摘要：在电网中，变压器绕组因变形问题导致内部出现匝间故障现已位居电网事故率首位，不利于电网正常运行。因而本文主要分析了基于参数辨识的变压器绕组变形在线监测方法，通过建立变阻器参数的辨识以及绕组变形仿真等探究其在线监测方法的合理性，以此减少绕组变形问题的发生，确保电网能够正常运行。
关键词：参数辨识；变压器绕组；在线监测
前言：变压器作为电力系统的重要设备之一，其承担着多等级电网的互联与功率交换作用，可有效保护电力系统安全、稳定的运行。但是在实际工作中，变压器会受到区外故障出现绕组变形，其中形成内部匝间故障严重影响了电网的正常运行，因而研究基于参数辨识的变压器绕组变形在线监测方法十分必要。
一、参数辨识与变压器绕组变形阐述
（一）参数辨识
参数辨识就是将理论模型和试验数据相结合的一种预测方法。参数辨识要依照相关实验数据及模型明确某一模型参数值，从而使模型计算数据结果与测试数据相符合，以此对未知过程预测提供理论指导。在进行具体研究时，需要先建立起粗略的模型，并使用此模型预测试验测量结果，若是计算所得出的数值结果和测试值有较大的误差，即可认为此数学模型不符合实际过程，需要修改模型并重选参数，直至预测结果符合实测结果，此时认为模型可信度高。
（二）变压器绕组变形阐述
变压器内部绝缘垫块和夹件需要在电力作用下工作，若是变压器受到较大的短路电流冲击，那么线圈自身会产生高强度电动力，易致使绕组弯曲、压板损坏等问题[1]。变压器绕组在故障发生初始阶段会表现出内绕组变形，并在此基础上易出现短路、绝缘层破损等问题，致使变压器整体受到损坏。常见的绕组变形有绕组端部缺角、端部变短、缺角变短、双端变短四种情况。
二、变压器绕组变形模型参数
变压器在空载合闸、正常运行以及发生区外故障时，都可利用变压器模型方程式：
进行计算，其中下角标1代表绕组高压侧，2代表绕组低压侧；R代表电阻，
代表漏电感，N代表匝数，u代表电压，i代表电流，
代表每匝绕组的磁通。通过采集绕组电流及电压值，利用参数辨识可有效分辨出模型参数值，同时使用绕组漏感数值当作判断绕组变形的主要依据。若是变压器发生区内故障时，此变压器模型公式不成立，得出的辨识结果会出现发散或收敛错误。
当变压器进行空载合闸时，其电流出易出现励磁涌流，带有较多的谐波分量与非周期分量，所建立的模型能够被激励，动态向量方程数量超过4，并且R1-2与
可辨识；当变压器正常工作时，其端口电流只存在工频正弦量，并且模型输出电压也只存在工频分量，可知其动态向量数目是2，仅有2个参数可辨识出，因此选择高低压侧漏感参数当作待辨识参数；当变压器出现区外故障时，其绕组电流中存在非周期分量与谐波分量，而模型的激励程度在以上两种情况之间。所以要依照变压器运行状态合理调整辨识参数，并明确辨识方程，进而分辨出变压器绕组模型的多个参数值[2]。
另外，为了更好的利用参数辨识来辨识模型，要将上述公式换为最小二乘法，为
，其中HL表示变压器的高低压侧电流采样，可作为辨识模型参数、模型的电阻与漏感参数；Z表示模型相应量，为变压器高低压测电压采样。此外，为采取空载合闸辨识公式进行辨别，需要利用谐波检测方式判断出变压器是否数据空载合闸状态。
三、变压器绕组变形的检测算法
变压器在出现内部故障或是在正常运行下出现故障问题时，采样值的差动保护动作及参数辨识算法无法使用，处于闭锁状态，而且模型的漏感参数值也无法刷新，依旧保持其原有数值。所以在采样值出现差动保护动作时，要将励磁涌流与处于稳态的辨识模型参数算法闭锁[3]。若是励磁涌流的识别判断依据能够成立，需要使用其相应辨识模式将绕组的高低压侧电阻辨识出；当变压器处于正常工作状态时，要利用空载合闸时所获取的绕组高低侧电阻值当作其辨识参数，同时采取稳态辨识模式对绕组漏感参数值进行辨识。
四、变压器绕组变形的仿真实验
（一）计算绕组变形的漏感参数
本文主要利用Matlab软件对变压器绕组的变形情况进行仿真。变压器、绕组变形后、绕组高低压两侧漏磁场的分布情况要利用PDE偏微分方式进行计算与分析，从而计算出漏磁场的能量与绕组漏感。在绕组变形后，其漏磁场分布变化情况会在电力系统中反映出来，作为变压器的漏感参数变化值。因此要使用电力系统元件设计出电力系统模型，依照变压器绕组变形的漏感参数短处变压器的漏感参数值，以对绕组变化与电力系统之间的关系进行仿真。
为便于仿真计算分析，要依照变压器的绕组结构尺寸与电气参数进行计算，同时使用绕组工程计算方法与有限元计算相对比，以此确保有限元计算结果合理。变压器绕的组结构尺寸为铁心直径0.980、低压绕组内径1.160、空道中心直径1.420、高压绕组中心直径1.743、低压绕组宽度0.063、高压绕组宽度0.063、中间孔道宽度0.19。电气参数为三相三柱式变压器、三柱容量250MVA，低压绕组电压为110KV、电流为8333.3、电动势282V、匝数225；高压绕组电压为10KV、电流为1312.2、电动势282、匝数36。
常见的绕组变形情况共有四种，另外由于绕组变形还会出现变压器内外侧电阻。为了更好对不同变形情况进行定量仿真，需对不同绕组变形情况予以量化，分别量化为20%、30%、40%，比如：对于变短缺角故障，可以将其上端缺角量化为30%，下端变形量化为40%。
假设在绕组出现变形问题时，边界条件与正常情况相一致，其载流绕组出现变化，这时采取有限元法算出不同情况下的绕组漏电感。
（二）变压器绕组变形的仿真
本文分别对变压器在空载合闸、正常运行以及区外、区内四种情况进行仿真，以此检测在线检测算法性能情况。
空载合闸仿真要针对电源的不同合闸角与绕组电阻的辨识精度之间的影响关系予以考核，经过多次仿真发现。利用电阻辨识输出值当作正常模型电阻值，其误差较大，并且在0°或是45°时，其误差接近10%，电感参数辨识精度较低。因变压器原绕组值、副绕组值相接近，所以将其当作模型电阻值可以降低计算误差。在系统处于正常运行状态时，利用辨识算法计算也可与其真实值相接近；在变压器正常运行时出现区外故障，辨识算法的计算结果会受到轻微影响，但是其与真实值的误差不大。
依照绕组漏电感数据，将变压器处于正常运行状态与发生区外故障时的模型漏感参数更改，并将其电阻值设为处于空载荷载时的辨识电阻值，再对其进行仿真。通过此种方式，当处于短路状态时，其辨识精度提高，与真实值十分接近，同时也可以对不同绕组变形状况进行判别，还可以对变形绕组位置进行定位。
结束语：综上所述，在对变压器绕组变形问题进行分析时，可以利用参数辨识方式对其进行在线监测，为了确保其监测合理，要先建立模型，以模型仿真模式找出并调整辨识电阻值，以此使其与真实情况相一致，提升监测质量，保证电网正常运行，促进我国电力事业可持续发展。
参考文献：
[1]毛越波,蔡新景,杨钰.大型变压器绕组的特快速暂态过电压计算及防护措施[J].高电压技术,2019,45(03):975-982.
[2]王棣生,陈伟根,王有元,等.基于Seebeck效应的配电变压器绕组材质无损鉴别装置及测试分析[J].电力自动化设备,2019,39(02):8-13.
[3]黄益庚.某1000MW变压器绕组温度显示异常缺陷分析及处理[J].机电信息,2019(15):19-21.
作者简介：张国栋（1978.08--）；性别：男，籍贯：山东省泰安人，学历：研究生，毕业于山东科技大学；现有职称：工程师；研究方向：机械电气设计。
论文作者:张国栋
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：绕组论文; 变压器论文; 参数论文; 模型论文; 在线论文; 电流论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第7期论文;