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变压器匝间故障检测方法—中性电流诊断
摘要：
匝间短路故障是造成电力变压器的故障的主要原因。如果在初期没有检测到，这些故障通常会发展成更严重的故障，导致变压器不可逆转的损坏，造成意外和间接损失。这篇论文提出了一种变压器匝间(TIFDS)故障检测系统的检测。在初始阶段TIFDS是不受电源电压不平衡、结构不对称和工具错误的影响。它也依据不平等的负载TIFDS算法使变压器内部对称整个三相，并设置主侧中性电流为零值。这是通过计算和应用各种修正系数得到的。但在匝间故障条件下,TIFDS表现为中性电流的行为。模拟并在400/110-V，2.5 kVA电力变压器上进行了实验研究。给出了有效的试验结果建议。依据为匝间故障、中性电流、变压器、变压器匝间故障检测系统(TIFDS)所显示的各项指标。
关键词:变压器匝间(TIFDS)故障检测;修正系数；匝间故障条件。
1.引言
电力变压器是电力系统中重要而昂贵的设备。在不同的电力供应之间起着至关重要的作用。它通过减少维修所需的成本来获取最大利润。变压器的故障不仅仅发生在变压器工作阶段，及时发现其早期故障，如匝间短路故障，对保证变压器的安全运行具有十分重要的意义。避免了突然失效的可能性，提高了电力系统的可靠性。因此，有必要开发一个有助于变压器维护的诊断系统。一个在这些地区使用的不同方法故障检测的总结如表1所示。
本文介绍了变压器匝间故障检测系统(TIFDS)，介绍了变压器的工作原理，检测变压器两侧的匝间短路故障。TIFDS的独特之处在于这是一种简单、可靠、低成本的在线技术。对于检测单匝短路故障而言它具有灵活性和适应性。适用于任何类型的负载模式以及所有类型的变压器配置。通过对初级侧电压的连续监测，可以实现匝间早期故障检测。TIFDS在这里开发的是避免电压不平衡，负荷变化，结构不对称和仪器错误的发生。这是通过计算和应用各种方法实现的。
本文介绍了变压器匝间故障检测系统(TIFDS)，介绍了变压器的工作原理，检测变压器两侧的匝间短路故障。TIFDS的独特之处在于这是一种简单、可靠、低成本的在线技术。对于检测单匝短路故障而言它具有灵活性和适应性。适用于任何类型的负载模式以及所有类型的变压器配置。通过对初级侧电压的连续监测，可以实现匝间早期故障检测。TIFDS在这里开发的是避免电压不平衡，负荷变化，结构不对称和仪器错误的发生。这是通过计算和应用各种方法实现的。
表1 不同方法总结
本文介绍了变压器匝间故障检测系统(TIFDS)，介绍了变压器的工作原理，检测变压器两侧的匝间短路故障。TIFDS的独特之处在于这是一种简单、可靠、低成本的在线技术。对于检测单匝短路故障而言它具有灵活性和适应性。适用于任何类型的负载模式以及所有类型的变压器配置。通过对初级侧电压的连续监测，可以实现匝间早期故障检测。TIFDS在这里开发的是避免电压不平衡，负荷变化，结构不对称和仪器错误的发生。这是通过计算和应用各种方法实现的。
因此，对于TIFDS在规定的负载下产生的能量，在正常情况下，TIFDS可以设置初级偏中性电流为零值。但是当匝间故障发生时情况变得异常，TIFDS无法设置同样对称的变压器所生产的中性电流。以断层为主，它的大小反映了故障的严重程度，倾角表示相位。本文提出的TIFDS不是常规或预防性的变压器维护而是具有一定预测性的维护。这有助于减少成本。
第二节讨论变压器绕组，仪表和进气口电流的关系。提出了检测匝间故障的算法。讨论对比分析检测匝间故障的TIFDS仿真实验结果，在最后给出结论。
第2章提出技术—变压器绕组参数与摄入电流
图1(A)所示为在该配置中的三相、三肢、双绕组变压器。
下标1和下标2分别表示下标的一次参数和二次参数。表示电力系统的三个阶段。初级侧的电压和电流由V1a V1b V1c和I1a I1b I1c 表示。对于各个阶段二次电压和电流由V2a V2b V2c和I2a I2b I2c表示。在空载的情况下，二次侧电流为I2a=I2b=I2c=0。在负载状态下I2a=I2al，I2b=I2bl，I2c=I2cl。
变压器的一次绕组匝数和二次绕组匝数分别用N1（abc）和N2（abc）表示。它与N1a=N1b=N1c=N1和N2a=N2b=N2c=N2有关。然而，由于结构不对称，在实践中这是不可能的。因此，每个阶段的变换比率将是不同的，这些比率分别为ka=N1a/N2a,kb=N1b/N2b,kc=N1c/N2c。
从这三个阶段引出的空载初级侧电流用于磁化变压器。Z1a0,Z1b0和Z1c0为各自的三个阶段。一次侧的变压器阻抗集合为Z1a Z1b Z1c，另一侧的变压器阻抗集合为Z2a Z2b Z2c。与二次侧相连的负载阻抗分别为Z2al Z2bl Z2cl，等容电路图如图1(b)所示。
因此，在负载状态下，中性电流表示作为
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I10=Z-110V1 |
（1） |
图1-1 (a)变压器连接电路图
图1-2 (b)指主电路的等效电路图
图1-3 (c)指主电路的等效电路图
通过忽略负载条件下的磁化分量：
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（2） |
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（3） |
空载中性电流为：
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I1n0=I1a0 I1b0 I1c0 |
(4) |
近似等效电路图消除了空载状态下的空载分量如图所示1 (c)。因此，一次侧电流表示为：
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I1l=Z-11eV1 Z-11lV1 |
(5) |
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Z1e=Z1 k2Z2, Z1l=k2Z2l |
(6) |
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(7) |
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(8) |
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(9) |
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(10) |
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(11) |
由于不同类型存在不平衡，(4)中定义的空载状态和中性电流在(12)中，负载条件永远不会为零且电源电压不平衡，即在实际的配电网络中，一次侧的电源电压很少有大小相等，相角正好为120°的情况;因此,V1ane;V1bne;V1c。变压器制造中的结构不对称导致变压器等效阻抗相对于一次侧不平衡，在空载条件下V1a0ne;V1b0ne;V1c0，在负载条件下V1aene;V1bene;V1ce。在实际应用中，变压器二次侧的负荷分布并不均匀，既V2alne;V2blne;V2cl。
开发的TIFDS算法的应用修正系数。
为了消除电压不平衡，由于电源演变变化，结构不对称，仪器误差、三相负荷分配不均，本文提出了一种新的算法。为了消除这些空载和负载条件下的不平衡，分别确定修正系数。这些修正系数的计算方法如下
电压修正系数:在实际系统中很少观察到三相电压平等的。当这种不平衡的供应被连接到三相负载，将导致中性电流产生。因此，称alpha;为电压修正系数。用于使变压器的一次侧电压相等即alpha;aV1a=alpha;bV1b=alpha;cV1c。
变压器阻抗校正系数:因为结构不对称，可以观察到变压器各相的阻抗永远不相等。在空载条件下Z1a0ne;Z1b0ne;Z1c0，在负载条件下Z1aene;Z1bene;Z1ce。因此，在转换中总 变压器阻抗修正系数。
变压器阻抗的平均值Z10-avg=（Z1a0 Z1b0 Z1c0）/3，Z1e-avg=（Z1ae Z1be Z1ce）/3是指一次侧为空载工况计算而另一侧为负载条件计算。空载变压器阻抗校正系数条件是，a0=Z10-avg/Z1a0，b0=Z10-avg/Z1b0，c0=Z10-avg/Z1c0。对于负载条件，它们是ae=Z1e-avg/Z1ae,be=Z1e-avg/Z1be,ce=Z1e-avg/Z1ce这些系数是用来补偿空载a0Z1a0=b0Z1b0=cZ1c0条件和aeZ1ae =beZ1be=ceZ1ce负载条件下的结构的不平衡。在空载时，并联支路代表电阻和电感电抗元件。在设计阶段，确定合适的磁通密度和外加电压，并且励磁功率确定了支路的要求和支路参数。这些参数是外加电压的函数。曲线的性质是非线性的，工作点是非线性固定的。因此，分支元件的等效图是固定的，空载时的阻抗总是恒定的，这些系数也是固定的，这些系数也称为固定系数。
载荷修正系数:在实际系统中，变压器的二次侧负荷分布很少是平等的。它会产生中性电流。这种不平衡负载可以通过施加压力得到补偿，另一组校正系数称为负荷校正系数,参考主端定义的负载模式是变压器的每个相位都需要的。一次侧的平均负载阻抗为Z1l-avg
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