CN101238628B - 用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统和方法。用于监视和控制单个变电站中包含的电力变压器的工作状况的系统包括：链接到变压器的控制和数据处理站，其中变压器包括用于变压器的工作参数的测量值的指示信号的检测装置，所述装置持续地检测信号；链接到所述控制站的用户接口，该接口允许用户跟踪变压器的工作参数的测量值，并确定所述工作参数的期望值范围，所述控制站包括数据库，该数据库仅在工作参数的测量值不同于先前按期望定义的工作参数值范围时才存储与变压器的工作参数的测量值的指示信号有关的数据。本发明的方法包括如下步骤：(a)持续地测量电力变压器的工作参数；以及(b)仅在测量值不在先前定义为所述工作参数的测量值期望的值范围内时才存储与步骤(a)中执行的测量有关的数据。

Description

用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统和方法
本申请要求2005年6月21日提交的巴西专利案号PI0502384-0的优先权，它通过引用结合于本文。
技术领域
本发明涉及用于监视和控制一个变电站中包含的多个电力变压器的工作状况的系统和方法，其能够检测变压器工作中的故障并发出指示发生所述故障的告警。本发明的系统和方法可用于跟踪单个变电站的所有电力变压器，从而使得可以更容易地作为整体监视变电站。
背景技术
现有技术的用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统常常呈示为如下体系结构：电力变压器链接到中央控制和数据处理站，而中央控制和数据处理站则链接到内联网环境。变压器一般具有持续地检测诸如绕组温度、油位、电压、室温、分接(tap)、油中气体等工作参数的测量值的传感器。用户可以通过内联网访问、跟踪、调整和监视与这些工作参数的测量有关的数据。可以将数据持续地存储在位于控制变电站的数据库中。
上文公开的系统要求控制变电站的数据库具有大存储容量，因为要存储变压器的传感器检测到的所有测量值。即使这些测量值的其中一些是不相关的，仍会将它们全部存储，因此数据库中填充了不太有用的信息。因此，系统的数据库慢慢地变得过载，从而使系统降速。
除了使系统过载以外，许多时候，持续地存储所有数据会导致对变压器工作状况的误诊断。当系统检测到工作参数的测量值增大或减小时，它发出指示变压器的工作中发生故障的告警。但是，许多时候，这些告警是误报，即，它们指示实际不存在的故障或问题。例如，用户可能会针对为使变压器在确定的时间期间在特定状况下工作所常用的工作参数的不同值而调整确定的工作参数以便符合特定需求。这种小调整可能在某些其他工作参数中产生预期的变化。但是，因为现有技术的系统无法将这些数据相关联，所以它们发出变压器正呈示某种问题的“误报”告警。但是，变压器的工作状况中却不存在任何问题。这些误报告警生成对变压器的工作状况的错误诊断。负责监视变压器的工作人员可能进而相信变压器正呈示问题，并采取确定的措施来解决实际并不存在的假想的问题。为克服这些假想的问题而执行确定程序偶尔可能会在系统中产生实际的故障，并危害或有损变压器的运行。
本发明提出的用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统和方法将克服以上缺点，改进对变压器的工作状况的监视和控制且使之容易实施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统，该系统能够检测变压器工作和运行期间可能发生的实际且大多数为初期的故障，并因此给予用户时间来做出反应并校正所述故障。
本发明的目的还在于提供一种用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统，该系统持续地检测变压器的工作参数的测量值，识别这些测量值何时不同于先前指定为所述工作参数所期望的值，并将此数据存储在数据库中。
本发明的第三个目的在于提供一种用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统，该系统能够以避免发出提示变压器中实际并不存在的故障或问题的告警的方式将存储在数据库中的数据相互关联。下文将系统产生的指示变压器工作或运行中实际并不存在的问题或故障的告警称为误报告警。
本发明的目的还在于提供一种用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统，该系统可以被世界上任何地方的用户访问，优选地通过互联网环境(如果有的话)来访问。
本发明的另一个目的在于提供一种用于监视和控制变压器的工作状况的系统，该系统包括智能计算部件，该智能计算部件估算因电力变压器的工作和运行而产生的财务回报。
本发明的目的还在于提供一种用于监视和控制变压器的工作状况的方法，该方法持续地测量电力变压器的工作参数，并仅在测量值不在先前确定为相应工作参数的测量值所期望的值范围内时才存储与这些测量值有关的数据(智能存储)。
本发明的目的还在于提供智能计算部件，该智能计算部件估算因电力变压器的工作和运行而产生的财务回报，并且可以应用在用于监视和控制电力变压器的工作状况的不同系统中。
本发明的目的还在于提供用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统和方法，该系统和方法呈示用于获取和存储与变压器的工作和运行有关的数据的智能方式。
本发明的目的是通过一种用于监视和控制包括在一个变电站中的电力变压器的工作状况的系统来实现的，该系统包括：链接到变压器的中央控制和数据处理站，其中变压器包括用于检测指示变压器的工作参数的测量值的信号的装置，所述装置持续地检测这些信号；链接到所述控制站的用户接口，该接口允许用户跟踪变压器的工作参数的测量值，并确定所述工作参数所期望的值范围，所述控制站包括数据库，该数据库仅在工作参数的测量值不同于先前定义为期望的工作参数值范围时才存储与变压器的工作参数的测量值的指示信号有关的数据。
本发明另外还提供一种用于监视和控制电力变压器的工作状况的方法，该方法包括如下步骤：(a)持续地测量电力变压器的工作参数；以及(b)仅在测量值不在先前确定为所述工作参数的测量值所期望的值范围内时才存储与步骤(a)中执行的测量有关的数据。
附图说明
下文将基于附图中表示的实施例来更详细地描述本发明。图中：
图1示出本发明的用于监视和控制变压器的工作状况的系统的一般体系结构；
图2-13示出本发明的系统中包括的多个屏幕截图，其中示出本发明的用于监视和控制电力变压器的工作状况的方法的不同步骤；
图14示出将变压器的预期寿命时间(以年计)与持续热点温度(以℃计)相关的技术标准(在本案中为ABNT-巴西技术标准协会)的曲线图。
具体实施方式
图1示出本发明的用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统10的优选一般体系结构。如此图中所示，系统10包括设有传感器1的变压器，这些传感器1链接到控制站2并与控制站2通信，而控制站2则链接到互联网环境3。
用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统10包括链接到变压器的中央控制和数据处理站(也称为处理控制器或工程服务器)2，其中变压器包含用于变压器的工作参数的测量值的指示信号的检测装置1。所述装置1持续地检测这些信号以便提供对变压器的持续监视，并因此更好地限定变压器在不同情况中的运转方式。
该系统还包括链接到所述控制站2的用户接口3，该用户接口3允许用户跟踪变压器的工作参数的测量值，并指定所述工作参数的期望值范围。确定这些期望值范围是非常重要的，因为它使系统能够取确定的值作为监视的基础，并能够识别变压器的工作参数中非期望的变化的发生。为了优化变压器的运行和工作，其工作参数显示特定范围内的值是必不可少的。这些值的范围将根据拥有变压器的公司充分考虑的标准来确定，并且可能有所变化。
控制站包括仅在工作参数的测量值不同于先前按期望定义的值范围时才存储与变压器的工作参数的测量值的指示信号有关的数据的数据库。因此，如果检测装置检测到的测量值不在所述工作参数按期望定义的值范围内，则将测量值存储在控制站的数据库中。另一方面，如果所测量的值在适合地确定的值范围内，则这些数据将不会被存储。这防止数据库中填充相关性不大的数据，并优化了系统的运行。
一些工作参数可能显示小的变化，但是这些变化可能在变压器工作期间是相对期望的，并且因此可能不会暴露或提示变压器中任何类型的故障或问题。但是，具有这些变化的某种记录是重要的，但该记录不应过多。
因此，该系统显示先前定义的存储范围和故障范围。存储范围确定所确定的工作参数的预期值范围，并确定所检测的变化要存储的话应具有的最小变化微量Δ。而故障范围则确定可视为是故障指示的值范围。例如，如果确定的工作参数的期望值是50mu(测量单位)，则系统可以指定，可以存储显示1mu的最小Δ的值，并且必须将显示2mu的最小Δ的值视为是指示最终故障。因此，当系统检测到51mu时，此值将被存储，但是它既不指示也不提示系统中任何类型的故障。但是，当系统检测到52mu时，此值将被存储在数据库中，并且将指示变压器中的可能故障。但是，当检测到52的值时，系统不发出任何类型的告警。在发出告警之前，系统的中央控制和处理站(或工程服务器)将会把此变化与余下的测量值相互关联，并分析该变化实际是否指示变压器中的某种故障。
因此，当工作参数的测量值不包括在先前确定为期望的范围(存储范围)内且进一步与可能视为是故障指示的值范围(故障范围)吻合时，系统执行与余下测量值的相互关联，以便识别此变化是由于指定另一个工作参数的新的值范围而发生的还是此变化是由于确定时刻的特定情况所致。利用这些信息和数据的相互关联，系统本身可以评估变压器中是否实际存在任何故障或问题。如果系统执行的分析未识别出任何故障，则不发出告警。从而防止发出误报告警。
另一方面，如果系统识别出变压器中的任何故障或问题，则系统将生成对工作状况的诊断，并且如果适用的话，提示建议的措施并指示如果不采取建议的措施而可能发生的结果。
因此，本发明的一个主要方面在于，只将变压器的工作参数的一些测量值存储在数据库中。因此，数据库不太会充满信息，并且系统的利用变得更快。系统的这种智能性能够实现数据获取和存储中的优化。
优选地，本发明的用于监视和控制电力变压器的工作状况的系统还包括用于存储在数据库中的数据的数据处理和管理模块。此模块负责将存储的数据相互关联，然后评估所述存储的数据之间的相关性，并生成对变压器的工作状况的诊断。如果适用的话，该处理和管理模块将提示用于校正变压器的故障或问题的建议措施，并将指示如果不采取建议的措施而可能发生的结果。处理和管理模块基本上包括处理器。
本发明的另一个重要方面在于，所有存储的数据都可以用来生成电力变压器在确定的时间期间的行为和工作状况的历史。从数据库中存储的信息，可以利用此历史生成报告，从而使用户对变压器的工作有一个概括的认识。
优选地，必须以允许用户远程访问本发明的监视和控制系统的方式在互联网环境中开发用户接口和控制站。利用互联网环境，可以从世界上的任何地方访问和跟踪变压器的工作。所有信息、数据、告警和诊断在用户的内联网/互联网中都始终可获取。
持续测量的变压器的工作参数是指绕组温度、油位、电压、室温、分接、油中气体、油湿度、空气流量、油的上/下温度和绝缘状况中的至少一种参数。任何其他工作参数均可测量，而不限于上文举例的这些参数。
本发明还预见到控制站包括电子邮件装置的可能性，这种电子邮件装置在检测到变压器的工作状况中的故障时向用户发送电子邮件。公司规定哪些人员必须接收告警电子邮件。发送电子邮件使得作为整体来跟踪和监视变压器以及变电站更容易。通过发送告警电子邮件，负责监视的人员无需在所有时间检查系统中是否发生了任何故障。因此，这减少了大量人手来监视具有许多变压器的变电站的需求。因此，公司可以减少执行此功能(监视变压器)的人手数量，并降低成本。
发送给负责监视变压器的人员的电子邮件指示为验证问题而必须访问的互联网地址。可以在系统中注册多个人员来接收告警电子邮件。但是，一旦注册的用户之一访问告警电子邮件中指示的互联网网址，就会向其他注册的用户发送新的电子邮件来告知访问该网址的用户正在验证问题。因此，会通知所有注册的用户，系统中正发生故障，并且确定的用户正在布置所述故障的解决方案。
参考图2-13，示出举例说明用于监视和控制变压器的工作状况的系统的屏幕截图，其中逐个步骤地示出数据输入、计算、评估、诊断、建议的措施和预后的步骤。
本发明的系统可选地包括计算部件(例如软件)，该计算部件使用电力变压器的数学公式或经济收益率计算来生成对使用变压器的财务回报的分析。
计算部件表示基于有关变压器的预期寿命的基本问题的技术-经济模型。根据巴西(ABNT)和国际(IEEE-ANSI/USA-电气和电子工程师协会-协作的/美国国家标准协会，IEC-国际工程联盟，和世界其他国家)的技术标准，可以了解，变压器的预期寿命与所监视的热点处的等效工作温度相关联。例如，如果变压器在热点处于95℃工作，则取决于标准，预期能持续使用35到40年。如果根据ABNT想要变压器持续使用40年，则变压器将不得不在95℃的等效温度下工作。虽然看上去可能很简单，但是此分析非常复杂，这主要是因为变压器的热点处的温度并没有受到持续地监视，并且一般来说，在工作5或10年中此等效温度会是怎样并不可知，即使因为此温度随负载周期性地变化(例如，夏天的负载不同于冬天的负载)且随室温本身而周期性地变化。
从财务角度来看，还必须分析与变压器所经历的工作类型相关联的经济影响是什么。例如，在巴西，ANEEL(国家电力局)规定变压器必须持续使用40年。电力公用事业公司必须进行投资才能获得变压器，持续使用四十年，对投入的资本折旧，对获得资产所做的贷款付息，承担运营风险(例如，在设备发生故障的情况下无法满足需求的运营风险)，另外，还必须拥有将变压器安装在某个变电站或电厂时满足电力需求的某种财务回报。
所提到的这种技术-经济模型的目标在于将所有这些工作参数关联，这些参数包括例如设备的预期寿命、如果设备持续使用40年或10年公司所拥有的财务回报。所有这些都基于下文所示的简单统计等式，在如图14所示的标准的曲线中，将折旧时间(或设备使用寿命)与其获取/工作和满足电力需求中涉及的成本相关联。
结果＝收入-TOC(总体拥有成本)    (式1)
其中：
TOC＝年折旧+年维护成本+年保险成本+机会成本+货币贬值成本+故障风险。
收入＝满足电力需求的净酬劳×变压器的负载系数(使用额定容量的百分之几来满足需求，限于达到按图15所示的标准的曲线计算的预期寿命的值)×货币修正系数×变压器使用系数(一年365天×24小时中平均有多少小时变压器实际保持通电)×变压器的效率(变压器接收的功率中有一部分被内部损耗而使它充分工作并按期望的功率在另一端提供期望的电压电平)+满足电力需求的净酬劳×变压器的负载系数(使用额定容量的百分之几来满足需求，限于达到按图15所示的标准的曲线计算的预期寿命的值)×货币修正系数×变压器使用系数(一年365天×24小时中平均有多少小时变压器实际保持通电)×变压器的效率(变压器接收的功率中有一部分被内部损耗而使它充分工作并按期望的功率在另一端提供期望的电压电平)×过载酬劳系数(电力公用事业公司通过在高于设备的额定状况下满足电力需求峰值而多收入了多少)×当年的平均过载时间。
故障风险＝故障成本×故障的概率(式2)
概率＝1-可靠度(式3)
可靠度＝e-λ×t(式4)
风险＝故障成本×(1-e-λ×t)(式5)
其中：
λ＝变压器的平均累计故障率(通常为每年约1.5至3％)。
t＝以年计的工作时间。
故障成本：
a)保守估计：以新变压器更换故障变压器的成本；
b)激进估计：与a)项相同，符合无法满足需求的成本和设备的获得/工作中所含的成本。
故障成本被定义为与本模型中同样每年增长的故障概率关联的年“成本”，甚至考虑对于电力公用事业公司来说固定不变的故障率(以上表达式中的系数λ)。
然后，通过故障概率(1-可靠度)×故障成本来定义年成本，这保守地视为与使用新单元更换故障单元的成本相同。这全部都是逐年考虑的。
本数学模型证实，当变压器的使用寿命按ABNT建议为约40年时，并不总是产生更高的财务回报。在一些情况下，该模型证实，在经济和财务的观点来看以高负载运营变压器较短的时间周期(例如约15年)是更有利的。该数学模型给出创新结果，关于实现最高财务回报的变压器最佳运行方式是令人惊喜的。
本发明还提供一种用于监视和控制电力变压器的工作状况的方法，该方法包括如下步骤：(a)持续地测量电力变压器的工作参数；以及(b)仅在测量值不在先前定义为所述工作参数的测量值所期望的值范围内时才存储与步骤(a)中执行的测量有关的数据。
优选地，该方法还包括以下步骤：(c)将所述存储的数据相互关联；(d)评估所述存储的数据之间所作的相关性；(e)基于步骤(d)中所作的评估生成对变压器的工作状况的诊断，并且如果适用的话，提示建议的措施并指示如果不采取建议的措施而可能发生的结果。
该方法包括如下附加步骤：当检测到变压器的工作状况中的故障时向用户发送电子邮件，以指示用户为验证问题而必须访问的互联网地址(网址)。
该方法优选由本发明的用于监视和控制电力变压器系统的工作状况的系统来执行。
为了实现本发明，必须理解，本领域中常见的任何控制站都可以作为控制站，但是控制站包括允许只将检测装置测量值的相关变化存储在数据库中的装置和设备。本发明的控制站是智能控制站，它能够区分变压器的工作参数的测量值中的不同变化的相关性，从而确定必须将哪些测量值存储在数据库中，以及不应该存储哪些测量值。必须强调，仅必须存储未包括在先前定义为期望的值范围内的测量值。
而且，重要的是要了解，用户可以根据不同标准远程调整和指定变压器的工作参数的新的期望值范围。
变压器的工作参数的测量值的指示信号的检测装置可以是本领域中常用的任何检测装置，例如传感器。
虽然已经公开了优选实施例，但必须了解，本发明的范围涵盖其他可能的变化，本发明的范围仅由所附权利要求的内容以及可能包含的等效物来限定。

Claims (11)

1.一种用于监视和控制包括在单个变电站中的电力变压器的工作状况的系统，包括：
链接到所述变压器的控制和数据处理站，所述变压器包括所述变压器的工作参数的测量值的指示信号的检测装置；所述装置持续地检测所述信号；
所述系统的特征在于，所述控制和数据处理站包括：
链接到所述控制和数据处理站的用户接口，所述接口展示所述变压器的工作参数的测量值，并允许用户输入所述工作参数的确定的期望值范围，
数据库，所述数据库仅在所述工作参数的测量值不同于所述工作参数值的确定的期望值范围时才存储与所述变压器的工作参数的测量值的指示信号有关的数据，以及
用于所述数据库中存储的数据的数据处理和管理模块，所述数据处理和管理模块将所存储的数据相互关联，评估所述存储的数据之间的相关性，并生成对所述变压器的工作状况的诊断。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，如果适用的话，所述数据处理和管理模块提示建议的措施并指示如果不采取建议的措施而可能发生的结果。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述变压器的工作参数是指绕组温度、油位、电压、室温、分接、油中气体、油湿度、空气流量、油的上/下温度和绝缘状况中的至少一种参数。
4.如权利要求1至2中的任一项所述的系统，其特征在于，所述控制和数据处理站是在互联网环境中开发的。
5.如权利要求1至2中的任一项所述的系统，其特征在于，用户可以远程访问所述系统。
6.如权利要求1至2中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括使用如下数学公式生成对因使用所述变压器而产生的财务回报的分析的软件：故障风险＝故障成本×故障的概率。
7.如权利要求1至2中的任一项所述的系统，其特征在于，所述控制和数据处理站还包括电子邮件装置，所述电子邮件装置在检测到所述变压器的工作状况中的故障时向用户发送电子邮件。
8.一种用于监视和控制电力变压器的工作状况的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(a)持续地测量电力变压器的工作参数；
(b)仅在测量值不在先前确定为所述工作参数的测量值期望的值范围内时才存储与步骤(a)中执行的测量有关的数据；
(c)将所述存储的数据相互关联；
(d)评估所述存储的数据之间的相关性；以及
(e)基于步骤(d)中所作的评估生成对所述变压器的工作状况的诊断。
9.如权利要求8所述的用于监视和控制电力变压器的工作状况的方法，其特征在于，所述步骤(e)还包括如下步骤：
如果适用的话，提示建议的措施并指示如果不采取建议的措施而可能发生的结果。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法由如权利要求1至7中的任一项所定义的用于监视和控制包括在单个变电站中的电力变压器的工作状况的系统来执行。
11.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在检测到所述变压器的工作状况中的故障时向用户发送电子邮件的步骤。
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