套管、基于脉冲频率响应法的变压器绕组状态监测装置

1.本发明涉及变压器绕组状态监测技术领域，具体涉及一种套管、基于脉冲频率响应法的变压器绕组状态监测装置。


背景技术：

2.随着我国经济的飞速发展，电力供应需求量日益增大，这对电力系统的稳定性和可靠性提出了越来越高的要求。电力变压器作为电网的核心单元，对电网建设具有重大的工程实际意义，其可靠运行是确保电网安全、稳定运行的关键。针对变压器的故障检测一直是国内外研究与工程研究的热点。实际运行中，由于外部和内部运行因素的影响，变压器绕组以及套管时常发生故障。本发明旨在针对其中的套管故障和绕组故障，基于脉冲功率响应法对故障进行快速监测，对可能发生的故障及时进行诊断和检修，进而有效避免变压器故障导致的停电事故发生，提高电力系统的稳定性。
3.据统计，35kv及以上电力等级电力变压器的故障中，短路故障占据故障总数的50％，将变压器返厂吊罩检修以后，发生短路故障的电力变压器大多数中，其绕组有程度不一的变形和损毁。电力系统中的短路冲击电流和合闸涌流将在绕组上产生瞬时巨大的电动力，而产生这一电动力的原因是变压器出口处的短路故障导致了变压器绕组周围的电磁场发生了畸变，在电动力的累计作用下，绕组首先会发生轻微变形，久而久之，损坏情况恶化就会导致轻微变形发展为严重故障，影响供电可靠性。因此变压器绕组是事故的主要损坏部位，所以对变压器的运行状态，特别是绕组的健康状态进行准确的估计，对可能发生的故障及时进行诊断和检修，可以有效的减少变压器运行故障的发生几率，提高电力系统的稳定性。
4.为了可靠地及时地评价电力变压器状态，对故障情况做出及时预警并分析故障情况，全世界各地专家学者开展了大量的研究。目前在电力行业，对绕组变形诊断依据的主要标准是dl/t 911-2016。但是此方法主要过于依赖技术人员人为的主观判断，这将使得绕组判断的准确性有所下降。
5.为了有效检测绕组变形，大量学者对此开展了不同的科研工作。目前绕组变形检测方法有低压脉冲法、短路阻抗法、脉冲频率响应法以及扫频阻抗法，由于低压脉冲法抗干扰能力差，可重复性差；短路阻抗法对轻微变形不灵敏；扫频阻抗法在线检测潜力弱，所以应用最广泛的是脉冲频率响应法(impulse frequency response analysis)，简称ifra。如附图1所示，在高频(＞1khz)下，由于趋肤效应，变压器的铁芯可几乎忽略，因此变压器可等效为一个电阻、电感、电容构成的二端口网络，这一基本原理和低压脉冲法一样。当绕组发生形变或短路故障，可对应于二端口网络中的感性或容性参数改变，最终反映在频谱曲线中，根据曲线走势的变化，判断绕组的健康状态是否发生改变，其等效电路模型如附图1。
6.属于频率响应法(fra)中的一种。其优点有操作简单以及灵敏度高，测量频带宽。而且基于脉冲频率响应法可在变压器不停运的情况下在线监测绕组状态，其非接触、快速检测的特点使得其相比于扫频响应分析法更适用于在线的检测。


技术实现要素：

7.为了解决上述内容中提到的现有技术缺陷，本发明提供了套管和基于脉冲频率响应法的变压器绕组状态监测装置，通过改进套管的结构，实现正向耦合注入脉冲激励信号，反向监测过电压信号解决目前上述技术问题，从而保证信号传递的完整性；并通过监测装置实现变压器绕组的状态监测，保障变压器的运行状态正常。
8.为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：
9.套管，包括导杆，导杆外设置有若干电容芯子层，电容芯子层外侧设置有过电压测量传感器和脉冲信号传感器，且过电压测量传感器、脉冲信号传感器均被套管的表层覆盖，套管的表层设置有接地结构。
10.上述公开的套管，基于脉冲频率响应法提供更可靠准确的变压器绕组状态检测，从而便于判断变压器的绕组状态，及时发现变压器存在的安全隐患，消除可能导致安全事故的隐患。
11.进一步的，在本发明中，可采用多种方式进行过电压信号的检测，其并不唯一限定，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的过电压测量传感器包括次末屏电容芯子，可监测电力系统中的过电压信号。
12.进一步的，本发明中可采用多种方式进行脉冲信号的检测，其并不唯一限定，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的脉冲信号传感器包括末屏电容芯子。采用如此方案时，该层末屏电容芯子与导杆之间形成耦合电容，脉冲信号耦合电容将高频分量耦合注入导杆，依靠这种非侵入式的方法注入并测量信号，无需改变电力系统原有的接线方式，能最大程度保证信号的完整性。
13.再进一步，为了方便进行电连接，本发明进行优化设置并举出如下一种可行的选择：所述的套管上设置有接线器，所述的过电压测量传感器和脉冲信号传感器从套管内连接线路与接线器连接。脉冲信号传感器和过电压测量传感器均通过套管内部引线连接至套管外部的接口。
14.上述内容公开了套管，本发明还公开了基于脉冲频率响应法的变压器绕组状态检测装置，采用上述内容中所述的套管，具体的，所述套管的脉冲信号传感器连接脉冲发生装置并用于检测接收脉冲信号，套管还连接信号测量组件并用于进行信号测量，脉冲发生装置和信号测量组件均接地处理，且信号测量装置的接地线路上设置有接地电阻。
15.本检测装置中，通过脉冲传感器将脉冲激励信号注入套管，在导杆与地之间接入接地电阻测试电压信号作为响应信号，构建电压增益频谱曲线。
16.本发明还公开了另一种基于脉冲频率响应法的变压器绕组状态检测装置，采用上述内容所述的套管，具体的，所述套管连接脉冲发生装置，所述套管的过电压测量传感器连接过电压测量组件并用于传递电压信号进行测量，脉冲发生装置接地处理。
17.本检测装置中，将脉冲发生器输出的脉冲用以模拟过电压，通过过电压传感器测量响应信号。
18.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
19.1、本发明的内置传感器的套管，区别于已经存在的套管电容耦合传感器脉冲信号需通过套管外部安装传感器才能耦合进入绕组，而本发明套管其内部安装有脉冲传感器，外部接口直接对接脉冲信号，可以最大程度保证信号的完整性。
20.2、基于此套管，可以正向耦合注入脉冲激励信号进行变压器故障检测，反向监测过电压信号，提出了基于脉冲频率响应法的套管故障检测。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，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相关的附图。
22.图1为变压器高频等效模型。
23.图2为套管内置传感器设置示意图。
24.图3为脉冲耦合注入接线图。
25.图4为过电压测量接线图。
26.图5为正常套管电场分布(未加装传感器)。
27.图6为加装传感器的套管电场分布。
28.图7为切向测量线上电场分布。
29.图8为法向测量线上电场分布。
30.上述附图中，各个标记的含义为：1、导杆；2、电容芯子层；3、过电压检测传感器；4、脉冲信号传感器；5、接地结构。
具体实施方式
31.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
32.在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
33.实施例1
34.针对现有技术中存在的套管信号采集完整度差，不便于进行套管在线监测，从而难以精确获取变压器绕组状态的现状，本实施例进行优化设置以解决现有技术中存在的技术问题。
35.如图2所示，本实施例提供了套管，包括导杆1，导杆1外设置有若干电容芯子层2，电容芯子层2外侧设置有过电压测量传感器和脉冲信号传感器4，且过电压测量传感器、脉冲信号传感器4均被套管的表层覆盖，套管的表层设置有接地结构5。
36.上述公开的套管，基于脉冲频率响应法提供更可靠准确的变压器绕组状态检测，从而便于判断变压器的绕组状态，及时发现变压器存在的安全隐患，消除可能导致安全事故的隐患。
37.在本实施例中，可采用多种方式进行过电压信号的检测，其并不唯一限定，此处进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的过电压测量传感器包括次末屏电容芯子，可监测电力系统中的过电压信号。
38.本实施例中可采用多种方式进行脉冲信号的检测，其并不唯一限定，此处进行优
化并采用其中一种可行的选择：所述的脉冲信号传感器4包括末屏电容芯子。采用如此方案时，该层末屏电容芯子与导杆1之间形成耦合电容，脉冲信号耦合电容将高频分量耦合注入导杆1，依靠这种非侵入式的方法注入并测量信号，无需改变电力系统原有的接线方式，能最大程度保证信号的完整性。
39.优选的，为了方便进行电连接，本实施例进行优化设置并采用如下一种可行的选择：所述的套管上设置有接线器，所述的过电压测量传感器和脉冲信号传感器4从套管内连接线路与接线器连接。脉冲信号传感器4和过电压测量传感器均通过套管内部引线连接至套管外部的接口。
40.由于内置传感器的安装，改变了套管内部的布置方式，对套管内均压性能有一定的影响，有可能对套管内部绝缘造成影响。对此，针对本实施例在comsol中进行了仿真。正常套管(未加装传感器)的电场分布如附图5所示，加装传感器的套管电场分布如附图6所示。为了进一步研究脉冲传感器的加装对其周围电场的影响，定量分析传感器加装位置的电场强度变化，在脉冲传感器下方定义了10mm沿切向和法向的电场强度测量线。若峰值时刻电场强度低于击穿场强，可以认为套管的绝缘是满足要求的，仿真结果如附图7所示。仿真结果表明：内置传感器的加装，改变了套管内部电场强度的分布，使电场发生了一定的畸变，尤其在切线方向上畸变程度最大，然而最大场强峰值仍低于空气条件下的极不均匀电场击穿强度，故对套管的绝缘不造成威胁，内置传感器的安装是安全可行的。
41.本实施例的套管通过了60s的工频干耐压测试和雷击干电压测试，满足相关规定，有效证明内置传感器的可行性。
42.实施例2
43.上述实施例的内容公开了套管，本实施例还公开了基于脉冲频率响应法的变压器绕组状态检测装置，采用上述内容中所述的套管，具体的，所述套管的脉冲信号传感器4连接脉冲发生装置并用于检测接收脉冲信号，套管还连接信号测量组件并用于进行信号测量，脉冲发生装置和信号测量组件均接地处理，且信号测量装置的接地线路上设置有接地电阻。
44.本检测装置中，通过脉冲传感器将脉冲激励信号注入套管，在导杆1与地之间接入接地电阻测试电压信号作为响应信号，构建电压增益频谱曲线。
45.实施例3
46.本实施例公开了另一种基于脉冲频率响应法的变压器绕组状态检测装置，采用上述内容所述的套管，具体的，所述套管连接脉冲发生装置，所述套管的过电压测量传感器连接过电压测量组件并用于传递电压信号进行测量，脉冲发生装置接地处理。
47.本检测装置中，将脉冲发生器输出的脉冲用以模拟过电压，通过过电压传感器测量响应信号。
48.以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。