CN101405669B - 用于保护抽头变换器的诊断控制系统 - Google Patents

Abstract

一种通用控制和诊断系统(10)，用于可以利用现有控制和抽头变换器设备来改型的变压器(12)，该系统提供了对该设备的远程监视和控制以及对与抽头变换器关联的各种标准的测量，以基本上最小化在操控过程中对设备的损坏而且基本上避免所连接的触点的碳化。

Description

用于保护抽头变换器的诊断控制系统

技术领域

本发明一般地涉及用于变压器或者电抗器的控制系统和用于实现对抽头变换器的诊断的装置以及用于实现这样的诊断的方法。 

背景技术

已经利用用于监视和改变变压器上的抽头设置的控制系统来改变成功率和效率水平。历史上，控制系统没有借助网络连接来提供非常需要的复杂的控制和监视水平。 

有相对大量的控制机箱和装备，其中本质上为电子系统的控制系统与当前联网和通信技术并不兼容。希望将许多现有控制系统转换成可以易于例如通过网络来远程控制和监视的格式。然而，这一转换所涉及到的问题是去除现有系统的控制系统和机箱并且用更新的电子系统完全地更换它所涉及到的成本在材料和人力方面均对应地很高。 

例如，用于改变变压器的抽头设置的控制系统包括用于电子控制和电子监视的较大量的输入和输出信号。然而，生成的这些信号具有特定格式、电压电平、电流等。为了更换设备从而可以生成所需信号格式，这既不实际而且成本也极高。 

在抽头变换器的工作过程中，关键的是监视抽头变换器的操作从而避免灾难性故障。在较大型的商业应用中，例如由于抽头设置的不完全切换或者改变而可能在抽头变换器中出现的热度增加可能迅速造成变压器的灾难性故障。这可能给个体带来危险，并且在变压器和关联设备的更换成本以及客户的停工期方面均使成本很高。 

因此，一种有效监视系统对于这些系统的安全运转而言至关重要。然而，许多当前抽头变换器的监视系统与联网控制系统不能很 好地集成。现有装备中控制和监视信号的众多格式进一步使该挑战更为复杂。 

抽头变换系统面临的另一挑战在于，即使在变压器的正常使用过程中，抽头变换器中的各种触点仍会在通过抽头变换器切换电流时随时间而磨损。例如，用于抽头变换器的触点可能随时间而碳化或者在触点的表面上形成碳沉积物。这是非常不利的，因为碳沉积物往往绝缘或者增加对电流流动的电阻。就通常用于商业应用的较高电压而言，发热以及电弧会出现在这些电阻较高的位置。电弧产生非常高的热量，从而在触点的表面上沉积更多碳。不良触点所致的过热和电弧，如果被忽视则可能造成设备出现灾难性故障。 

因而，希望有一种控制系统，其具有与现有控制信号格式集成和/或用现有控制信号格式来改型的多功能性，并且同时可以与联网控制和监视系统集成。 

还希望提供一种联网控制系统和方法，其与现有抽头变换系统一起有效地使用以监视抽头设置的改变，并且用于在超过预设限制时进入告警条件。 

还希望提供一种联网诊断控制系统和方法，其可以与现有抽头变换系统集成，这将基本上最小化或者甚至防止抽头变换器的碳化。 

发明内容

这些和其它目的在一个有利实施例中是通过提供一种联网电子控制系统来实现，该联网控制系统可以与现有变压器/电抗器完全地集成到现有控制机箱中。 

根据本发明第一有利实施例的一种集成电子控制和监视系统可以包括电子板机架，该电子板机架包括主处理器板和各种外围板。设想这些板可以被配置用以处理各种类型和格式的模拟和数字输入/输出信号，使得这些信号可以直接耦合到电子控制系统。这提供了可以在机架中组合和交换所有类型的板的优势。另外，可以在各板上的任何信道单独地配置各信号。

例如，通过在两个方向上工作的至以太网的串行通信，按照TCP/IP经由接口转换器发送和接收各种控制和/或监视信号。以这一方式，就可以例如从远程位置进行所有冷却控制配置。还可以单独设置各冷却器组的启动/停止温度。另外，可以包括在更高级冷却控制中包括组和/或从更高级冷却控制中排除组，同时又可以调整用于高级冷却控制的温度设置。 

出于监视的目的，从电子控制系统收集数据可以由OPC(用于处理控制的对象链接和嵌入)服务器实现。此外，可以在个体的基础上远程设置用于保护传感器的告警和断路限制。 

联网系统还允许支持经由CAN(控制局域网络)总线进行通信的传感器，例如Hydran，其中CAN传感器可以直接配置于电子控制系统中。当电压测量连接到变压器电子控制系统时，可以经由总线通信利用LTC来调节电压。 

还提供了一种可以与现有设备集成的系统和方法，用于在例如抽头变换器操作之后监视故障和向用户通知故障。 

在抽头变换器的操作过程中，当抽头变换器从一组触点切换到另一组触点时，通常会有电弧，并且电流通过电阻器而进行旁路。如果切换未完成，则可能出现经过电阻器的电流和附加电弧。这可能在设备机箱中造成温度的骤然峰值形成，从而例如安装的监视系统可能不能足够快速地得出用以防止损坏设备的结论。因而，在另一有利实施例中，安装的控制系统可以发送告警，并且如果超过预设阈值则甚至可以将变压器断路。 

为了实现这一点，获得和存储第一温度测量，该第一温度测量包括在切换操作之时在抽头变换器中测量的实际温度。还获得和存储将与抽头变换操作有关的各种标准纳入考虑之中的第二计算温度。将使用这两个温度作为用于在切换操作之后的一段时间在抽头变换器中进行的附加温度测量的参考。例如，在切换操作之后，在抽头中测量温度长达五分钟是有利的。 

使用第二计算温度来补偿抽头变换器可能生成附加热量的多次 操作是有利的。然而，如果抽头变换器中的温度增加超过预设增加值，则系统可以在第一较低阈值水平进行告警，并且还可以在第二较高阈值水平断路。 

另外，提供了一种可以与现有设备集成的系统和方法，其用于监视变压器/电抗器操作和抽头变换器操作，以基本上防止抽头变换器碳化。例如，如果抽头变换器在一个触点上放置延长的时间段，则触点碳化的可能性明显增加。一旦碳化开始，触点就受损，因此诊断方法的一个目的在于基本上避免碳化。 

因而，设想触点应当在特定位置仅保持所推荐的连接时间以避免形成碳化。因此，测量特定触点已经处于一个位置的时间量，并且将该时间量与推荐的连接时间做比较。当在一个位置的测量时间已经达到所推荐的连接时间时，告警系统将向客户通告运用抽头变换器的时机已到。 

还设想可以用不同方式计算所推荐的连接时间。例如，抽头变换器中的测量温度将影响所推荐的连接时间，流过触点的测量电流也将影响所推荐的连接时间。设想温度越高和电流越高，推荐的连接时间将变得越短。或者测量的温度越低和测量的电流越低，推荐的连接时间将变得越长。 

应当注意推荐的连接时间例如在精细和路线(course)选择器中可以不同。还设想可能希望在为运用抽头变换器而确定推荐时，将触点的一个和/或多个先前触点位置纳入考虑之中。 

重要的是系统知道特定抽头变换器设计，因为触点的移动依赖于该设计。对于一些抽头变换器类型，抽头变换器位置的变化不足以将精细触点从一个位置移动到另一位置；有时候需要在相同方向上的两个操作。为了移动路线(切换)选择器，有时需要在一个方向上的大量操作。 

以下术语和定义应当适用于本申请： 

如这里使用的术语“数据”意味着任何标记、信号、记号、符号、域、符号集、表示以及代表无论持久还是暂时、无论可视、可听、 声、电、磁、电磁或者另外方式表现的信息的任何一种或者多种其它物理形式。如这里用来代表一个物理形式的预定信息的术语“数据”应当视为涵盖相同预定信息的一种或者多种不同物理形式的任何表示和所有表示。 

如这里使用的术语“网络”包括所有种类的网络和互联网(包括因特网)，而不限于任何特定网络或者互联网。 

术语“第一”和“第二”用来使一个单元、集合、数据、对象或者事物区别于另一单元、集合、数据、对象或者事物，而不是用来指定在时间上的相对位置或者布置。 

如这里使用的术语“耦合(的)”、“耦合到”和“与......耦合”各意味着在两个或者更多设备、装置、文件、程序、介质、部件、网络、系统、子系统和/或装置之间构成以下各项中任一项或者多项的关系：(a)无论直接还是经过一个或者多个其它设备、装置、文件、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或装置的连接；(b)无论直接还是经过一个或者多个其它设备、装置、文件、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或装置的通信关系；和/或(c)其中任何一个或者多个设备、装置、文件、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或装置的操作完全地或者部分地依赖于任何一个或者多个其它设备、装置、文件、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或装置的功能关系。 

在一个有利实施例中，提供了一种用于改型的或者新的抽头变换器设备的抽头变换器通用控制系统，该控制系统包括用于容纳各种电子板的电子板机架和定位于电子板机架中的多个板，多个板被选择用以用不同方式发送模拟和/或数字信号到现有抽头变换器设备和/或从现有抽头变换器设备接收模拟和/或数字信号。提供该系统使得多个板各具有至少一个信道，而模拟和数字输入和输出信号借助多个板经由网络连接直接耦合到控制系统。进一步提供该系统以使得模拟和数字输入和输出信号在各板上的各信道上是可单独配置的。

在另一有利实施例中，提供了一种用于保护抽头变换器的诊断系统，该诊断系统包括定位用以检测温度变化的传感器和表示在启动抽头变换之前由传感器测量的初始温度的初始测量温度。该系统还包括根据将要发生的特定抽头变换来计算的计算温度值以及基于初始测量温度和计算温度值来确定的生成告警时的阈值。该系统还包括表示在已经启动抽头变换之后由传感器测量的实际温度的第二测量温度。提供该系统以使得如果第二测量温度超过阈值则由诊断系统生成告警。 

在又一有利实施例中，提供了一种用于防止抽头变换器中的电触点退化的诊断系统，该诊断系统包括用于测量触点位置的触点测量设备和由触点测量设备生成的表示触点是断开还是关闭的触点信号。该系统还包括与触点可以闭合的最大时间量有关的阈值时间值和用于接收触点信号并且基于触点信号来生成闭合时间值的控制器。提供该系统以使得控制器比较闭合时间值与阈值时间值以确定闭合时间值是否超过阈值时间值。该系统还包括由诊断系统生成的表示已经超过阈值时间值的告警消息。 

考虑到以下附图和所附具体描述，本发明的其它目的及其特定特征和优点将变得更清楚。 

附图说明

图1是本发明的一个有利实施例的框图。 

图2是图示了本发明另一有利实施例的根据图1的框图。 

图3是图示了本发明又一有利实施例的根据图1的框图。 

图4A是根据图1的本发明一个有利实施例的流程图。 

图4B是根据图4A的流程图的延续部分。 

图5是根据图1的本发明一个有利实施例的流程图。 

具体实施方式

现在参照附图，其中相似标号在所有图示中指代相应结构。

图1图示了通用控制系统10的一个有利实施例，并且主要地包括变压器(抽头变换器和一个或者多个冷却组)12、变压器机箱14和抽头变换器控制系统16。 

变压器(抽头变换器和一个或者多个冷却组)12在一个有利实施例中具有温度传感器18，提供这些温度传感器用以感测抽头变换器附近的温度以及变压器顶部油温和变压器底部油温。温度传感器18可以包括实质上任何类型的商业可用温度传感器。 

变压器(抽头变换器和一个或者多个冷却组)12也可以用不同方式配备有用于测量触点(未示出)已经闭合的总时间的触点传感器22和用于测量经过触点的电流量的电流传感器24。 

在一个实施例中，各种传感器(即温度传感器18、触点传感器22和电流传感器24)所生成的信号可以经由耦合26发送到处理器板30，该处理器板定位在位于机箱14内部的电子板机架28上。设想各种传感器可以例如经由控制局域网络总线与通用控制系统10通信。 

处理器板30可以借助处理器板30可以附接到其上的总线32而耦合到电子板机架28。在图1中也描绘了外围板1(34)至外围板n(34’)，这表示实质上任何数目的各种外围板(34，34’)可以附接到总线32并且基于特定应用来选择。处理器板30和外围板(34，34’)经由耦合36以不同方式与变压器(抽头变换器和一个或者多个冷却器组)12通信。 

设想可以使相对广泛的各种外围板(34，34’)可用以与现有抽头变换器和/或一个或者多个现有冷却组通信。信号可以例如包括但不限于发送和/或接收的各种广泛信号格式的模拟和/或数字信号。这一多功能性是有利的，因为可以从广泛的各种外围板(34，34’)中选择以与各具有特定信号格式和结构的现有设备接口连接。 

接口转换器38另外定位于站控制室。提供接口转换器38以通过网络连接40按照TCP/IP发送和接收各种模拟和/或数字输入和输出信号。

网络连接将电子板机架28耦合到OPC服务器。举例而言但并非限制，在一个优选实施例中的网络连接包括至以太网的串行通信。然而，还设想网络连接40可以包括例如以下连接其中的任何一个或更多：因特网，内部网，LAN(局域网)，WAN(广域网)或者MAN(城域网)，帧中继连接，高级智能网(AIN)连接，同步光纤网(SONET)连接，数字T1、T3或者E1线路，数字数据服务(DDS)连接，DSL(数字用户线)连接，ATM(异步传输模式)连接，FDDI(光纤分布数据接口)或者CDDI(铜线分布数据接口)连接。 

在满足某些标准时，抽头变换器控制系统16还可以生成告警42。 

现在参照图2，具体图示了处理器板30。在这一特定实施例中，示出了温度信号44、电压信号46、触点信号48和电流信号50被耦合26到处理器板30。应当注意可以单独或者在任何组合中利用图1所示各种传感器中的任何传感器。还应当注意尽管示出了所有温度信号被耦合26到处理器板30，但是设想任何或者所有信号可以改为按照需要耦合到外围板(34，34’)。 

在处理器板30上图示了与在抽头变换操控之前获取的初始温度测量有关的第一阈值温度52。在抽头变换操控之后进一步在所选时间段(例如五分钟)测量温度，但是可以包括任何所需的时间段。第二温度测量与第一阈值温度做比较，如果超过第一阈值54，则可以生成温度告警信号56。 

在图2中还图示了阈值时间值58，其可以包括触点(未示出)已经闭合的总时间值。该总时间值在一个有利实施例中可以将抽头变换器处或者附近的测量温度、触点已经闭合的时间以及经过触点的电流总量纳入考虑之中。这些测量各自可以影响总时间值。如果超过阈值时间值(60)，则可以生成触点告警信号62。 

在图2中还图示了第二温度阈值64，其与在抽头变换操控之前获取的初始温度测量有关，并且还包括对将要发生的一个或者多个操控的补偿。如果在抽头变换器操控之后获取的温度测量超过第二 温度阈值66，则可以生成供电中断信号68以便中断对设备的供电，从而防止设备损坏和/或对其过度磨损。 

尽管图示了这些各种计算由处理器板30在本地执行，但是设想这些计算可以由外围卡(34，34’)或者利用其作用是发送数据到变压器(抽头变换器和一个或者多个冷却组)12以及从变压器(抽头变换器和一个或者多个冷却器组)12发送数据的各种板由抽头变换器控制系统16以不同方式执行。 

在图2中还图示了冷却控制信号80，该冷却控制信号可以例如包括用于控制各种冷却组的各冷却器82启动/停止温度。最后示出了抽头变换器控制信号84，其经由总线32发送到各种板30、34、34’中的任何板。 

现在参照图3，具体图示了抽头变换器控制系统16。 

例如，示出了告警信号70经由总线32a被发送到抽头变换器控制系统16，并且例如包括温度告警信号56、触点告警信号62和供电中断信号68。一旦接收告警信号70，抽头变换器控制系统16然后可以采取适当动作，包括生成特定告警或者中断对抽头变换器和一个或者多个冷却组12的供电，并且可以包括这样的停机通知。请注意，尽管图示了告警生成是在抽头变换器控制系统16中生成的，但是设想它可以由处理器板30或者其它设备完成。 

图示了数据信号72被发送到抽头变换器控制系统16并且可以包括结合图2列举的各种测量信号44、46、48和50。也图示了可以根据在抽头变换操控之前获取的初始温度以及将要发生的特定操控由系统来计算的第一温度阈值74和第二温度阈值76。取而代之，可以按照用户输入的标准78来设置这些阈值中的任一阈值或者两个阈值。 

以这一方式，提供了一种可以例如与现有抽头变换器设备和冷却组有效地和高效地集成的多功能控制系统。通常，电子板机架28可以改型成抽头变换器机箱14，这消除了对新设备重新布线或者安装的需要。事实上，设想还可以利用现有传感器，这限制了对现有 控制配线重新布线的需要。 

现在参照图4A和图4B，图示了通用控制系统10的一个有利实施例的流程图。当已经接收应当发生抽头变换操控这一信号时，执行对抽头变换器102中的温度进行测量的初始步骤。一旦获取这一测量，在一个实施例中然后可以按照需要存储该测量(104)。 

也设想可能希望确定将要发生的特定抽头变换操控(106)以便计算与特定抽头变换操控有关的参考温度108。然后可以存储这一参考温度(110)。 

系统然后可以继续基于初始温度测量为将要出现的告警条件而设置第一阈值(112)。另外，系统然后可以基于参考温度值设置用于供电中断的第二阈值(114)。取而代之，设想可以按照来自一个或者多个用户的用户直接输入标准来实现两个步骤112和114。 

这时，可以执行特定抽头变换(116)。在已经实现抽头变换之后，设想在执行操控之后的指定时间段(例如五分钟，但不限于此)测量抽头变换器附近的温度是有利的。 

系统的下一步骤是确定所选时间段是否届满(118)。如果该时间段已经届满，则系统可以进行至结束120，直至将要发生另一抽头变换。然而，如果该时间段尚未届满，则系统进行至测量抽头变换器122附近的温度。 

一旦获得这一测量，系统然后可以确定所测量的温度是否超过第一阈值124。如果这种情况没有发生，则系统返回到查询时间段是否届满(118)。如果温度测量确实超过了第一阈值，则系统可以生成和发送温度告警(126)。 

在生成和发送温度告警(126)之后，系统然后可以确定所测量的温度是否超过第二阈值128。如果没有超过，则系统返回到查询时间段是否届满(118)。然而，如果超过第二阈值，则系统然后可以进行至发送断路(trip)信号。可选地，系统还可以生成和发送中断通知(132)。系统然后可以结束(120)，从而等待本地或者远程重置。

现在参照图5，图示了系统10所执行的另一过程的流程图。 

最初，系统确定代表触点可以闭合的总时间的阈值(202)。系统可以将抽头变换器中测量的温度和经过触点的电流纳入考虑之中。 

系统然后执行一系列测量，例如包括测量触点已经闭合的时间(204)、测量抽头变换器中的温度(206)和测量经过抽头变换器的电流(208)。 

一旦已经收集所有这样的信息，系统然后可以基于测量的时间、温度和电流来生成闭合时间值(210)。各种测量各自影响该闭合时间值。例如，温度测量越高，闭合时间值将越短。另外，电流越低，闭合时间值将越久。以这一方式，系统可以补偿可能影响触点碳化的许多因素，从而基本上避免发生任何碳化。 

系统然后确定该闭合时间值是否超过阈值(212)。如果没有超过，则系统继续以回到测量包括时间、温度和电流的各种值。然而，如果系统确定该闭合时间值确实超过阈值，则系统可以继续生成告警消息214。告警消息可以包含需要训练或者改变触点以避免碳化的消息。 

应当注意尽管已经按步骤序列描述和介绍了各种功能和方法，但是提供该序列仅作为对有利实施例的说明，而并非必须按说明的具体顺序执行这些功能。还设想这些步骤中的任何步骤可以删除和/或相对于任何其它步骤来组合。此外，还设想根据应用来利用这里描述的所有或者任一部分功能可能是有利的。 

虽然已经参照部件、特征等的特定布置描述了本发明，但是这些并非旨在于穷举所有可能的布置或者特征，而实际上对于本领域技术人员而言可以发现许多其它修改和变换。

Claims (10)

1.一种用于保护抽头变换器的诊断系统，包括：

传感器，其定位用以检测温度变化；

初始测量温度，其表示在启动抽头变换之前所述传感器所测量的初始温度；

计算温度值，其根据将要发生的特定抽头变换而计算；

生成告警时的阈值，其基于所述初始测量温度和所述计算温度值来确定；

第二测量温度，其表示在已经启动抽头变换之后所述传感器所测量的实际温度；

如果所述第二测量温度超过所述阈值，则由所述诊断系统生成所述告警。

2.根据权利要求1所述的诊断系统，还包括第二阈值，在所述第二阈值以上将中断经过所述抽头变换器的电力流。

3.根据权利要求2所述的诊断系统，其中所述第二阈值高于所述第一阈值。

4.根据权利要求1至3其中任一项所述的诊断系统，进一步包括：

触点测量设备，其用于测量触点位置；

触点信号，其由所述触点测量设备生成，表示所述触点是断开还是闭合；

阈值时间值，其与所述触点可以处于所述接触位置的最大时间量有关；

控制器，其用于接收所述触点信号并且基于所述触点信号来生成闭合时间值；

所述控制器比较所述闭合时间值与所述阈值时间值，以确定所述闭合时间值是否超过所述阈值时间值；

告警消息，其由所述诊断系统生成，表示已经超过所述阈值时间值。

5.根据权利要求4所述的诊断系统，还包括位于所述触点的附近用以测量温度并且生成温度信号的温度传感器，所述控制器接收所述温度信号并且基于所述阈值时间值和所述温度信号两者来确定是否应当生成所述告警消息。

6.根据权利要求5所述的诊断系统，其中所述温度信号越高，对于所述系统而言用以生成所述告警消息的所述阈值时间值必须越短。

7.根据权利要求4所述的诊断系统，还包括电流传感器，用以测量经过所述触点的电流并且生成电流信号，所述控制器接收所述电流信号并且基于所述阈值时间值和所述电流信号来确定是否应当生成所述告警消息。

8.根据权利要求7所述的诊断系统，其中所述电流信号越高，对于所述系统而言用以生成所述告警消息的所述阈值时间值必须越短。

9.根据权利要求4所述的诊断系统，还包括：

温度传感器，位于所述触点的附近用以测量温度并且生成温度信号；

电流传感器，用以测量流过所述触点的电流并且生成电流信号；

所述控制器接收所述温度信号和所述电流信号，并且基于所述阈值时间值、所述温度信号和所述电流信号来确定是否应当生成所述告警消息。

10.根据权利要求9所述的诊断系统，其中所述温度信号越高和/或所述电流信号越高，对于所述系统而言用以生成所述告警消息的所述阈值时间值必须越短。

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