本發(fā)明涉及變壓器故障檢測，特別是涉及一種變壓器繞組匝間故障模擬裝置與故障定位方法。

背景技術(shù)：

1、變壓器作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其故障會大幅增加公共事業(yè)單位的運(yùn)營成本，嚴(yán)重影響電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。研究表明，變壓器故障的主要原因是繞組故障，約占總故障率的30%。這類故障通常是由于繞組內(nèi)部匝間或盤間的故障引起。變壓器繞組故障后，較大的電流通過受損的繞組中，會在故障區(qū)域產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，從而進(jìn)一步破壞繞組的絕緣性能。并且較大的電流還可能對周圍的繞組造成沖擊，引起繞組軸向或徑向變形，最終可能導(dǎo)致變壓器的徹底損壞。因此，及時(shí)準(zhǔn)確的定位變壓器繞組匝間故障位置，進(jìn)行故障修復(fù)，防止變壓器的進(jìn)一步損壞至關(guān)重要。

2、目前，在變壓器故障定位上，紅外熱成像技術(shù)可以通過檢測局部過熱現(xiàn)象來識別故障位置，但這種方法對于內(nèi)部故障的檢測能力有限；超聲波檢測和振動分析則可以通過分析超聲波信號和振動模式來識別繞組內(nèi)部的異常，但這些方法容易受到干擾并且依賴經(jīng)驗(yàn)；油色譜分析通過分析變壓器油中的溶解氣體成分來判斷是否存在故障跡象，這種方法雖然可以提供一些有用的信息，但并不能直接定位故障位置。針對以上問題，為了提高變壓器繞組匝間故障定位的準(zhǔn)確性和效率，本發(fā)明專利介紹了一種變壓器繞組匝間故障模擬裝置及故障定位方法，對于保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種變壓器繞組匝間故障模擬裝置與故障定位方法，提高故障模擬的精度和可控性。

2、本發(fā)明公開了一種變壓器繞組匝間故障定位方法，所述方法包括：

3、為變壓器繞組建立由并聯(lián)電容和串聯(lián)電容組成的階梯網(wǎng)絡(luò)模型；

4、獲取變壓器選定匝繞組在預(yù)故障前的低頻頻段和高頻頻段的基準(zhǔn)頻率響應(yīng)曲線；基述基準(zhǔn)頻率響應(yīng)曲線計(jì)算階梯網(wǎng)絡(luò)模型中各段變壓器繞組分別對應(yīng)的分段并聯(lián)電容和各段變壓器繞組分別對應(yīng)的分段串聯(lián)電容的初始值；

5、基于所述分段并聯(lián)電容及分段串聯(lián)電容的初始值計(jì)算各段變壓器繞組預(yù)故障狀態(tài)下的匝間故障因子；

6、在所述變壓器繞組發(fā)生故障后，獲取所述變壓器選定匝繞組的高頻頻段的故障基準(zhǔn)頻率響應(yīng)曲線，并基于所述故障基準(zhǔn)頻率響應(yīng)曲線計(jì)算故障狀態(tài)下的匝間故障因子；

7、計(jì)算各段變壓器繞組在預(yù)故障狀態(tài)下的匝間故障因子與所述故障狀態(tài)下的匝間故障因子之間的偏差值；

8、當(dāng)所述偏差值首次小于零時(shí)，判定第i段變壓器繞組或第i-1段變壓器繞組出現(xiàn)故障，其中，i≥1，i∈n。

9、進(jìn)一步的，獲取所述變壓器選定匝繞組在預(yù)故障前的低頻頻段和高頻頻段的基準(zhǔn)頻率響應(yīng)曲線；基于所述基準(zhǔn)頻率響應(yīng)曲線計(jì)算階梯網(wǎng)絡(luò)模型中分段并聯(lián)電容及分段串聯(lián)電容的初始值包括：

10、在低頻頻率下選取基準(zhǔn)頻率時(shí)，在所述基準(zhǔn)頻率下，基于所述變壓器繞組的端間阻抗計(jì)算端間等效電容，再基于變壓器繞組在所述預(yù)故障前的端間等效電容計(jì)算所述分段并聯(lián)電容的初始值，所述初始值為：

11、；

12、其中，cg為所述分段并聯(lián)電容的初始值，cl1-0為所述變壓器繞組在預(yù)故障前的端間等效電容；n為所述階梯網(wǎng)絡(luò)模型的階數(shù)；

13、在高頻頻段下選取基準(zhǔn)頻率時(shí)，基于星形-三角形等效變換方法，在所述基準(zhǔn)頻率下計(jì)算所述預(yù)故障前的端間等效電容與所述分段并聯(lián)電容的比值，并基于所述比值計(jì)算所述分段串聯(lián)電容的初始值。

14、進(jìn)一步的，所述預(yù)故障狀態(tài)下的匝間故障因子為：

15、；

16、其中，itffpre(i)為變壓器階梯網(wǎng)絡(luò)模型中各段變壓器繞組在預(yù)故障狀態(tài)下的匝間故障因子；ki和a1(i)、a2(i)、b1(i)、b2(i)為常數(shù)和系數(shù)；

17、所述；

18、；

19、；

20、；

21、；

22、其中，，；ki和a1(i)、a2(i)、b1(i)、b2(i)為第i段預(yù)故障狀態(tài)下的常數(shù)和系數(shù)；c1i、c2i和c11i、c22i為變壓器階梯網(wǎng)絡(luò)模型中第i段發(fā)生預(yù)故障時(shí)第1到i-1和第i+1到第n段的等效t網(wǎng)絡(luò)下的串聯(lián)等效電容和并聯(lián)等效電容；c1和c2為第1到第i-1段和第i+1到第n段的總等效電容；csi為第i段變壓器繞組的分段串聯(lián)電容值。

23、進(jìn)一步的，所述故障狀態(tài)下的匝間故障因子為：

24、；

25、其中，itfftpost為所述故障狀態(tài)下的匝間故障因子；c1-0、c2-0為所述預(yù)故障前，在高頻頻段下選取基準(zhǔn)頻率時(shí)測得的端間等效電容；、為故障后，在高頻頻段下選取基準(zhǔn)頻率時(shí)測得的端間等效電容。

26、進(jìn)一步的，當(dāng)?shù)趇段變壓器繞組在預(yù)故障狀態(tài)下的匝間故障因子與所述故障狀態(tài)下的匝間故障因子之間的偏差值小于0時(shí)，若所述故障狀態(tài)下的匝間故障因子小于0，則故障發(fā)生于第i段變壓器繞組；若所述故障狀態(tài)下的匝間故障因子大于0，則故障發(fā)生于第i-1段變壓器繞組。

27、另一方面，本發(fā)明還公開了一種變壓器繞組匝間故障模擬裝置，包括：

28、豎直升降機(jī)構(gòu)；

29、支撐結(jié)構(gòu)，與所述豎直升降機(jī)構(gòu)在豎直方向上滑動連接；

30、水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過絲杠螺母副與支撐結(jié)構(gòu)在水平方向上滑動連接，所述水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離所述支撐結(jié)構(gòu)的一端設(shè)有短路執(zhí)行器；

31、所述短路執(zhí)行器用于夾取變壓器選定匝繞組，并建立所述變壓器選定匝繞組間的短路回路；

32、以及，信號采集系統(tǒng)，用于對所述變壓器選定匝繞組進(jìn)行故障檢測。

33、進(jìn)一步的，所述豎直升降機(jī)構(gòu)包括豎直升降機(jī)立柱、滑槽、滑塊、傳動齒輪、齒條導(dǎo)軌、第一步進(jìn)電機(jī)和傳動螺紋桿；

34、所述滑槽設(shè)置在所述豎直升降機(jī)立柱的外表面上，所述滑槽內(nèi)嵌有所述滑塊；

35、所述齒條導(dǎo)軌設(shè)置在所述豎直升降機(jī)立柱的外表面上，與所述傳動齒輪相嚙合；

36、所述傳動螺紋桿的一端與所述傳動齒輪連接，另一端與第一步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接。

37、進(jìn)一步的，所述支撐結(jié)構(gòu)包括支撐壁、支撐平臺和固定片；

38、所述支撐壁通過所述滑塊與所述滑槽形成滑動連接；

39、所述支撐平臺通過所述固定片固定連接在所述支撐壁的頂部，所述支撐平臺用于承載所述水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

40、進(jìn)一步的，所述水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括第二步進(jìn)電機(jī)、伸縮筒、齒輪組、梯形絲杠、梯形螺母和連接頭；

41、所述第二步進(jìn)電機(jī)固定在所述支撐平臺上；

42、所述齒輪組中的主動輪與所述第二步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接，所述齒輪組中的從動輪與所述梯形絲杠鍵連接；

43、所述梯形螺母套設(shè)在所述梯形絲杠上，并與所述梯形絲杠之間形成螺紋配合；

44、所述伸縮筒的一端與所述梯形螺母相連，另一端與所述連接頭的一端相連；所述連接頭的另一端與所述短路執(zhí)行器相連。

45、進(jìn)一步的，所述短路執(zhí)行器包括：金屬夾爪、液壓裝置和回路導(dǎo)線；

46、所述金屬夾爪的一端通過所述液壓裝置與所述連接頭相連；

47、所述回路導(dǎo)線的一端與所述金屬夾爪電連接，另一端與所述變壓器選定匝繞組電連接。

48、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有以下技術(shù)效果：

49、本發(fā)明通過建立精確的階梯網(wǎng)絡(luò)模型并結(jié)合高低頻段的基準(zhǔn)頻率響應(yīng)曲線分析，實(shí)現(xiàn)了故障位置的精確定位，不僅無需拆開變壓器即可完成故障診斷，而且可以在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行檢測；同時(shí)，該方法采用了科學(xué)的數(shù)學(xué)建模和參數(shù)推導(dǎo)，使故障定位具有可靠的理論依據(jù)，適用于各類變壓器繞組的故障檢測，具有操作簡便、計(jì)算準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，為變壓器的預(yù)防性維護(hù)和故障診斷提供了一種高效可靠的技術(shù)方案。

50、進(jìn)一步的，在變壓器繞組匝間故障模擬裝置的設(shè)計(jì)上，本發(fā)明通過豎直升降機(jī)構(gòu)和水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的配合實(shí)現(xiàn)了對變壓器繞組任意位置的精確定位。其中，豎直升降機(jī)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)的滑動連接確保了豎直方向位置的連續(xù)可調(diào)，水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過絲杠螺母副與支撐結(jié)構(gòu)的滑動連接則保證了水平方向位置的精確控制。短路執(zhí)行器設(shè)置在水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)末端，可在定位系統(tǒng)的配合下準(zhǔn)確夾取任意選定匝繞組并建立短路回路，結(jié)合信號采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了對變壓器繞組匝間故障的可靠模擬和可靠檢測。這種設(shè)計(jì)不僅提高了故障模擬的精度和可控性，還降低了人工操作的難度，為變壓器繞組匝間故障的研究提供了可靠的實(shí)驗(yàn)平臺。