基于绕组电-机混合特性的变压器带电监测模型研究

绕组作为电力变压器故障的最主要部件，其机械结构的变化极可能会给变压器带来重大安全隐患，因此，实现运行中变压器绕组的带电监测十分必要。绕组作为一个同时具备电气特性和机械特性的特殊振动部件，目前的状态监测方法仅将其视为独立的电路系统或机械系统。本项目以研究绕组电-机混合特性及其在反映绕组状态时的作用机制，建立可应用于变压器带电监测的故障诊断模型为目标，开展如下研究：通过数学建模和计算机仿真，研究耦合电气参数和电输入输出量的绕组电参数模型，提出绕组电参数在线提取方法；通过实验测量，研究电参数和机械特征参数在反映绕组结构状态时的规律和关系；根据绕组电-机特性建立可准确反映绕组机械结构状态的电-振动混合模型，为绕组振动带电监测提供了新思路，对电力变压器状态监测和电力系统安全保障具有重要的理论意义和应用价值。 2100433B

绕组作为电力变压器故障的最主要部件，其机械结构变化极可能会给变压器带来重大安全隐患，因此，实现运行中变压器绕组的带电监测十分必要。绕组作为一个同时具备电气特性和机械特性的特殊振动部件，目前的状态监测方法仅将其视为独立的电路系统或机械系统，从而在对绕组建立诊断模型时常出现由模型表征不完备导致的误判。本项目以研究绕组电-机混合特性及其在反映绕组状态时的作用机制，建立可应用于变压器带电监测的诊断模型为目标，开展如下研究：分别利用在线FRA和Hammerstein建模技术，研究耦合电气参数和电输入输出量的电参数方程以及绕组振动-电流关系模型，提出电、机械参数特征的在线提取方法；通过实验测量，研究电、机械参数在反映绕组故障时的规律和特点，构建故障诊断体系；根据绕组电-机特性建立可准确反映其机械结构状态的带电监测模型，为绕组振动带电监测提供了新思路，对电力变压器状态监测和电力系统安全保障具有重要意义。

通过上述对谐波隔离四绕组变压器及其感应调谐装置的谐波隔离原理分析可知，要将220kV绕组与110kV及35kV绕组隔离，满足变压器的两负荷侧，对220kV网侧的谐波隔离，必须使变压器滤波绕组等值阻抗为零，这就是谐波隔离四绕组电力变压器设计的核心。

在变压器中，其绕组的等值阻抗和绕组之间的短路阻抗有密切联系，而两绕组之间的短路阻抗可以由变压器两两短路实验测得，其值和绕组之间的气隙、幅向、尺寸是成正比例关系，通过调整绕组的结构和布局就可实现谐波隔离变压器滤波绕组的设计要求。因此，为了实现谐波隔离四绕组变压器滤波侧的等值阻抗为零的特殊目的。同时把滤波绕组设计在220kV侧绕组和110kV负荷侧绕组之间，并且微调绕组的间隙。一般常规设计变压器时，通常都在铁心的最外侧放置220kV侧绕组，在铁心的最内侧放置35kV侧。所以，谐波隔离四绕组电力变压器，任沿用这一设计思路 。2100433B

3个变比：

k12=N1/N2≈U1/U2

k13=N1/N3≈U1/U3

k23=N2/N3≈U2/U3

负载运行时若不计空载电流I0,则，变压器的磁势平衡方程为

I1N1 I2N2 I3N3=0

I1 I2/k12 I3/k13=0

I1 I2' I3'=0

简化等效电路中的Z1=R1 jX1为1次侧的阻抗，Z2'=R2' jX2'为2次侧折算到1次侧的阻抗；Z3'=R3' jX3'为3次侧折算到1次侧的阻抗，6个参数可以根据短路试验求得。

Zk12=Rk12 jXk12=(R1 R2') j(X1 X2')

Zk13=Rk13 jXk13=(R1 R3') j(X1 X3')

Zk23'=Rk23' jXk23'=(R2' R3') j(X2' X3')

R1=1/2(Rk12 Rk13-Rk23')

X1=1/2(Xk12 Xk13-Xk23')

R2'=1/2(Rk12 Rk23'-Rk13)

X2'=1/2(Xk12 Xk23'-Xk13)

R3'=1/2(Rk13 Rk23'-Rk12)

X3'=1/2(Xk13 Xk23'-Xk12)

知道参数后就可以根据等效电路计算特性了。