CN101846719A - 变压器绝缘状态在线监测装置 - Google Patents

Abstract

变压器绝缘状态在线监测装置，包括工业计算机及其上的数据采集卡和数字I/O卡，数字I/O卡与电源管理单元相连，信号调理单元、放大器单元和介损铁芯测量单元相连，数据采集卡与放大单元和介损铁芯测量单元相连，放大器单元与信号调理单元连接，信号调理单元与局放前置板相连，介损铁芯测量单元与介损铁芯前置板相连，局放前置板与套管底部大传感器和套管末屏二合一传感器相连，介损铁芯前置板与套管末屏二合一传感器和铁芯接地传感器相连，将采集的信号送至工业计算机，对信号极性鉴别、数字滤波和抗干扰处理，计算被测变压器各相的局部放电量，统计放电次数，生成放电趋势图，具有整体性好、测量精度高、软件操作简单、可远程浏览的特点。

Description

变压器绝缘状态在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种电力设备绝缘在线监测装置，特别是一种变压器绝缘状态在线监测装置。

背景技术

电力变压器的安全运行是影响电力系统安全、稳定和经济运行的重要因素，电力变压器发生绝缘事故，不仅会造成设备本身损坏，而且还会造成多方面的损失。绝缘故障及老化积累发展到一定程度，会造成绝缘严重破坏甚至击穿，导致事故发生，对电力系统本身运行和人民生产、生活都将造成重大损失。

目前主要通过定期检修和绝缘预防性试验来预防电力变压器绝缘事故发生，同时也开展了某些绝缘参量的在线监测技术。但预防性试验试验条件和运行条件有差别，离线试验不能完全反映设备在运行条件下的绝缘状况。绝缘故障本身有一个发生、发展的过程，并与运行条件有关，不易在定期的预防性试验中准确发现。定期大小维修和绝缘预防性试验均需停电离线进行，试验时间长，工作量大，并造成大量的电量损失和可能的设备损害。并且某单一参量的在线监测并不能完全杜绝事故，在设备运行过程中发生的故障很难被觉察；各个在线监测技术提供厂家的产品没有统一的产品与基本的技术要求，难以进行数据整合和测试结果的统一比较分析。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种变压器绝缘状态在线监测装置，对能反映电力变压器绝缘状况的局部放电、套管电容量和介损及铁芯接地电流同时进行在线监测，具有整体性好、测量数据真实、测量精度高、软件操作简单、数据处理强大、可远程浏览等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种变压器绝缘状态在线监测装置，包括工业计算机17，工业计算机17的PCI插槽上设有数据采集卡15和数字I/O卡16；数字I/O卡16与电源管理单元11的电源信号控制接口、信号调理单元13的信号通道控制接口、放大器单元14的放大倍率控制接口和介损铁芯测量单元12的通道控制接口相连，数据采集卡15的信号输入通道与放大器单元14的信号输出通道和介损铁芯测量单元12的信号输出通道相连；放大器单元14的信号输入通道与信号调理单元13的信号输出通道连接；信号调理单元13的多路信号输入通道与局放前置板9的信号转接头连接；介损铁芯测量单元12的信号输入通道与介损铁芯前置板10的信号输出通道相连，局放前置板9的信号转接头与套管底部大传感器5的信号接头和套管末屏二合一传感器6的局放信号接头连接，介损铁芯前置板10的信号输入通道与套管末屏二合一传感器6的介损信号接头和铁芯接地传感器7的铁芯信号接头连接。

所述的工业计算机17安装有变压器绝缘在线监测软件，可与变电站的所属的供电公司网络连接，以WEB形式发布数据，用于用户通过局域网络或互联网远程查看各项测量数据。

所述的数据采集卡15具有四条8位的模拟输入通道，20MS/s的时域采样速率，1GS/s的自由交叉采样频率(RIS)和10M模拟输入带宽。

所述的数字I/O卡16具有三个数字输入输出端口，每个端口由8位的数字量组成。

所述的放大器单元14有1倍、10倍、100倍、1000倍四种放大倍数。

所述的介损铁芯测量单元12接入被测变压器1的ABC三相PT电压。

所述的局放前置板9和介损铁芯前置单元10设置在前置端子箱8内，前置端子箱8悬挂在被测变压器1本体上，每台被测变压器安装一个，可满足一台变压器高中压三相的测量。

所述的套管底部大传感器5设置在被测变压器1的套管2根部，每个套管需安装一个，其响应频带为40KHz-3MHz，脉冲分辨率小于10μs。

所述的套管末屏二合一传感器6内部封装局放传感器19和介损传感器20，局放传感器19用来耦合局放信号，介损传感器20用来耦合套管末屏接地电流，套管末屏二合一传感器6安装在被测变压器1套管2的末屏接地线4上，每个套管需安装一个套管末屏二合一传感器6。

所述的铁芯接地传感器7设置在被测变压器1的铁芯接地线3上。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性技术效果：1)整体性好。集成了局部放电监测、介质损耗及电容量监测、铁芯接地电流监测、组成统一平台实现对各模块运行控制、参数设置以及信号预处理，并进行数据统计分析、数据库管理。2)测量数据真实、测量精度高。采用高精度的传感器，使用了极性鉴别、数字滤波、设置动态阈值、开相位窗口等综合抗干扰措施。3)软件操作简单。实现自动化管理，可自动定期定时自动采集并记录显示数据，也可随时手动启动测量。4)数据处理强大。装置能存储每次测量的放电量放电次数，可提供工频周期放电图、三维、二维谱图，可用以分析放电的类型、并显示指定时间内的变压器的局部放电、套管介损和电容量及铁芯接地电流发展趋势。5)WEB形式数据发布，可实现远程浏览。可通过广域网实现变电站向地区供电公司主站系统、省公司系统的远程数据传输，可远程进行数据查看、管理、分析、统计。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的二合一传感器6放大局部剖视图。

图3为本发明的工作原理图。

图4为本发明测量的局部放电谱图，其中图4(a)为50个工频周期三维图；图4(b)为50个工频周期Q/Φ图；图4(c)为50个工频周期Φ/N图；图4(d)为50个工频周期N/Q图。

图5为本发明的局放趋势图。

图6为本发明的测量的数据报表。

图7为本发明的测量的介损趋势图。

图8为本发明的变压器接地电流趋势图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参照图1，一种变压器绝缘状态在线监测装置，包括工业计算机17，工业计算机17的PCI插槽上设有数据采集卡15和数字I/O卡16，数字I/O卡16具有三个数字输入输出端口，每个端口由8位数字量组成，数字I/O卡16与电源管理单元11的电源信号控制接口、信号调理单元13的信号通道控制接口、放大器单元14的放大倍率控制接口和介损铁芯测量单元12的通道控制接口通过数据线连接，信号调理单元13的电源输出接口和控制输出接口分别与局放前置板9的电源输入接口和控制输入接口连接。介损铁芯测量单元12的电源输出接口和控制输出接口分别与介损铁芯前置板10的电源输入接口和控制输入接口连接，数字I/O卡16可输出控制信号对电源管理单元11、信号调理单元13、放大器单元14、介损铁芯测量单元12、局放前置板9和介损铁芯前置板10的工作进行控制。电源管理单元11供给信号调理单元13、放大器单元14、局放前置板9和介损铁芯前置板10受控的工作电源。数据采集卡15的CH1、CH2、CH3和CH4信号输入通道分别与放大单元14的CH1、CH2信号输出和介损铁芯测量单元12的CH1、CH2信号输出通过信号电缆连接，对处理后的信号进行信号采集，数据采集卡15具有四条8位的模拟输入通道，20MS/s的时域采样速率，1GS/s的自由交叉采样频率，10M模拟输入带宽。放大单元14有1倍、10倍、100倍、1000倍四种可控的放大倍数，放大单元14的CH1、CH2信号输入通道分别与信号调理单元13的CH1、CH2信号输出通道有两路信号电缆连接。信号调理单元13和介损铁芯测量单元12对各个被测变压器的信号进行选通，最多可监测3台变压器，信号调理单元13的信号输入BNC接头与每个被测变压器的局放前置板9的信号输出BNC接头通过信号电缆连接，介损铁芯测量单元12需接入每台被测变压器的ABC三相PT电压信号，介损铁芯测量单元12的信号输入BNC接头与每个被测变压器的介损铁芯前置板10的信号输出BNC接头通过信号电缆连接。局放前置板9对被测变压器的每相信号进行选通，局放前置板9的信号输入BNC接头与套管底部大传感器5的信号BNC接头和套管末屏二合一传感器6的信号BNC接头连接，介损铁芯前置板10的信号输入WAGOA四芯端子与套管末屏二合一传感器6的信号输出四芯接头和铁芯接地传感器7的信号输出四芯接头连接。套管底部大传感器5设置在被测变压器1的套管2根部，其响应频带为40KHz-3MHz，脉冲分辨率小于10μs，每个套管2需安装一个。套管末屏二合一传感器6内部封装两个传感器，一个用来耦合局放信号，一个用来耦合套管末屏接地电流，安装在被测变压器1套管2的末屏接地线4上，每个套管需安装一个，铁芯接地传感器7设置在被测变压器1的铁芯接地线3上，每台变压器安装一个。

参见图2，套管末屏二合一传感器6内部封装局放传感器19和介损传感器20，局放传感器19用来耦合局放信号，介损传感器20用来耦合套管末屏接地电流，套管末屏二合一传感器6安装在被测变压器1套管2的末屏接地线4上，每个套管需安装一个套管末屏二合一传感器6。

参见图3，各相局放传感器信号经局放前置板10转接后，传输至信号调理单元13和放大器单元14，由工业计算机17通过数字I/O卡16向信号调理单元13和放大器单元14传输控制指令，将信号传输给数据采集卡15，数据采集卡15采集信号并交由工业计算机17计算分析。各相介损信号和铁芯接地电流器信号经介损铁芯前置板9转接后，传输至介损铁芯测量单元12，同时将A、B、C三相PT信号传输至介损铁芯测量单元12，由工业计算机17通过数字I/O卡向介损铁芯测量单元12传输控制指令，将铁芯、介损和PT信号传输给数据采集卡15，数据采集卡15采集信号并交由工业计算机17计算分析。电源管理单元11由工业计算机17通过数字I/O卡16进行控制，在系统采集信号时向信号调理单元13、放大器单元14、介损铁芯测量单元12、局放前置板10、介损铁芯前置板9提供工作电源。

参见图4，局部放电谱图包括：图4(a)50个工频周期三维图、图4(b)50个工频周期Q/Φ图、图4(c)50个工频周期Φ/N图和图4(d)50个工频周期N/Q图。图4(a)50个工频周期三维图的X轴表示放电相位(单位：度)、Y轴表示放电量(单位：pC)、Z轴表示放电次数(单位：次)；图4(b)50个工频周期Q/Φ图的X轴表示放电相位(单位：度)、Y轴表示放电量(单位：pC)；图4(c)50个工频周期Φ/N图的X轴表示放电相位(单位：度)、Y轴表示放电次数(单位：次)；图4(d)50个工频周期N/Q图的X轴表示放电量(单位：pC)、Y轴表示放电次数(单位：次)。

由图4可以分析放电发生的相位，次数及大小，以判断每次局部放电发生的放电类型及放电的严重程度。

参见图5，X轴表示测量日期和时间，Y轴表示方电量大小，图中三条变化曲线分别表示A、B、C三相的放电量变化情况。

由图5可以根据一段时间内变压器的A、B、C各相的放电趋势来分析变压器各相的绝缘变化趋势，以判断变压器的目前的绝缘状况。

参见图6，局放数据报表由报告人员、测量时间、主变编号、设备电压等级、制定时间段内的放电量发展趋势和制定时间段内放电数据报表组成。其中放电数据报表包括测量相位、测量值和测量时间。

由图6可以得到一段时间内变压器每相的放电趋势和每次测量的放电量的大小，可方便变压器运行人员对测量数据进行整理、打印等处理。

参见图7，介损趋势图包括A、B、C三相介损测量值变化趋势，X轴为测量时间、Y轴为介损测量值大小(单位：tanα％)；A、B、C三相套管电容量变化趋势，X轴为测量时间、Y轴为电容量值大小(单位：pF)；A、B、C三相套管末屏接地电流变化趋势，X轴为测量时间、Y轴为电流量量值大小(单位：A)。

由图7变压器A、B、C三相介损的电容量的测量变化趋势可以判断变压各相套管的绝缘变化趋势和绝缘状况。

参见图8，X轴表示测量日期和时间，Y轴表示测量到的变压器铁芯接地电流量大小(单位：A)。

由图8根据变压器铁芯接地电流的变化趋势可以判断变压器铁心的接地状况。

本发明的工作原理是：

变压器绝缘在线监测软件可自动定期定时自动测量，也可随时手动启动测量，启动后先测量每台被测变压器的局部放电，数字I/O卡16输出控制信号给电源管理单元11，电源管理单元11输出电源给放大器单元14、信号调理单元13、介损铁芯测量单元12、局放前置板9和介损铁芯前置板10供电。局放前置板9接收到数字I/O卡16的控制命令后开始依次选通被测变压器各相套管底部大传感器5和套管末屏二合一传感器6耦合的局部信号，并把选通后的信号输送至信号调理单元13，信号调理单元13对接收到的信号进行滤波后，传送至放大器单元14，同时产生一个与工频电压同相位的方波信号，该方波信号被送至数据采集卡15，数据采集卡15接收到方波的上升沿时开始采集放大器单元14输出的信号，采集到的信号送至工业计算机17，变压器绝缘综合在线监测软件对采集的信号进行极性鉴别、数字滤波、设置动态阈值、开相位窗口等软件综合抗干扰进行处理，计算各被测变压器各相的局部放电量，统计放电次数，生成工频周期的Q-N-Φ三维放电谱图和对应的Q/N、Q/Φ、N/Φ三个二维谱图，见图4；保存所有测量数据，并生成放电趋势图，见图5，横坐标为可选择的一段时间，纵坐标为放电量pC的发展趋势；同时可生成数据报表，见图6，上方为选择一段时间的趋势图，下方是选择时间内每次测量的数据。

被测的各变压器的各被测相的局部放电测量完成后，自动测量套管介质损耗和变压器铁芯接地电流，数字I/O卡16输出控制信号给介损铁芯前置板10，介损铁芯前置板10开始依次选通被测变压器各相套管末屏二合一传感器6耦合的末屏接地电流信号和被测变压器的铁芯接地电流传感器7的铁芯接地电流信号，传送至介损铁芯测量单元12，介损铁芯测量单元12选通与电流信号同一相的PT电压信号，把电流和电压信号同时送至数据采集卡15，数据采集卡15采集信号送至工业计算机17，变压器绝缘在线监测软件进行数据处理，计算被测变压器各相的套管介损、电容量和末屏接地电流及被测变压器的铁芯接地电流，保存所有测量数据，并生成套管介损和电容量趋势图，见图7，图7中三个趋势图的纵坐标分别为介质损耗tan％、电容量pF和套管末屏接地电流A，横坐标是选择的时间段，生成的铁芯接地电流趋势图，见图8，图8中纵坐标为铁芯接地电流值A，横坐标是选择的时间。

工业计算机17与变电站的所属的供电公司网络连接，以WEB形式进行数据发布，通过广域网实现变电站向地区供电公司主站系统、省公司系统的远程数据传输，可远程进行监测数据查看、管理、分析和统计。

图1中：1-被测变压器；2-被测变压器套管；3-被测变压器铁芯接地线；4-被测变压器套管末屏接地线；5-套管底部大传感器；6-套管末屏二合一传感器；7-铁芯接地传感器；8-前置端子箱；9-局放前置板；10-介损铁芯前置板；11-电源管理单元；12-介损铁芯测量单元；13-信号调理单元；14-放大器单元；15-数据采集卡；16-数字I/O卡；17工业计算机；18-机柜。

Claims (10)

1.一种变压器绝缘状态在线监测装置，包括工业计算机(17)，其特征在于，工业计算机(17)的PCI插槽上设有数据采集卡(15)和数字I/O卡(16)；数字I/O卡(16)与电源管理单元(11)的电源信号控制接口、信号调理单元(13)的信号通道控制接口、放大器单元(14)的放大倍率控制接口和介损铁芯测量单元(12)的通道控制接口相连，数据采集卡(15)的信号输入通道与放大单元(14)的信号输出通道和介损铁芯测量单元(12)的信号输出通道相连；放大器单元(14)的信号输入通道与信号调理单元(13)的信号输出通道连接；信号调理单元(13)的多路信号输入通道与局放前置板(9)的信号转接头连接；介损铁芯测量单元(12)的信号输入通道与介损铁芯前置板(10)的信号输出通道相连，局放前置板(9)的信号转接头与套管底部大传感器(5)的信号接头和套管末屏二合一传感器(6)的局放信号接头连接，介损铁芯前置板(10)的信号输入通道与套管末屏二合一传感器(6)的介损信号接头和铁芯接地传感器(7)的铁芯信号接头连接。

2.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘状态在线监测装置，其特征在于，所述的工业计算机(17)安装变压器绝缘在线监测软件，可与变电站的所属的供电公司网络连接，以WEB形式发布数据。

3.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘状态在线监测装置，其特征在于，所述的数据采集卡(15)具有四条八位的模拟输入通道，20MS/s的时域采样速率；1GS/s的自由交叉采样频率(RIS)，10M模拟输入带宽。

4.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘状态在线监测装置，其特征在于，所述的数字I/O卡(16)具有三个数字输入输出端口，每个端口由八位的数字量组成。

5.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘状态在线监测装置，其特征在于，所述的放大器单元(14)有1倍、10倍、100倍和1000倍四种放大倍数。

6.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘状态在线监测装置，其特征在于，所述的介损铁芯测量单元(12)接入被测变压器(1)的ABC三相PT电压。

7.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘状态在线监测装置，其特征在于，所述的局放前置板(9)和介损铁芯前置单元(10)设置在前置端子箱(8)内，前置端子箱(8)悬挂在被测变压器(1)本体上，每台被测变压器安装一个。

8.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘状态在线监测装置，其特征在于，所述的套管底部大传感器(5)设置在被测变压器(1)的套管(2)根部，其响应频带为40KHz-3MHz，脉冲分辨率小于10μs。

9.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘状态在线监测装置，其特征在于，所述的套管末屏二合一传感器(6)内部封装局放传感器(19)和介损传感器(20)，局放传感器(19)用来耦合局放信号，介损传感器(20)用来耦合套管末屏接地电流，套管末屏二合一传感器(6)安装在被测变压器(1)套管(2)的末屏接地线(4)上，每个套管(2)需安装一个套管末屏二合一传感器(6)。

10.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘状态在线监测装置，其特征在于，所述的铁芯接地传感器(7)设置在被测变压器(1)的铁芯接地线(3)上。

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