具体的，对于大型变压器来说，出现匝间短路故障的几率较高，在此步骤中，对出现故障的变压器解体，并对其外观以及内部绕组线圈先进行初步检查，初步判断出现故障的变压器的故障类型是否为匝间短路故障，同时排查出故障位置。

更多的，若出现匝间短路故障，其损坏的部位一般为变压器内部的高压绕组线圈，高压绕组线圈出现短路时一般会引起对地短路击穿、饼间乱乱击穿以及匝间短路击穿，其表现一般为短路引起的大面积放电烧蚀痕迹，且损坏的位置有可能出现在高压绕组线圈的上部或下部，因此这里对出现故障的变压器进行解体检查是有必要的，可提供故障原因初步结论，提高诊断效率。

S102、建立变压器匝间短路故障评估数学模型，基于所述变压器匝间短路故障评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真，得出仿真结果；

在本实施例的一个可选实现方式中，所述变压器匝间短路故障评估数学模型包括两部分，即变压器匝间短路电压变比评估数学模型和变压器匝间短路电流瞬变评估数学模型，这里分别基于所述变压器匝间短路电压变比评估数学模型和变压器匝间短路电流瞬变评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真，得出仿真结果。

在本实施例的一个可选实现方式中，基于变压器匝间短路电压变比评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真，得出仿真结果。

具体的，当变压器内部绕组线圈发生匝间短路故障时，造成短路的绕组线圈等效为并联模式，此时相当于线圈绕组匝数减少，从而导致变压器电压的变化。

具体的，如图2所示，图2示出了本发明实施例中的基于变压器匝间短路电压变比评估数学模型进行仿真的流程图，包括以下步骤：

S201、计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时的变比系数；

在本实施例的一个可选实现方式中，基于所述出现故障的变压器的一次侧绕组和二次侧绕组的匝数参数计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时的变比系数。

具体的，所述变压器出现匝间短路故障时的变比系数的计算公式为：

其中，k

具体的，当变压器出现匝间短路故障时，如果短路部分的匝数较少，则未短路部分的绕组还具备支撑交流电压的功能，相较于正常工作时，有效绕组匝数减少，因此其二次侧绕组与一次侧绕组中的短路部分和未短路部分的变比会有所变化。

S202、基于所述出现故障的变压器各绕组电感的关系系数计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时的修正系数；

在本实施例的一个可选实现方式中，基于所述出现故障的变压器的漏磁系数、一次侧绕组和二次侧绕组的电感关系系数计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时的修正系数。

具体的，所述变压器出现匝间短路故障时的修正系数的计算公式为：

σ

其中，σ

具体的，当变压器出现匝间短路故障时，会使内部线圈绕组周围漏磁场分布发生改变，漏磁分布的改变会影响电压的大小，因此需要对出现匝间短路故障后的变压器的漏磁系数进行修正。

这里计算修正系数，有利于提高计算变压器的电压数据的精确度。

S203、基于所述变比系数和修正系数计算得出所述出现故障的变压器的回路电压方程组，并得出所述出现故障的变压器的电压数据。

在本实施例的一个可选实现方式中，所述出现故障的变压器可从一个正常的双绕组变压器等效看成为一个三绕组变压器，所述出现故障的变压器的回路电压方程组的计算公式为：

r

r

U

0＝r

0＝r

其中，r

具体的，通过在步骤S201得到的变比系数结合在步骤S202得到的修正系数，从而得到所述出现故障的变压器此时的回路电压方程组。

在本实施例的一个可选实现方式中，基于变压器匝间短路电流瞬变评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真，得出仿真结果。

具体的，当变压器内部绕组线圈发生匝间短路故障时，导致变压器电压的变化，且当部分线圈绕组出现短路，即总电阻会发生改变，此时变压器的电流会发生瞬变。

具体的，如图3所示，图3示出了本发明实施例中的基于变压器匝间短路电流瞬变评估数学模型进行仿真的流程图，包括以下步骤：

S301、计算所述出现故障的变压器出现匝间短路故障时一次侧绕组的相绕组电流；

在本实施例的一个可选实现方式中，当变压器出现匝间短路故障时，将短路部分绕组与未短路部分绕组视为两个不同的带内阻的电源，此时一次侧绕组的电势和不再为0，将出现环流，此时可求出一次侧绕组的环流即一次侧绕组的相绕组电流，和流经短路部分绕组的电流，计算公式包括：

其中，I

S302、基于所述一次侧绕组的相绕组电流计算未短路部分绕组的等效电流；

在本实施例的一个可选实现方式中，当一次侧绕组发生匝间短路故障时，根据所述一次侧绕组的相绕组电流构造未短路部分绕组和短路部分绕组的等效电流，计算公式包括：

其中，I

S303、基于所述未短路部分绕组的等效电流计算二次侧绕组的相绕组电流组；

在本实施例的一个可选实现方式中，二次侧绕组对应所述出现匝间短路故障的一次侧绕组，等效为二次侧绕组的未短路部分绕组和短路部分绕组，所述二次侧绕组的相绕组电流组的计算公式为：

其中，I

S304、基于所述二次侧绕组的相绕组电流得出所述出现故障的变压器的电流数据。

在本实施例的一个可选实现方式中，二次侧绕组的等效电流的计算公式包括：

其中，I

更多的，二次侧绕组的相绕组电流的计算公式包括：

S103、基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器，得出模拟结果；

在本实施例的一个可选实现方式中，将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组，并改变所述第二变压器的内部线圈绕组接入所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板的匝数，记录并分析电压数据，得出所述第二变压器的匝间短路故障电压模拟结果。

具体的，将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组，并逐步减少所述第二变压器的内部线圈绕组接入所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板的匝数，记录所述第二变压器的一次侧绕组和二次侧绕组的电压数据，分析得出所述第二变压器短接不同数量的线圈绕组的电压变化曲线。

需要说明的是，所述第二变压器与所述出现故障的变压器为同一种变压器。

更多的，一次侧绕组和二次侧绕组的电压数据采用实时同步采样，可模拟抵消电网电压波动产生的误差。

在本实施例的一个可选实现方式中，将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组的开关上，对开关进行重复的短接和断开，记录并分析电流数据，得出所述第二变压器的匝间短路故障电流模拟结果。

具体的，将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组的开关上，并对开关进行重复的短接和断开，此时电流会产生突变，记录每一时刻的电流突变信号数据，分析得出所述第二变压器出现匝间短路故障时的电流波动幅值。

这里采用与出现故障的变压器相同类型的第二变压器进行模拟，得出较为准确的模拟结果，为验证初步结论的准确度提供依据。

S104、基于所述仿真结果和模拟结果对所述故障类型和故障位置的初步结论进行验证。

在本实施例的一个可选实现方式中，如图4所示，图4示出了本发明实施例中的对所述故障类型和故障位置的初步结论进行验证的流程图，包括以下步骤：

S401、基于所述第二变压器的匝间短路故障电压模拟结果验证所述出现故障的变压器的电压数据；

这里将所述第二变压器的匝间短路故障电压模拟结果的电压变化曲线验证步骤S203得出的所述出现故障的变压器的回路电压方程组的准确度。

S402、基于所述第二变压器的匝间短路故障电流模拟结果验证所述出现故障的变压器的电流数据；

这里将所述第二变压器的匝间短路故障电流模拟结果的电流波动幅值验证步骤S304得出的所述出现故障的变压器的二次侧绕组的相绕组电流的准确度。

S403、验证所述故障类型和故障位置的初步结论的精确度，并得出所述出现故障的变压器的故障类型和故障位置的最终结论。

在本实施例的一个可选实现方式中，结合所述第二变压器的匝间短路故障电压模拟结果和电流模拟结果，以及所述出现故障的变压器的电压和电流数据，验证所述故障类型和故障位置的初步结论的精确度，判断是否为匝间短路故障，并得出所述出现故障的变压器的故障类型和故障位置的最终结论。

综上，本发明实施例提出了一种变压器匝间短路故障评估的方法，通过解体检查，得出出现故障的变压器的故障类型和故障位置的初步结论，分析得到变压器出现故障的初步判断结果；基于变压器匝间短路故障评估数学模型进行仿真，通过计算所述出现故障的变压器的电压数据和电流数据得到所述出现故障的变压器在出现匝间短路故障时的工作参数，同时基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器正常工作状态，得出所述出现故障的变压器正常工作时的工作参数，并将所述出现故障的变压器在正常工作与出现匝间短路故障时的工作参数进行分析比对，对变压器出现故障的初步判断结果进行验证，得出变压器出现故障的最终结论，提高了变压器出现匝间短路故障时的评估诊断效率。

实施例二

本发明实施例还涉及的一种变压器匝间短路故障评估装置，如图5所示，图5示出了本发明实施例中的变压器匝间短路故障评估装置示意图，所述装置包括：

解体检查模块10，所述解体检查模块用于对出现故障的变压器进行解体检查，得出故障类型和故障位置的初步结论。

具体的，将所述出现故障的变压器解体，并对所述出现故障的变压器的外观以及内部绕组线圈进行检查，初步判断故障类型是否为匝间短路故障，并确定故障位置。

仿真模块20，所述仿真模块用于建立变压器匝间短路故障评估数学模型，基于所述变压器匝间短路故障评估数学模型对所述出现故障的变压器进行仿真，得出仿真结果。

具体的，所述仿真模块20包括电压仿真模块21和电流仿真模块22，所述电压仿真模块21用于运行变压器匝间短路电压变比评估数学模型，所述电流仿真模块22用于运行变压器匝间短路电流瞬变评估数学模型。

模拟模块30，所述模拟模块用于基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器，得出模拟结果。

具体的，所述模拟模块30包括电压模拟模块31和电流模拟模块32。

在本实施例的一个可选实现方式中，所述电压模拟模块31将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组，并改变所述第二变压器的内部线圈绕组接入所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板的匝数，记录并分析电压数据，得出所述第二变压器的匝间短路故障电压模拟结果。具体的，将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组，并逐步减少所述第二变压器的内部线圈绕组接入所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板的匝数，记录所述第二变压器的一次侧绕组和二次侧绕组的电压数据，分析得出所述第二变压器短接不同数量的线圈绕组的电压变化曲线。

需要说明的是，所述第二变压器与所述出现故障的变压器为同一种变压器。

在本实施例的一个可选实现方式中，所述电流模拟模块32将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组的开关上，对开关进行重复的短接和断开，记录并分析电流数据，得出所述第二变压器的匝间短路故障电流模拟结果。

具体的，将所述变压器短接匝间短路模拟测试跳线板接入第二变压器的内部线圈绕组的开关上，并对开关进行重复的短接和断开，此时电流会产生突变，记录每一时刻的电流突变信号数据，分析得出所述第二变压器出现匝间短路故障时的电流波动幅值。

验证模块40，所述验证模块用于基于所述仿真结果和模拟结果对所述故障类型和故障位置的初步结论进行验证。

需要说明的是，所述变压器匝间短路故障评估装置用于执行上述的一种变压器匝间短路故障评估的方法。

综上，本发明实施例提出了一种变压器匝间短路故障评估装置，用于执行一种变压器匝间短路故障评估的方法，通过解体检查，得出出现故障的变压器的故障类型和故障位置的初步结论，分析得到变压器出现故障的初步判断结果；基于变压器匝间短路故障评估数学模型进行仿真，通过计算所述出现故障的变压器的电压数据和电流数据得到所述出现故障的变压器在出现匝间短路故障时的工作参数，同时基于变压器短接匝间短路模拟测试跳线板模拟所述出现故障的变压器正常工作状态，得出所述出现故障的变压器正常工作时的工作参数，并将所述出现故障的变压器在正常工作与出现匝间短路故障时的工作参数进行分析比对，对变压器出现故障的初步判断结果进行验证，得出变压器出现故障的最终结论，提高了变压器出现匝间短路故障时的评估诊断效率。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。