宋進良，宮雁群,周 潔，張杉杉，韓洪剛

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110006；3.國家電投東北新能源發(fā)展有限公司，遼寧 沈陽 110181；4.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

0 引言

隨著國內(nèi)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設工程的推進，節(jié)能型、智能化的配電產(chǎn)品將進入電網(wǎng)。為適應國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)建設、運營及發(fā)展需求，提高配電變壓器的入網(wǎng)質(zhì)量，本文提出了一種基于獨立分量分析的柔性檢測技術，可提高物資檢測的質(zhì)量和效率，實現(xiàn)電網(wǎng)物資檢測的自動化、智能化、信息化和系統(tǒng)化。

近年來，國內(nèi)對配電變壓器的性能要求越來越高，配電變壓器的入網(wǎng)試驗與性能評估成為關鍵技術。當前，國內(nèi)外對配電變壓器整體參數(shù)綜合測試的研究還比較少，缺少故障智能化判別方法。電網(wǎng)公司對配電變壓器等配套設備的試驗技術研究主要以全過程手動檢測、人工判斷為主，試驗效率較低。部分項目存在人為誤差，不能滿足配電變壓器全性能抽檢的數(shù)量和質(zhì)量的要求。各單位抽檢尚未研制出智能集成式自動化檢測系統(tǒng)[1]。

本文采用獨立分量分析算法和柔性檢測技術相結(jié)合的方法。該方法具有智能化判別與診斷分析的能力，建立配電變壓器參數(shù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，以數(shù)字接口的銜接實現(xiàn)配電變壓器的自動化檢測與評估，解決配網(wǎng)變壓器全性能評估的技術問題，保障電網(wǎng)狀態(tài)檢修的準確性。

1 測試原理分析

系統(tǒng)原理如圖1所示。試驗系統(tǒng)以可編輯邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)為控制核心，以現(xiàn)場總線為通信網(wǎng)絡，鏈接通信接口對升流裝置、升壓裝置和多路數(shù)據(jù)分析儀進行實施控制與數(shù)據(jù)采集分析。試驗平臺采用全過程自動化檢驗，通過通信模塊并將整個數(shù)據(jù)采集和診斷分析過程存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中[2]。

圖1 系統(tǒng)原理圖

試驗系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程門陣列(field programmable gate array,FPGA)和直接數(shù)字式合成(direct digital synthesizer,DDS)結(jié)合模式。試驗過程采用獨立分量分析技術，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后輸出為恒定標準值。

2 評估系統(tǒng)算法分析

2.1 獨立分量分析算法

在柔性試驗平臺中，應用信號識別技術與優(yōu)化分析技術。獨立分量分析流程如圖2所示[3]。

圖2 獨立分量分析流程圖

為優(yōu)化系統(tǒng)，在某一參量獨立性判據(jù)下，通過算法應用計算近似數(shù)據(jù)。

①球化。

對參數(shù)W進行線性變換，推算出z(t)的各分量方差值為1，且不相關。

②正交變換。

使得yi的方差值保持數(shù)值為1，且各分量相互獨立。

③判據(jù)。

(1)

式中：p(yi)和p(y)為未知參量，用于進行概率預估計。

統(tǒng)計獨立性可以描述為：

(2)

當式(2)函數(shù)y中的各參數(shù)獨立時，I(y)=0為信息極小化的相互判據(jù)。由x求y=BX，可得到模型的預估結(jié)論：

H(y)=H(x)+log|B|

(3)

(4)

2.2 調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)

基于線性濾波理論，通常二維物體g(u,v)可以分解成沿u方向和v方向的不同空間頻率(vu，vv)的簡諧函數(shù)的線性疊加[4]:

vyy)]dvxdvy

(5)

2.3 信號傳遞函數(shù)

信號傳函(signal-transfer function，SITF)是對系統(tǒng)進行評估的重要參數(shù)之一，輸入信號假定描述為標靶與其周圍環(huán)境之間的溫度差值，輸出信號假定為系統(tǒng)最終電壓值[5]。信號傳遞函數(shù)如圖3所示。

圖3 信號傳遞函數(shù)

SITF的推算過程如式(6)所示：

(6)

柔性系統(tǒng)采用最小二乘法對最佳估計值進行擬合預估，推導出信號傳遞函數(shù)如式(7)所示[6]。

(7)

存在于響應度函數(shù)中的偏置可表示為:

(8)

(9)

(10)

3 評估試驗

為測試配電變壓器試驗評估系統(tǒng)的有效性和優(yōu)越性，針對配電變壓器的直流電阻測量、溫升試驗和雷電沖擊試驗進行評估分析。

3.1 繞組的直流電阻測量

為了判斷變壓器繞組是否存在匝間短路，采用數(shù)字測量系統(tǒng)進行直流電阻測量。試驗數(shù)據(jù)自動測量、自動存儲、自動采集與分析。

直流電阻數(shù)字測試原理如圖4所示。

圖4 直流電阻數(shù)字測試原理圖

當回路電流達到IN時，S2合上，S1斷開，回路轉(zhuǎn)入穩(wěn)流狀態(tài)，在變壓器兩端產(chǎn)生的電壓降UX=RXIN，從而由式(11)得到RX。

(11)

3.2 溫升試驗

配電變壓器實際投運時鐵芯中存在鐵損、繞組中存在銅損，銅損和鐵損會轉(zhuǎn)化為熱能使配電變壓器溫度升高。當變壓器局部溫度升高較為明顯時，將削弱其結(jié)構(gòu)上的絕緣強度[7]。按照國家標準要求，首先確定配電變壓器上層油的溫升，控制電壓，然后進行試驗。等效損耗電流按式(12)計算：

(12)

式中：IT為等效損耗電流；Vk85為85 ℃時額定電流下的短路損耗；P0為額定電壓下的空載損耗；I0為變壓器的額定電流。

施加等效損耗電流后，應定時測量上層油溫和環(huán)境溫度，通過數(shù)據(jù)采集，自動計算上層油溫。隨后，輸入額定電流下的功率值，在各部位溫度穩(wěn)定后，依據(jù)式(13)，系統(tǒng)自動計算出繞組溫升。繞組溫升試驗曲線如圖5所示。

圖5 繞組溫升試驗曲線

(13)

式中：t1為初始試驗繞組溫度；R1為t1時繞組電阻值；R2為t2時繞組電阻值。

3.3 雷電沖擊試驗

雷電沖擊試驗系統(tǒng)采用獨立分量分析技術對數(shù)據(jù)進行分析，硬件結(jié)構(gòu)采用電壓發(fā)生器、電流發(fā)生器和分壓器相互銜接。系統(tǒng)可由上位機控制電壓發(fā)生器和電流發(fā)生器開展雷電沖擊試驗，通過分壓器進行數(shù)據(jù)實時采集分析。以10 kV/S13型配變?yōu)槔?，雷電沖擊電壓波形如圖6所示[8]。

圖6 雷電沖擊電壓波形

4 結(jié)束語

針對配電變壓器性能試驗中的各類問題，提出一種全新的智能檢驗方法。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)采用PLC為控制核心,以獨立分量分析為分析算法，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，減小了響應時間；克服了傳統(tǒng)方法對全性

能參數(shù)難以分割的缺點，實現(xiàn)了配電變壓器全性能自動化檢測與評估。試驗方法采用自動優(yōu)化識別技術，簡化了配電變壓器的試驗過程，在電網(wǎng)的物資抽檢工作中將發(fā)揮更重要的作用，有著廣泛的應用前景。