变压器机械失稳主动保护方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明属于电力变压器，涉及一种变压器机械失稳主动保护方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、电力变压器尤其是110kv及以上大型油浸式变压器，是电网的关键核心设备，其健康状态直接关系到电力系统的安全稳定运行。随着系统容量、设备和线路数量不断增多等影响因素，变压器遭受的短路冲击电流和次数随之增加，重合闸短路冲击更是对变压器机械稳定性破坏较大，严重影响着设备的安全稳定运行。然而，由于机械缺陷发展机理复杂、内部机械状态无法直接感知、健康状态参量分散化等技术难题，缺乏有效的在线实时感知预警手段，无法在设备运行状态下及时有效预警其机械失稳缺陷，可能造成设备长时带缺陷运行，严重时可能造成设备故障停运，造成巨大的经济损失。

2、目前，常用的变压器机械失稳诊断方法均为停电试验方法：频率响应法、低电压短路阻抗测试法和绕组介损电容量测试法，存在介入性、状态量不易获取、试验间隔周期长、工作量大等劣势。而现有在线频响法和基于振动信号的机械失稳在线监测装置，存在灵敏度较低、阈值不明确、存在一定概率漏判等缺点，无法满足生产实际需求。

3、因此，急需开发出一种变压器主动防护及在线监测装置，准确评估变压器机械状态，及时给出变压器机械缺陷主动防护策略，实现对变压器缺陷故障的准确诊断与科学决策，提高电力设备运维水平，确保电网安全稳定运行。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种多源参量融合的变压器机械失稳主动保护方法、装置、设备及存储介质，其可融合电气参量和非电运行状态参量瞬时评估变压器绕组机械强度，及时给出变压器机械失稳主动防护策略，以实现变压器运行机械状态的全面感知和主动防护。

2、第一方面，本发明提供了一种变压器机械失稳主动保护方法，其包括：

3、实时采集变压器的电压、电流、油压、油温和油箱表面振动信号，所述的油箱表面振动信号处理得到振动波形；

4、当变压器电流幅值大于等于1.5倍电流额定值或振动幅值大于等于1.5倍满载振动幅值时，利用变压器异动触发前0.2-1.0秒内和触发后0.3-0.4秒内的电压、电流、振动波形、油压和油温数据评估变压器绕组机械状态，同时计算触发前0.2-1.0秒内和触发后0.3-0.4秒内的绕组变比变化率、奇次谐波比和声流比；

5、当奇次谐波比大于等于0.3、绕组变比变化率大于等于0.01、声流比大于等于4.5中的任一条件满足时，确定变压器内部存在绕组明显变形，与变压器所连出线间隔的线路保护进行通信，获取各条线路保护的保护跳闸信号，并相应地向跳闸的线路保护发送闭锁重合闸信号。

6、进一步地，当奇次谐波比小于0.3、绕组变比变化率小于0.01、声流比小于4.5的全部条件满足时，变压器内部绕组未发生变形，线路保护装置重合闸功能正常运行。

7、进一步地，当变压器电流幅值小于1.5倍电流额定值且振动幅值小于1.5倍满载振动幅值时，提取振动特征量，同时计算绕组变比变化率，定周期上传变压器振动特征量、绕组变比变化率以及油温、油压数据，评估变压器绕组机械状态。

8、更进一步地，所述的振动特征量包括频率复杂度、确定性、能量差异率、振动关联水平、奇次谐波比、有效能占比、振动加速度峰-峰值和声流比。

9、第二方面，本发明提供了一种变压器机械失稳主动保护装置，其包括信号采集模块、数据处理模块、低频录波模块、触发模块、高频录波模块和主动保护模块；

10、所述的信号采集模块将电压、电流、油压、油温和油箱表面的振动信号进行放大和滤波处理，所述的油箱表面振动信号处理得到振动波形，然后传输给数据处理模块；

11、所述的数据处理模块提取振动特征量，同时计算绕组变比变化率，定周期上传给低频录波模块；所述的低频录波模块将绕组变比变化率、振动特征量以及油温和油压按照规定协议上传给健康管控平台，评估变压器绕组机械状态；

12、当变压器电流幅值大于等于1.5倍额定值或振动幅值大于等于1.5倍满载振动幅值时，触发模块动作，数据处理模块将异动触发前0.2-1.0s内和异动触发后0.3-0.4s内的电压、电流、振动波形、油压和油温数据同步上传给高频录波模块和主动保护模块；所述的高频录波模块将数据按照规定协议上传到健康管控平台，评估变压器绕组机械状态；主动保护模块计算异动触发前0.2-1.0s内和异动触发后0.3-0.4s内的绕组变比变化率、奇次谐波比和声流比；

13、当奇次谐波比大于等于0.3、绕组变比变化率大于等于0.01、声流比大于等于4.5中的任一条件满足时，确定变压器内部存在绕组明显变形，与变压器所连出线间隔的线路保护进行通信，获取各条线路保护的保护跳闸信号，并相应地向跳闸的线路保护发送闭锁重合闸信号。

14、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述方法的步骤。

15、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。

16、本发明具有的有益效果如下：

17、1）本发明挖掘变压器绕组变形与振动-电气信号之间的内在联系，融合电气参量和非电运行状态参量瞬时评估变压器绕组机械强度，弥补单一监测方法的不足，提高变压器在运行状态下绕组变形在线检出率和监测效率，优化变压器重合闸短路主动保护策略，实现了变压器运行机械状态的全面感知和主动防护，从而进一步提升了油浸式电力变压器的本质安全。

18、2）本发明采用绕组振动的奇次谐波比、绕组变比变化率以及声流比作为关键参量以及阈值的设定，能够准确反映变压器内部在经受短路冲击后的绕组机械状态。

19、3）与短路阻抗法相比，本发明通过变压器实时电压电流反演出来的变比变化率能够更为灵敏的反映绕组机械状态，并且可作为预警保护在线监测状态量。

20、4）定周期上传变压器电压、电流幅值、频率复杂度、确定性、能量差异率、振动关联水平、奇次谐波比、有效能占比、振动加速度峰-峰值、声流比、运行电压峰-峰值、电流峰-峰值、绕组变比以及油压、油温至健康管控平台，可在线评估绕组机械状态，指导实际运维检修。

技术特征：

1.一种变压器机械失稳主动保护方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的变压器机械失稳主动保护方法，其特征在于，当奇次谐波比小于0.3、绕组变比变化率小于0.01、声流比小于4.5的全部条件满足时，变压器内部绕组未发生变形，线路保护装置重合闸功能正常运行。

3.根据权利要求1或2所述的变压器机械失稳主动保护方法，其特征在于，当变压器电流幅值小于1.5倍电流额定值且振动幅值小于1.5倍满载振动幅值时，提取振动特征量，同时计算绕组变比变化率，定周期上传变压器振动特征量、绕组变比变化率以及油温、油压数据，评估变压器绕组机械状态。

4.根据权利要求3所述的变压器机械失稳主动保护方法，其特征在于，所述的振动特征量包括频率复杂度、确定性、能量差异率、振动关联水平、奇次谐波比、有效能占比、振动加速度峰-峰值和声流比。

5.一种变压器机械失稳主动保护装置，其特征在于，包括信号采集模块、数据处理模块、低频录波模块、触发模块、高频录波模块和主动保护模块；

6.根据权利要求5所述的变压器机械失稳主动保护装置，其特征在于，当奇次谐波比小于0.3、绕组变比变化率小于0.01、声流比小于4.5的全部条件满足时，变压器内部绕组未发生变形，线路保护装置重合闸功能正常运行。

7.根据权利要求5或6所述的变压器机械失稳主动保护装置，其特征在于，当变压器电流幅值小于1.5倍电流额定值且振动幅值小于1.5倍满载振动幅值时，提取振动特征量，同时计算绕组变比变化率，定周期上传变压器振动特征量、绕组变比变化率以及油温、油压数据给健康管控平台，在线评估变压器绕组机械状态。

8.根据权利要求7所述的变压器机械失稳主动保护装置，其特征在于，所述的振动特征量包括频率复杂度、确定性、能量差异率、振动关联水平、奇次谐波比、有效能占比、振动加速度峰-峰值和声流比。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种变压器机械失稳主动保护方法、装置、设备及存储介质。本发明的变压器机械失稳主动保护方法，包括：实时采集变压器的电压、电流、油压、油温和油箱表面振动信号；当变压器电流幅值大于等于1.5倍电流额定值或振动幅值大于等于1.5倍满载振动幅值时，利用变压器异动触发前0.2‑1.0秒内和触发后0.3‑0.4秒内的电压、电流、振动波形、油压和油温数据评估变压器绕组机械状态，同时计算触发前0.2‑1.0秒内和触发后0.3‑0.4秒内的绕组变比变化率、奇次谐波比和声流比，给出变压器机械失稳主动保护策略。本发明能融合电气参量和非电运行状态参量瞬时评估变压器绕组机械强度，及时给出变压器机械失稳主动防护策略，实现变压器运行机械状态的全面感知和主动防护。

技术研发人员：邵先军,戚宣威,梁苏宁,金凌峰,郑一鸣,杨智,李晨,詹江杨,王博闻,钱盾,陈孝信,金涌涛
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23