基于独立分量分析的配电变压器智能试验技术研究

宋进良，宫雁群,周 洁，张杉杉，韩洪刚

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110006；3.国家电投东北新能源发展有限公司，辽宁 沈阳 110181；4.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179)

0 引言

随着国内城乡电网建设工程的推进，节能型、智能化的配电产品将进入电网。为适应国家电网公司电网建设、运营及发展需求，提高配电变压器的入网质量，本文提出了一种基于独立分量分析的柔性检测技术，可提高物资检测的质量和效率，实现电网物资检测的自动化、智能化、信息化和系统化。

近年来，国内对配电变压器的性能要求越来越高，配电变压器的入网试验与性能评估成为关键技术。当前，国内外对配电变压器整体参数综合测试的研究还比较少，缺少故障智能化判别方法。电网公司对配电变压器等配套设备的试验技术研究主要以全过程手动检测、人工判断为主，试验效率较低。部分项目存在人为误差，不能满足配电变压器全性能抽检的数量和质量的要求。各单位抽检尚未研制出智能集成式自动化检测系统[1]。

本文采用独立分量分析算法和柔性检测技术相结合的方法。该方法具有智能化判别与诊断分析的能力，建立配电变压器参数系统数据库，以数字接口的衔接实现配电变压器的自动化检测与评估，解决配网变压器全性能评估的技术问题，保障电网状态检修的准确性。

1 测试原理分析

系统原理如图1所示。试验系统以可编辑逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心，以现场总线为通信网络，链接通信接口对升流装置、升压装置和多路数据分析仪进行实施控制与数据采集分析。试验平台采用全过程自动化检验，通过通信模块并将整个数据采集和诊断分析过程存储于系统数据库中[2]。

图1 系统原理图

试验系统采用现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)和直接数字式合成(direct digital synthesizer,DDS)结合模式。试验过程采用独立分量分析技术，经传感器转换后输出为恒定标准值。

2 评估系统算法分析

2.1 独立分量分析算法

在柔性试验平台中，应用信号识别技术与优化分析技术。独立分量分析流程如图2所示[3]。

图2 独立分量分析流程图

为优化系统，在某一参量独立性判据下，通过算法应用计算近似数据。

①球化。

对参数W进行线性变换，推算出z(t)的各分量方差值为1，且不相关。

②正交变换。

使得yi的方差值保持数值为1，且各分量相互独立。

③判据。

(1)

式中：p(yi)和p(y)为未知参量，用于进行概率预估计。

统计独立性可以描述为：

(2)

当式(2)函数y中的各参数独立时，I(y)=0为信息极小化的相互判据。由x求y=BX，可得到模型的预估结论：

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

(3)

(4)

2.2 调制传递函数(MTF)

基于线性滤波理论，通常二维物体g(u,v)可以分解成沿u方向和v方向的不同空间频率(vu，vv)的简谐函数的线性叠加[4]:

vyy)]dvxdvy

(5)

2.3 信号传递函数

信号传函(signal-transfer function，SITF)是对系统进行评估的重要参数之一，输入信号假定描述为标靶与其周围环境之间的温度差值，输出信号假定为系统最终电压值[5]。信号传递函数如图3所示。

图3 信号传递函数

SITF的推算过程如式(6)所示：

(6)

柔性系统采用最小二乘法对最佳估计值进行拟合预估，推导出信号传递函数如式(7)所示[6]。

(7)

存在于响应度函数中的偏置可表示为:

(8)

(9)

(10)

3 评估试验

为测试配电变压器试验评估系统的有效性和优越性，针对配电变压器的直流电阻测量、温升试验和雷电冲击试验进行评估分析。

3.1 绕组的直流电阻测量

为了判断变压器绕组是否存在匝间短路，采用数字测量系统进行直流电阻测量。试验数据自动测量、自动存储、自动采集与分析。

直流电阻数字测试原理如图4所示。

图4 直流电阻数字测试原理图

当回路电流达到IN时，S2合上，S1断开，回路转入稳流状态，在变压器两端产生的电压降UX=RXIN，从而由式(11)得到RX。

(11)

3.2 温升试验

配电变压器实际投运时铁芯中存在铁损、绕组中存在铜损，铜损和铁损会转化为热能使配电变压器温度升高。当变压器局部温度升高较为明显时，将削弱其结构上的绝缘强度[7]。按照国家标准要求，首先确定配电变压器上层油的温升，控制电压，然后进行试验。等效损耗电流按式(12)计算：

(12)

式中：IT为等效损耗电流；Vk85为85 ℃时额定电流下的短路损耗；P0为额定电压下的空载损耗；I0为变压器的额定电流。

施加等效损耗电流后，应定时测量上层油温和环境温度，通过数据采集，自动计算上层油温。随后，输入额定电流下的功率值，在各部位温度稳定后，依据式(13)，系统自动计算出绕组温升。绕组温升试验曲线如图5所示。

图5 绕组温升试验曲线

(13)

式中：t1为初始试验绕组温度；R1为t1时绕组电阻值；R2为t2时绕组电阻值。

3.3 雷电冲击试验

雷电冲击试验系统采用独立分量分析技术对数据进行分析，硬件结构采用电压发生器、电流发生器和分压器相互衔接。系统可由上位机控制电压发生器和电流发生器开展雷电冲击试验，通过分压器进行数据实时采集分析。以10 kV/S13型配变为例，雷电冲击电压波形如图6所示[8]。

图6 雷电冲击电压波形

4 结束语

针对配电变压器性能试验中的各类问题，提出一种全新的智能检验方法。系统控制结构采用PLC为控制核心,以独立分量分析为分析算法，提高了系统运行的稳定性，减小了响应时间；克服了传统方法对全性

能参数难以分割的缺点，实现了配电变压器全性能自动化检测与评估。试验方法采用自动优化识别技术，简化了配电变压器的试验过程，在电网的物资抽检工作中将发挥更重要的作用，有着广泛的应用前景。