變壓器繞組頻響指紋的特征差異指數(shù)分析法

　　0 引言

　　變壓器是電力系統(tǒng)輸變電的關(guān)鍵設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對保障電力系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。變壓器在遭受近區(qū)突發(fā)短路后，繞組可能發(fā)生形變，需做繞組變形試驗(yàn)，判斷變壓器無故障后方可投運(yùn)。

　　用頻率響應(yīng)分析法檢測變壓器繞組變形具有靈敏度高、現(xiàn)場使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在電力行業(yè)得到了普遍應(yīng)用。但長期以來，用頻率響應(yīng)分析法診斷變壓器繞組變形還主要建立在通過經(jīng)驗(yàn)比較頻響指紋的基礎(chǔ)上，缺乏深層次的數(shù)據(jù)分析手段。

　　繞組的一端施加頻率可變的正弦波電壓U1，繞組的另一端串接電阻后接地，在電壓源的激勵下電阻上會產(chǎn)生電壓U2。把H（ f ） = 20ln（U2/U1）隨頻率（通常為1 kHz~1 MHz）變化的曲線稱為頻率響應(yīng)指紋（簡稱頻響指紋）。頻響指紋是頻率響應(yīng)分析法判斷繞組變形的依據(jù)，目前頻響指紋的分析方法主要有3種：1）經(jīng)驗(yàn)判斷法；2）相關(guān)系數(shù)法；3）差值法。3 種方法都是通過分析頻響指紋間的差異判斷繞組變形。

　　經(jīng)驗(yàn)判斷法是變壓器專業(yè)人員依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)頻響指紋極值點(diǎn)頻率和幅值的變化判斷繞組是否變形的方法。對于經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，能夠較準(zhǔn)確地判斷出繞組是否變形。但這種純經(jīng)驗(yàn)方法存在明顯的不足：1）對分析人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，沒有經(jīng)驗(yàn)或者經(jīng)驗(yàn)不足便難以勝任；2）由于經(jīng)驗(yàn)的分散性和不確定性，很難規(guī)范和推廣，不同的分析人員可能得出不同的分析結(jié)論，給檢修決策帶來一定困難。

　　相關(guān)系數(shù)法通過2 個(gè)頻響指紋數(shù)據(jù)序列的相關(guān)系數(shù)判斷繞組是否變形，相關(guān)系數(shù)Rxy 的計(jì)算公式為：

　　式中σ xy 為2 個(gè)序列的歸一化協(xié)方差。

　　差值法則是通過計(jì)算2 個(gè)數(shù)據(jù)序列的差值判斷繞組是否發(fā)生變形。其中差值的計(jì)算公式為：

　　式中：E12 為2 個(gè)頻響指紋數(shù)據(jù)序列之間差值；n 為采樣點(diǎn)數(shù)；U1n、U2n 為2 個(gè)序列在第n 點(diǎn)處的幅值。

　　與經(jīng)驗(yàn)判斷不同，相關(guān)系數(shù)法和差值法是頻響指紋的量化分析方法，用某個(gè)量化值表征頻響指紋間的差異，并根據(jù)該量化值的大小判斷繞組是否變形，具有無需經(jīng)驗(yàn)、診斷結(jié)果唯一的優(yōu)點(diǎn)。但在工程應(yīng)用中，這2 種方法的認(rèn)可度都不高，主要原因是：1）判斷準(zhǔn)確率低；2）不能準(zhǔn)確反映頻響指紋極值點(diǎn)頻率和幅值的具體變化。

　　1 指紋特征差異的量化分析

　　1.1 指紋特征及特征點(diǎn)

　　頻響指紋的指紋特征是由全部有效極值點(diǎn)的幅值及頻率共同表征。所謂有效極值點(diǎn)是指略去干擾、噪聲等影響之后的極值點(diǎn)，為敘述方便簡稱特征點(diǎn)。變壓器繞組發(fā)生變形后，其頻響指紋的指紋特征將發(fā)生變化，對特征點(diǎn)頻率和幅值變化的分析是經(jīng)驗(yàn)判斷繞組變形的要點(diǎn)，因此可依據(jù)將待診斷繞組的頻響指紋與其原始頻響指紋（繞組沒有發(fā)生變形時(shí)的頻響指紋，如出廠試驗(yàn)的頻響指紋）進(jìn)行特征差異性分析，來判斷繞組是否變形，如果沒有原始頻響指紋，也可用其他狀態(tài)良好的同型號變壓器同電壓側(cè)、同相別繞組的頻響指紋代替。

　　量化分析時(shí)，把相鄰幅值變化很小的極值點(diǎn)視為噪聲或干擾。如圖1 所示，若極值點(diǎn)a 與相鄰的下一個(gè)極值點(diǎn)b 之間的幅值差 ΔR 大于0.01R（R 為該條頻響指紋最大值與最小值之差），則極值點(diǎn)a是有效極值點(diǎn)，即特征點(diǎn)；否則a 和b 都略去不計(jì)，然后再從b 之后與b 相鄰的下一個(gè)極值點(diǎn)重復(fù)前面的判斷。以此原則從低頻到高頻依次分析所有的極值點(diǎn)，從而遴選出所有特征點(diǎn)。

圖1 特征點(diǎn)的判斷