换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法技术

本发明专利技术提出了一种换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法，监测换流变压器差模态

【技术实现步骤摘要】
换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法


[0001]本专利技术属于电子器件缺陷检测领域，尤其涉及一种换流变压器局部绝缘老 化缺陷在线分相监测和评估方法。

技术介绍

[0002]由于电应力、热疲劳、水汽入侵等运行因素对绝缘材料的老化影响不同， 电力变压器单元内各绝缘部件老化情况存在差异，导致非均匀老化现象。电力 变压器贯穿性短路故障常常由局部的绝缘缺陷发展而来。局部绝缘老化缺陷的 关键特征是，在非常小的范围，缺陷开始发展，在长期运行中或突然承受巨大 冲击后，极可能引发绝缘击穿。因此，需要对电力变压器局部老化缺陷尽早做 出预防性保护。
[0003]在现代电力系统中，电力电子换流器的应用日益广泛。与传统工频系统中 的电力变压器相比，与换流器相连接的这一类换流变压器局部老化情况更为严 重。主要原因包括，1)由于换流器周期性开关动作的电应力，再计及极性反转 等工况，换流变压器内部局部放电现象严重；2)电力电子换流系统内的电流谐 波丰富，增加换流变压器铁心涡流和杂散损耗，可能导致内部导体和绝缘温升 异常或局部过热，使得老化分布更加不均匀。因此，这一类换流变压器局部绝 缘老化缺陷更易衍变成为贯穿性故障。在一些特殊应用场景，如高铁牵引系统， 由于负荷投切频繁，单元内温度波动使得绝缘系统热老化分布有极大的不确定 性。因此，需要对换流变压器局部绝缘状态监测提出更高要求。
[0004]现阶段，换流变压器绝缘状态监测方法仍然遵循长期的标准实施。实现局 部绝缘老化缺陷的定位和程度评估具有挑战性，其关键技术难点在于，不依赖 于侵入式传感单元或其他外接硬件设备，利用常规配置的测量单元，能够直接、 可靠地提供换流变压器内部绝缘老化缺陷的详细信息，包括老化相别、沿绕组 分布位置和发展过程中的严重程度。
[0005]传统的变压器绝缘状态在线监测方法大多是检测绝缘劣化附加产物，根据 信号浓度或强度对老化程度做出判断。这些在线测试项目分别利用了物理信号 (温度、振动)、化学信号(油中溶解气体)、局部放电信号(声、光、电磁波) 和电信号(电流、绝缘电参数)。其中，物理信号不直接反映绝缘老化特征，化 学信号和局部放电信号多适用于油浸式变压器，电信号通常能覆盖所有属性变 压器单元，但一般属于继电保护或离线测试范畴，精度普遍无法满足绝缘缺陷 在线监测的需求。目前最广泛讨论的是基于油中溶解气体和局部放电两类在线 监测方法，以及基于电气量的故障分析方法，但是其也存在一定的局限性。
[0006]对于油中溶解气体在线监测方法。自上个世纪末，绝缘油中溶解气体检测 逐步实现在线化，成为诊断变压器潜伏性绝缘缺陷最广泛应用的在线手段。特 征气体法、Rogers法和IEC 60599三比值法是三种最基本的气体分析与故障判 断方法。由于箱体内气体种类多、故障类型复杂，为解决编码组合和阈值设置 规则单一、难以全面覆盖各类属性变压器单元和运行环境差异性的问题，结合 人工智能算法的油中气体分析方法被广泛研究。这一类方法仍然是基于数据驱 动的故障诊断，算法权值和编码组合阈值的选择方法往往缺少与绝缘老化有关 的明确物理联系。不同算法判断标准相对独立，关联性弱，本质上难以解
决变 压器属性差异和环境敏感性问题。此外，工业标准和学术研究也鲜有区分换流 变压器油中气体编码组合和边界阈值设定方法，换流系统复杂运行工况和环境 因素造成的差异性没有被探讨。
[0007]对于局部放电在线监测方法。根据GB/T 7354
‑
2018，局部放电在线测试项 目包括电流脉冲检测、超声波法和超/特高频电磁波法。基于局放信号的在线绝 缘监测技术主要应用难题是，各类局放信号的量纲不同，受环境因素影响机理 不一。因此，局放信号的校验标准、检测手段及标定方法不严格、不统一，放 电类型很难统一，通常依赖人工智能算法完成特征识别。近三十年中，世界范 围内的若干学者均深入研究了基于多位置传感的局部放电定位技术，通过分析 不同类型局放信号的空间传递特性和衰减规律，明确了油箱壁上能够灵敏反映 出局放位置的检测区域，给出了多位置传感优化配置方案。这一类方法往往存 在若干技术缺陷：1)存在个体化差异，难以覆盖不同结构和属性的变压器单元；
[0008]2)测量精度要求高；3)系统配置造价昂贵；4)监测结果通常是明确箱体内绝 缘缺陷的局部范围，无法明确老化相别和部件类型。基于局部放电信号的绝缘 缺陷在线定位技术尚未在电力变压器系统中广泛应用，也鲜有研究专门针对换 流变压器局部放电监测技术，以及鲜有研究针对换流系统复杂运行工况和环境 因素下局放信号在线感知、特征识别和评估诊断复杂性和特殊性做出讨论。
[0009]对于基于电气量的故障分析方法。变压器绕组匝间、绕组高阻接地和铁心 多点接地等小电流故障往往由局部的绝缘缺陷发展而来。当变压器单元内发生 这一类轻微故障时，运行电压和负荷电流能够反映故障特征。利用变压器端口 处电气量诊断故障类型和程度的方法，称为故障分析法。电力变压器故障分析 法被广泛讨论，现有研究基于不同原理提出了若干方法。以电气量特征分类， 包括利用工频幅值、工频相量和时域瞬态波形。工频幅值法通常是判定电气量 幅值与阈值的大小；工频相量法是通过对称分量法或Park变换，利用负序分量 识别单元内非对称接地故障和匝间故障，对信号采集单元的准确度和响应速度 有严格要求。时域瞬态波形法一般利用信号处理技术进行故障特征提取。尽管 这一类故障分析方法在几十年间不断发展和改进，对轻微故障检测的灵敏度逐 渐提升，以实现更为细致的故障分类和局部定位。然而，他们仍然属于电力设 备故障诊断和继电保护的范畴。基于电压、电流工频分量的一类方法难以区分 系统运行工况变化和变压器单元内绝缘老化的影响。换言之，工频电气量反映 绝缘老化问题的灵敏度不够。同理，基于时域瞬态波形的一类方法，通常当内 部故障达到可观测程度时，才能够根据波形的形态或特征量进行故障诊断，需 要依赖复杂的数据处理方法。此外，考虑电力电子换流系统中干扰因素和运行 工况复杂，绝缘老化造成的极其微小的电气量变化很难被观测到，故障分析方 法一般不具备换流变压器绝缘缺陷在线监测和预防性保护的功能。
[0010]因此，目前仍然缺少一种兼顾经济性和灵活性的换流变压器复合绝缘系统 局部缺陷的定位和定量在线监测技术。

技术实现思路

[0011]由于换流器输出电压中，开关暂态脉冲信号谐波丰富且频谱连续，可用于 构建宽频电压响应。故针对上述问题，本专利技术基于主动式换流器开关时序控制， 提出一种换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法。利用不同开 关时序内的绕组中性点暂
态响应电压时频域特征，实现对缺陷发生相别、沿绕 组分布位置和发展过程中老化程度的在线监测。
[0012]一种换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法，包括如下步 骤：
[0013]步骤1：监测换流变压器差模态
‑
共模态(DM
‑
CM)开关时序切换后和共模态
ꢀ‑
差模态(CM
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法，包括如下步骤：步骤1：监测换流变压器差模态
‑
共模态(DM
‑
CM)开关时序切换后和共模态
‑
差模态(CM
‑
DM)开关时序切换后的三相绕组始端对地电压和中性点对地电压；步骤2：换流变压器差模态
‑
共模态(DM
‑
CM)开关时序切换后，对中性点对地电压暂态时域波形进行分析，确定换流变压器局部绝缘老化缺陷发生的相别；步骤3：在所述步骤2确定发生局部绝缘老化缺陷相别的基础上，对共模态
‑
差模态(CM
‑
DM)开关时序切换后的中性点对地电压进行快速傅里叶分析，获得其在宽频范围内的幅频特性，据此评估缺换流变压器局部绝缘老化缺陷发生的位置和老化程度。2.根据权利要求1所述的一种换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法，其特征在于：所述步骤1中，一个监测周期内实现三相绕组的分相监测，通过执行中断和插入的控制开关时序的方式来获得开关状态切换后的三相绕组始端对地电压和中性点对地电压。3.根据权利要求2所述的一种换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法，其特征在于：每一个监测周期内包含六个控制周期，每一个控制周期包含若干个调制周期，通过计数器执行开关时序控制。4.根据权利要求3所述的一种换流变压器局部绝缘老化缺陷在线分相监测和评估方法，其特征在于：在所述每一个控制周期内，当计数器步进到指定数后，检测到第一个三相的某一相的上桥臂同时关断、下桥臂同时开通状态后执行中断，插入指定该相DM
‑
CM开关时序；下一个控制周期内检测到该相的上桥臂同时关断、下桥臂同时开通状态后再次执行中断，插入指定的该相CM
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张品佳，陆格野，张擎昊，郑大勇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：