[0001] 本发明涉及配电变压器绕组检测技术领域，尤其涉及一种短路冲击下配电变压器绕组在线监测方法及系统。

[0002] 配电变压器多次短路冲击后易发生绕组变形、匝间绝缘击穿，严重情况可能导致配电变压器对地绝缘击穿。目前主要通过三种方法进行测试分析，分别为停电状态下绕组变形测试、带电状态下的红外热像检测与声学成像检测：绕组变形测试技术是在配电变压器停电状态下，通过扫频的方式对绕组变形状态进行评估，该方法缺点包括影响配电网供电可靠性，高空作业存在人员触电风险，且该检测技术缺陷判断需要同配电变压器出厂绕组变形测试数据进行比对分析，给出缺陷的严重等级，然而配电变压器数量庞大，现场交接过程中较少开展绕组变形测试，且运维单位数据管理差，不保存或较少保存相应的测试数据，导致绕组变形测试方法主要应用在110kV及以上电压等级变压器；红外热像技术，目前主要依据DL/T664对配电变压器检测，该检测方法对配电变压器外部接线缺陷，配电变压器内部危急缺陷具有较好的检测效果，且红外热像检测针对的缺陷发热是一个稳态的发热，对配电变压器断路器冲击时间内的发热缺陷难以发现，对配电变压器短路冲击后内部局部区域发热缺陷检测效果差；声学成像技术/声纹成像技术，对配电变压器短路冲击后，绕组发生明显变形的变压器检测效果差，对断路器冲击过程或冲击后稳定运行过程中的超声波信号不明显，对配电变压器内部较低温度发热产生的超声波信号检测效果不明显。

[0058] 以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

[0059] 本发明提供一种短路冲击下配电变压器绕组在线监测方法，利用短路冲击下配电变压器绕组在线监测系统对配电变压器短路冲击过程中绕组变形状态进行在线监测。短路过程中配电变压器绕组变形的表征信号主要为电流信号、振动信号，二次电压信号，短路冲击后绕组变形的主要表征信号为热声信号(即变压器内部发热导致的配变振动)与二次电压信号异常。

[0060] 参考图1‑4所示，本发明的绕组在线监测系统由绕组状态检测装置、智能电表、数据中台组成；绕组状态检测装置包括装置本体，以及与装置本体之间通信连接的振动加速度传感器、高频电流传感器、温度传感器；

[0061] 高频电流传感器串入配电变压器低压端，振动加速度传感器与温度传感器贴于配电变压器外壳；

[0062] 绕组状态检测装置通过高频电流传感器进行耦合供电，运行过程中绕组状态检测装置始终采集电流信号，当绕组状态检测装置根据电流信号确定配电变压器处于暂态冲击状态时，启动采集振动传感器信号与温度传感器信号；

[0063] 参考图3所示，配电变压器的侧面壳体外表面上设定3个采集点位，在绕组绕线的周向均匀分布、高度位于绕组所在区域的中部；在每个采集点位，壳体外表面固定安装1个振动加速度传感器、1个温度传感器、1个检测信号发送装置和1个保护罩，振动加速度传感器、检测信号发送装置、温度传感器位于保护罩内。

[0064] 温度传感器、振动传感器与绕组状态检测装置之间的连接可以采用无线连接，也可以采用有线连接的方式，当采用有线连接时，保护罩表面开孔用于布线。保护罩与变压器壳体之间可安装垫圈、密封圈这类缓冲物体，避免产生干扰噪声。

[0065] 方法的步骤包括：

[0066] 步骤S1，在配电变压器的各个测点安装振动加速度传感器与温度传感器，将高频电流传感器的采集端安装在低压侧绕组位置(参照图1所示，具体是将电流钳套在ABC三相以及中性点位置)；

[0067] 步骤S2，绕组状态检测装置持续采集低压侧绕组电流信号，并实时识别暂态冲击电流；

[0068] 步骤S3，当绕组状态检测装置识别出高频电流传感器采集到暂态冲击电流时，绕组状态检测装置按照预设的采集频率，采集各个测点的振动传感器信号和温度传感器信号，并持续采集低压侧绕组电流信号；

[0069] 步骤S4，绕组状态检测装置绘制出各组信号波形，提取波形特征、并进一步确定三类信号的缺陷等级；

[0070] 步骤S5，绕组状态检测装置基于三类信号的缺陷等级，进一步计算出配电变压器的绕组状态值，绕组状态值X的表达式为：

[0071] X＝α1X1+α2X2+α3X3                       (1)

[0072] 式中，X1为电流信号的缺陷等级，X2为振动传感器信号的缺陷等级，X3为温度传感器信号的缺陷等级；α1为电流信号权重，α2为振动传感器信号权重，α3为温度传感器信号权重；α1+α2+α3＝1；α1＝55％，α2＝25％，α3＝20％；

[0073] 步骤S6，绕组状态检测装置根据配电变压器绕组状态值确认出配电变压器的缺陷程度，并判断配电变压器是否能继续运行；其中，X∈[0,0.6)为能够继续运行，X∈[0.6,1]为不能够继续运行，具体的，X∈[0.6,0.8)为一般缺陷，X∈[0.8,0.9)为严重缺陷，X∈[0.9,1]为危急缺陷；

[0074] 步骤S7，当X≥0.6时，绕组状态检测装置向高频电流传感器发送判断结果；

[0075] 步骤S8，高频电流传感器通过变频技术，基于判断结果生成3倍频信号并耦合至配电变压器低压侧线路，3倍频信号跟随线路输出至线路对应的智能电表；其中，高频电流传感器通过变频技术产生3倍频信号，再将3倍频信号耦合至线路，3倍频信号的信号幅值不超过5V；

[0076] 步骤S9，智能电表识别3倍频信号，基于3倍频信号进行信号编码、并将生成的编码信号上传至数据中台，进行向上异常报警；智能电表将线路耦合过来的3倍频信号转换为二进制控制信号，并将二进制控制信号进行编码生成编码信号；通过智能电表中的有限宽带将编码信号作为异常报警上传至数据中台。

[0077] 步骤S10，数据中台接收到编码信号后，立即对编码信号所对应的配电变压器的二次电压进行线性回归分析，并按照编码信号对应的缺陷等级对配电变压器进行处理。

[0078] 步骤S2实时识别暂态冲击电流的具体实施包括：

[0079] 步骤S21，利用数据窗选取连续采样点，计算短路冲击电流交流分量幅值Iac：

[0080]

[0081] 式中：Iac为采集到的短路冲击电流交流分量幅值；in+1，in，in‑1为连续的3个电流采样点；Ts为采样周期；ω为系统角频率；

[0082] 步骤S22，出现Iac变化率突然增加20％的情况时，绕组状态检测装置确定配电变压器进入暂态冲击状态。

[0083] 步骤S4确定三类信号的缺陷等级的具体实施包括：

[0084] 步骤S41，电流信号分析，获取电流信号波形以及波形幅值，令Imax表示三相波形幅值中的最大值、即短路电流最大值，I表示Imax对应相位的额定短路电流值，电流信号的缺陷等级X1为：

[0085]

[0086] 其中，X1取值为0.5表示一般缺陷，取值为0.8为严重缺陷，取值为1为危急缺陷；

[0087] 步骤S42，振动传感器信号分析，基于3个振动传感器信号波形分别计算出振动熵增量和低频功率增量，令△1表示三个振动熵增量中的最大值，△2表示三个低频功率增量中的最大值，振动传感器信号的缺陷等级X2为：

[0088]

[0089] 其中，X2取值为0表示不存在严重缺陷，取值为0.7为严重缺陷，取值为1为危急缺陷；

[0090] 振动熵、低频功率的计算可参照《电力变压器加速度法振动检测技术规范》中指定的方式，振动熵H按照式(5)计算：

[0091]

[0092] 式中，B100i为100Hz的i次倍频振动分量对应的频率比重，A100i为振动频谱中100Hz的i次倍频信号的振幅；

[0093] 低频功率P100.200按照式(7)计算：

[0094]

[0095] 式中，A100和A200分别为100Hz振幅、200HZ振幅。振动熵比历史值(或同型号、同工况变压器)增加大于10％,可判定结构出现绕组变形；低频能量比历史值(或同型号、同工况变压器)增加超过20％,说明变压器可能出现松动故障。

[0096] 步骤S43，温度传感器信号分析，获取3个温度传感器信号波形以及波形幅值，令tmax表示3个波形幅值中的最大值，tmin表示3个波形幅值中的最小值，温度传感器信号的缺陷等级X3为：

[0097]

[0098] 其中，X3取值为0.5表示一般缺陷，取值为0.8为严重缺陷，取值为1为危急缺陷。

[0099] 步骤S10对编码信号所对应的配电变压器的二次电压进行线性回归分析的具体实施包括：

[0100] 根据线性回归分析表达式：

[0101]

[0102] 式中，I1和I2为流过变压器一次绕组和二次绕组的电流，N1和N2为配电变压器一次sec sec绕组和二次绕组匝数，V1 、V2 为一次绕组和二次绕组在二次侧的电压值，I12为二次绕组的中性点电流，Z1为一次绕组阻抗，Z2为二次绕组阻抗，Z12为二次绕组中性点阻抗；

[0103] 数据中台对异常报警的配电变压器进行二次电压线性回归分析过程中，令第一电压波动幅值表示相间电压互差电压差值，令第二电压波动幅值表示单相电压同同负荷期间电压比的电压差值，若配电变压器的第一电压波动幅值或第二电压波动幅值中任一项超过10％，则确定配电变压器存在绕组击穿，进行配电变压器异常登记，以进行配电变压器的停电检修安排；若第一电压波动幅值或第二电压波动幅值并未全部超过10％，则确定配电变压器需要进行跟踪复测。跟踪复测这里是指现场的状态诊断与检修。

[0104] 步骤S10按照编码信号对应的缺陷等级对配电变压器进行处理的具体实施包括：

[0105] 对于X∈[0.6,0.8)一般缺陷的异常报警，中台对相应的配电变压器进行登记，设置配电变压器的跟踪复测频率为一个月；

[0106] 对于X∈[0.8,0.9)严重缺陷的异常报警，中台对相应的配电变压器进行登记，设置配电变压器的跟踪复测频率为一周，生成检修提示消息，在预设时间段内安排一次检修；这里，预设时间段可以是一个月，表示可以根据实际情况灵活安排检修时间；

[0107] 对于X∈[0.9,1]危急缺陷的异常报警，中台对相应的配电变压器进行登记，生成立即检修提示消息，安排配电变压器立刻停电检修；立即检修表示在一个很短的时间内安排，如2天以内，表示非常紧急的检修安排。

[0108] 本发明实施例提供的短路冲击下配电变压器绕组在线监测方法及系统。通过实施本方案，能够实现绕组状态的在线监测，提供高效、准确程度高的检测，提高配电变压器绕组状态的检测、评估效率，使配电变压器得到及时的维护。

[0109] 以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。