CN103063974A

CN103063974A - 一种配电变压器匝间短路的在线监测方法及装置

Info

Publication number: CN103063974A
Application number: CN2012105721197A
Authority: CN
Inventors: 李江帆; 何正浩; 梁锡海; 黄祖成; 桑成磊; 付华军
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; Guangzhou Power Supply Bureau Co Ltd
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; Guangzhou Power Supply Bureau Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明提出一种配电变压器匝间短路的在线监测方法，包括步骤：在空载条件下，获取变压器高压侧的电压和电流；以及获取所述变压器低压侧的电压和电流；根据所述高压侧的电压和电流、所述低压侧的电压和电流获取所述变压器的实时功率损耗；判断所述变压器的实时功率损耗是否大于所述变压器在正常工作时的功率损耗；若是，则发出第一报警信号；若否，则不发出所述第一报警信号；将所述第一报警信号上传控制中心。本发明提出一种配电变压器匝间短路的在线监测装置，可以实时在线监测，及时检测出变压器匝间短路故障；工程实践较简单，不会对原系统结构产生明显影响。

Description

一种配电变压器匝间短路的在线监测方法及装置

技术领域

本发明涉及变压器的安全控制领域，特别是涉及一种配电变压器匝间短路的在线监测方法及装置。

背景技术

配网变压器的正常运行是整个配电网系统正常运行的关键。在变压器中，绕组是最重要、最复杂也是最容易出现故障的部件，统计资料表明：绕组的损坏率约占整个变压器故障的60%-70%。而绕组故障发生的原因主要是变压器内部的绝缘失效造成的匝间短路。匝间短路发生后,故障绕组会产生很大的短路电流，发热量等各种损耗加大，反过来破坏绝缘，引起变压器损坏。而且对于匝间短路故障，往往能够继续送出满负荷电流，但是事故点已经被烧坏，如果不及时发现匝间短路，故障就会继续发展，最终导致变压器的烧毁，所以怎样在事故发生前诊断出匝间短路至关重要。

目前，对于配电变压器匝间短路故障，尚没有商业化的在线监测装置。变压器匝间短路无论发生在高压侧还是低压侧，一般出厂试验、交接试验以及运行后的预防性试验都很难发现。电力从业人员都知道，变压器发生匝间短路时，尽管短路匝电流很大，但流出一次侧电流非常小。传统的保护措施是通过整定继电保护的参数来实现的，这对一些不会产生保护动作的匝间短路故障的诊断就无能为力。因此，如何在继电保护动作之前及时地监测这种潜伏性故障，避免变压器非正常退出运行就显得非常必要。

利用传统的保护反应轻微的内部故障，保护的灵敏性低、动作迟缓，当变压器内部发生故障时，即使保护装置根据技术要求正确的动作，通常大部分绕组还是被损坏，其主要原因如下:

1、差动保护为了躲过励磁涌流和穿越性故障产生的不平衡电流，继电器的动作整定值较高，从而降低了保护装置的灵敏度。变压器匝间短路时，虽然短路匝中的电流可高达额定电流的数十倍，但电源方三相电流并不大只有当故障发展到一定程度时，才能检测出来。

2、对于瓦斯继电器，只有当气体积累到某一最小容积时才能动作，故瓦斯保护反应变压器内部这种匝间短路故障的速度慢、时间长。

发明内容

本发明的目的在于提出一种配电变压器匝间短路的在线监测方法及装置，可以实时在线监测，及时检测出变压器匝间短路故障；工程实践较简单，不会对原系统结构产生明显影响。

采用的方案：

一种配电变压器匝间短路的在线监测方法，包括步骤：

在空载条件下，获取变压器高压侧的电压和电流；以及获取所述变压器低压侧的电压和电流；

根据所述高压侧的电压和电流、所述低压侧的电压和电流获取所述变压器的实时功率损耗；

判断所述变压器的实时功率损耗是否大于所述变压器在正常工作时的功率损耗；若是，则发出第一报警信号；若否，则不发出所述第一报警信号；

将所述第一报警信号上传控制中心。

以及，一种配电变压器匝间短路的在线监测装置，包括：

第一获取单元，用于在空载条件下，获取变压器高压侧的电压和电流；以及获取所述变压器低压侧的电压和电流；

第二获取单元，用于根据所述高压侧的电压和电流、所述低压侧的电压和电流获取所述变压器的实时功率损耗；

判断单元，用于判断所述变压器的实时功率损耗是否大于所述变压器在正常工作时的功率损耗；若是，则通知第一报警单元发出第一报警信号；若否，则不通知所述第一报警单元发出所述第一报警信号

通信单元，用于将所述第一报警信号上传控制中心。

由于在变压器的工作过程中，不管变压器的型号是什么，多大容量，采用哪种接线方式，当它发生匝间短路故障时，就会在其绕组中产生一个很大的短路环流，尽管从外部端子上看去并不会发现端部电流有明显的变化。此环流会引起变压器绕组发热，发热量与电流大小的平方成正比，使得变压器损耗增加。当变压器发生匝间短路故障时，在故障点可能形成一个放电点，产生弧光放电，由此必将大量增加变压器的功率损耗。利用这一原理，本发明中实时获取变压器的功率损耗，当变压器的实时功率损耗大于变压器在正常工作时的功率损耗时，说明变压器发生了故障，此时发出报警信号，并将该报警信号上传控制中心，以便采取对应措施，可以实时在线监测，及时检测出变压器匝间短路故障；工程实践较简单，不会对原系统结构产生明显影响。

附图说明

图1为本发明的一个流程图；

图2为本发明的另一个流程图；

图3为本发明装置的一个结构示意图；

图4为本发明装置的另一个结构示意图。

具体实施方式

在变压器空载的条件下，进行本发明的实施。

本发明提出一种配电变压器匝间短路的在线监测方法，其中一个实施方式，请参考图1，包括步骤：

S1、获取变压器高压侧的电压和电流；以及获取变压器低压侧的电压和电流；

具体实施时，可以使用电压互感器和电流互感器来获取对应的电压和电流。

S2、根据高压侧的电压和电流、低压侧的电压和电流获取变压器的实时功率损耗；

在其中一个实施方式中，根据高压侧的电压和电流获取变压器的总输入功率；

根据低压侧的电压和电流获取变压器的总输出功率；

将变压器的总输入功率减去变压器的总输出功率，得到变压器的实时功率损耗。

具体的，根据步骤S1中获取的变压器高压、低压两端的电压电流值，即：变压器高压端A相B相间的电压、B相C相间的电压、C相A相间的电压分别为：U_AB;U_BC;U_CA;

变压器高压端的三相电流分别为：I_A;I_B;I_C;

变压器低压端A相B相间的电压、B相C相间的电压、C相A相间的电压分别为：U_ab;U_bc；U_ca；

变压器高压端的三相电流分别为：I_a;I_b；I_c；

通过这些测量值计算出变压器的总输入功率P₁和总输出功率P₂；具体计算公式如下：

将P₁减去P₂得到变压器的实时功率损耗Δp。

S3、判断变压器的实时功率损耗是否大于变压器在正常工作时的功率损耗；

要实施本技术方案，需要事先确定变压器正常情况下功率损耗之值，所以要根据变压器现场实际状态，在系统投入运行前确认变压器无故障，再测量变压器正常运行时三相高低压侧的电压电流值，计算出变压器正常工作时的功率损耗，以作参考。

当变压器的实时功率损耗小于或者等于变压器在正常工作时的功率损耗时，进行步骤S4;当变压器的实时功率损耗大于变压器在正常工作时的功率损耗时，进行步骤S5。

S4、不发出第一报警信号；

S5、发出第一报警信号；

S6、将第一报警信号上传控制中心。

为了能对故障所在相进行定位，方便检测人员知道具体是变压器的哪个相出现问题，提高工作效率，本发明对上述实施例作了进一步改进，如图2所示：

在步骤S3中，若当变压器的实时功率损耗大于变压器在正常工作时的功率损耗时，进行如图2所示的以下步骤：

S7、根据高压侧的电压和电流、低压侧的电压和电流获取变压器A、B、C三相各自的实时功率损耗；

具体的，进行步骤S7时，根据高压侧的电压和电流获取变压器A、B、C三相的输入功率；

根据低压侧的电压和电流获取变压器A、B、C三相的输出功率；

将A相的输入功率减去A相的输出功率，得到A相的实时功率损耗；

将B相的输入功率减去B相的输出功率，得到B相的实时功率损耗；

将C相的输入功率减去C相的输出功率，得到C相的实时功率损耗。

S8、当A相的实时功率损耗大于A相在正常工作时的功率损耗时，发出第二报警信号；

S9、当B相的实时功率损耗大于B相在正常工作时的功率损耗时，发出第三报警信号；

S10、当C相的实时功率损耗大于C相在正常工作时的功率损耗时，发出第四报警信号；

S11、将第二报警信号、第三报警信号以及第四报警信号上传控制中心。

在进行图2所示流程时，当步骤S3中判断变压器的实时功率损耗大于变压器在正常工作时的功率损耗时，可以先于步骤S7发出第一报警信号，然后将该第一报警信号上传控制中心；让检测人员提前做好防范措施。也可以在步骤S3中断变压器的实时功率损耗大于变压器在正常工作时的功率损耗时，再判断变压器的实时功率损耗是否大于预设的极限功率值，若是则发出崩溃信号，该崩溃信号用于表示变压器继续运行下去的话，会随时引起变压器爆炸的危险；将崩溃信号上传给控制中心，让检测人员做好紧急措施。

实施本发明主要有以下几个环节：

环节1，电气信号的采集，在本环节中，可以用电压互感器和电流互感器从被监测变压器上取得高低压侧的电压电流信号；

环节2，电压电流信号的处理，本环节中，可以通过数据采集卡等数据处理装置对采集到的电压电流信号进行运算，以求得变压器的输入电功率与输出电功率，并进行差值运算求得输入与输出之差，进而得到变压器损耗掉的功率；

环节3，故障判断，在此环节中，由环节2中得出的数据，与设定的匝间短路故障报警值比较，若超过报警值则发出报警信号，若未超过报警值则不发出报警信号，当达到设定的故障极限值时要发出崩溃信号，此意为当收到此信号，说明变压器若继续运行下去，会随时面临爆炸的危险，需要立刻从电网中切除；

环节4，故障信号传递即系统通信，此环节主要任务是把产生出来的故障报警信号传送至供电单位控制中心，由控制中心对被监测变压器采取相应的操作。此环节通信采用无线通信，即GPRS无线通信技术，通过安装在工控机内的SIM卡将故障信号传递到控制室。

本发明还提出一种配电变压器匝间短路的在线监测装置，其结构示意图可参考图3，包括：

第一获取单元，用于在空载条件下，获取变压器高压侧的电压和电流；以及获取变压器低压侧的电压和电流；

第二获取单元，用于根据高压侧的电压和电流、低压侧的电压和电流获取变压器的实时功率损耗；

判断单元，用于判断变压器的实时功率损耗是否大于变压器在正常工作时的功率损耗；若是，则通知第一报警单元发出第一报警信号；若否，则不通知第一报警单元发出第一报警信号

通信单元，用于将第一报警信号上传控制中心。

为了能对故障所在相进行定位，方便检测人员知道具体是变压器的哪个相出现问题，提高工作效率，本发明对上述实施例作了进一步改进，如图4所示：配电变压器匝间短路的在线监测装置还包括第三获取单元、第二报警单元、第三报警单元以及第四报警单元；

当判断单元判断变压器的实时功率损耗大于变压器在正常工作时的功率损耗时，

第三获取单元根据高压侧的电压和电流、低压侧的电压和电流获取变压器A、B、C三相各自的实时功率损耗；

当A相的实时功率损耗大于A相在正常工作时的功率损耗时，第二报警单元发出第二报警信号；

当B相的实时功率损耗大于B相在正常工作时的功率损耗时，第三报警单元发出第三报警信号；

当C相的实时功率损耗大于C相在正常工作时的功率损耗时，第四报警单元发出第四报警信号；

通信单元将第二报警信号、第三报警信号以及第四报警信号上传控制中心。

其中，第二获取单元根据高压侧的电压和电流、低压侧的电压和电流获取变压器的实时功率损耗时，

根据高压侧的电压和电流获取变压器的总输入功率；

根据低压侧的电压和电流获取变压器的总输出功率；

其中，第三获取单元根据高压侧的电压和电流、低压侧的电压和电流获取变压器A、B、C三相的各自的实时功率损耗时，

根据高压侧的电压和电流获取变压器A、B、C三相的输入功率；

其中，通信单元将第一报警信号、第二报警信号、第三报警信号以及第四报警信号上传控制中心。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种配电变压器匝间短路的在线监测方法，其特征在于，包括步骤：

将所述第一报警信号上传控制中心。

2.根据权利要求1所述的配电变压器匝间短路的在线监测方法，其特征在于，当所述变压器的实时功率损耗大于所述变压器在正常工作时的功率损耗时，

根据所述高压侧的电压和电流、所述低压侧的电压和电流获取所述变压器A、B、C三相各自的实时功率损耗；

当A相的实时功率损耗大于A相在正常工作时的功率损耗时，发出第二报警信号；

当B相的实时功率损耗大于B相在正常工作时的功率损耗时，发出第三报警信号；

当C相的实时功率损耗大于C相在正常工作时的功率损耗时，发出第四报警信号；

将所述第二报警信号、所述第三报警信号以及所述第四报警信号上传所述控制中心。

3.根据权利要求1或2所述的配电变压器匝间短路的在线监测方法，其特征在于，所述根据高压侧的电压和电流、所述低压侧的电压和电流获取所述变压器的实时功率损耗的步骤包括：

根据所述高压侧的电压和电流获取所述变压器的总输入功率；

根据所述低压侧的电压和电流获取所述变压器的总输出功率；

将所述变压器的总输入功率减去所述变压器的总输出功率，得到所述变压器的实时功率损耗。

4.根据权利要求3所述的配电变压器匝间短路的在线监测方法，其特征在于，所述根据高压侧的电压和电流、所述低压侧的电压和电流获取所述变压器A、B、C三相的各自的实时功率损耗的步骤包括：

根据所述高压侧的电压和电流获取所述变压器A、B、C三相的输入功率；

根据所述低压侧的电压和电流获取所述变压器A、B、C三相的输出功率；

将A相的输入功率减去A相的输出功率，得到所述A相的实时功率损耗；

将B相的输入功率减去B相的输出功率，得到所述B相的实时功率损耗；

将C相的输入功率减去C相的输出功率，得到所述C相的实时功率损耗。

5.根据权利要求4所述的配电变压器匝间短路的在线监测方法，其特征在于，将所述第一报警信号、所述第二报警信号、所述第三报警信号以及所述第四报警信号上传所述控制中心。

6.一种配电变压器匝间短路的在线监测装置，其特征在于，包括：

通信单元，用于将所述第一报警信号上传控制中心。

7.根据权利要求6所述的配电变压器匝间短路的在线监测装置，其特征在于，所述配电变压器匝间短路的在线监测装置还包括第三获取单元、第二报警单元、第三报警单元以及第四报警单元；

当所述判断单元判断变压器的实时功率损耗大于所述变压器在正常工作时的功率损耗时，

所述第三获取单元根据所述高压侧的电压和电流、所述低压侧的电压和电流获取所述变压器A、B、C三相各自的实时功率损耗；

当A相的实时功率损耗大于A相在正常工作时的功率损耗时，所述第二报警单元发出第二报警信号；

当B相的实时功率损耗大于B相在正常工作时的功率损耗时，所述第三报警单元发出第三报警信号；

当C相的实时功率损耗大于C相在正常工作时的功率损耗时，所述第四报警单元发出第四报警信号；

所述通信单元将所述第二报警信号、所述第三报警信号以及所述第四报警信号上传所述控制中心。

8.根据权利要求6或7所述的配电变压器匝间短路的在线监测装置，其特征在于，所述第二获取单元根据高压侧的电压和电流、所述低压侧的电压和电流获取所述变压器的实时功率损耗时，

9.根据权利要求8所述的配电变压器匝间短路的在线监测装置，其特征在于，

所述第三获取单元根据高压侧的电压和电流、所述低压侧的电压和电流获取所述变压器A、B、C三相的各自的实时功率损耗时，

10.根据权利要求9所述的配电变压器匝间短路的在线监测装置，其特征在于，

所述通信单元将所述第一报警信号、所述第二报警信号、所述第三报警信号以及所述第四报警信号上传所述控制中心。