CN103077813A - 一种新型智能变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力行业设备，尤其是一种新型智能变压器，其包括变压器和信息采集转换装置，所述变压器的内壁处设置有UHF传感器，所述变压器内每个顶角处均设置有超声传感器，所述变压器内的下夹件处设置有振动传感器，所述变压器的铁心上部及下部均设置有应力传感器，所述铁心接地引出线处设置有HFCT传感器，传感器的信号线连接至变压器顶部的引出端子上。本发明新型智能变压器，能实时监测变压器工作状况，正确判断变压器运行状态，实现变压器的智能化。

Description

一种新型智能变压器

技术领域

本发明涉及一种电力行业设备，尤其是一种新型智能变压器。

背景技术

依靠先进的材料、通信、信息和控制技术，构建信息化、自动化、数字化、互动化为特征的自主创新、国际领先的统一坚强智能电网，实现大范围能源资源优化配置、促进可再生能源的集约化开发、保障我国能源安全，是我国电网未来发展的重大战略方向。变压器作为电网中的重要组成部分，其智能化水平直接决定了整个电网的智能化水平。

根据坚强智能电网的建设需求，电网中部分老旧设备进行了智能化的改造，新的设备也通过配置智能组件的方式实现了变压器的智能化。然而现有的智能化技术大多是通过在变压器外部加装传感器，通过监测装置收集设备的状态参量，进而对设备的运行状态进行实时的评估。现有的电力变压器在线监测系统存在不同的平台、不同的应用系统、不同的数据格式，没有标准化和规范化，没有形成统一的体系结构，难以推广应用和实施；同时很多系统传感器单一，准确性和可靠性差，整个系统误报率高，状态评估可靠性低。变压器智能组件的出现将多种状态参量的监测装置在统一的平台上进行模块化设计，解决了数据规范化、标准化的问题，但引外部环境干扰等诸多因数影响而产生的准确性、可靠性差的问题依旧没有解决。

随着智能电器设备的发展，一、二次设备融合是未来智能高压电器设备的发展方向，电器设备可以通过状态感知和指令执行元件，实现状态的可视化、控制的网络化和自动化。其中，传感器内嵌技术是智能电器发展中关键技术。内嵌传感器在一次设备生产制造过程中预埋在设备内，通过预留接口与外部设备相连接，可以直观、真实的反应设备内部的情况；同时可以避免外部环境影响，提高传感器的准确性。目前，已经有部分一次设备生产厂家，尝试将传感器植入一次设备内部，例如，光纤光栅内嵌如电磁线直接测量绕组内部温度和应力，导线光纤测温，断路器内嵌传感器等。然而，关于变压器的内嵌传感器技术并未见相关的深入研究，更没有相应的信息采集系统组成基于内嵌传感技术的新型智能变压器。

发明内容

 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种新型智能变压器，能实时监测变压器工作状况，正确判断变压器运行状态，实现变压器的智能化。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种新型智能变压器，其包括变压器和信息采集转换装置，所述变压器的内壁处设置有UHF传感器，所述变压器内每个顶角处均设置有超声传感器，所述变压器内的下夹件处设置有振动传感器，所述变压器的铁心上部及下部均设置有应力传感器，所述铁心接地引出线处设置有HFCT传感器，传感器的信号线连接至变压器顶部的引出端子上。

对比现有技术，本发明的有益特点如下：

1）、该新型智能变压器，通过在变压器内部嵌入UHF、超声、振动、应力、HFCT等多种传感器，通过变压器顶部的引出端子将各种类型的传感信号引出，根据各种信号的特点配以多功能、多通道的变压器状态信息采集转换装置，将各种物理信号直接转换成数字信号，根据预先设计的变压器状态分析及故障诊断模型对设备状态进行判别，并根据判别结果实时记录下变压器异常或者故障状态下的各类状态参量信息，可以直观、真实的反应设备内部的情况，同时可以避免外部环境影响，提高传感器的准确性；

2）、该新型智能变压器，通过向变压器内部嵌入传感器实现对变压器运行状态的深入了解，能实时监测变压器工作状况，正确判断变压器运行状态，实现了变压器的智能化。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明中传感器结构示意图；

图3为本发明中信息采集转换装置示意图；

其中：1-变压器、2-信息采集转换装置、3-油箱、4-引出端子、5-低压套管、6-高压套管、7-高压绕组、8-铁心、9-铁心接地引出线、10-上夹件、11-低压绕组、12-垫块、13-下夹件、14- UHF传感器、15-超声传感器、16-振动传感器、17-应力传感器、18-HFCT传感器、19-引线。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参考图1和图2，本发明一种新型智能变压器，其包括变压器1和信息采集转换装置2，所述变压器1的内壁处设置有UHF传感器14，所述变压器1内每个顶角处均设置有超声传感器15，所述变压器1内的下夹件13处设置有振动传感器16，所述变压器1的铁心8上部及下部均设置有应力传感器17，所述铁心接地引出线9处设置有HFCT传感器18，传感器的信号线通过变压器1顶部的引出端子4接入所述信息采集转换装置2，所述信息采集转换装置2包括传感器状态量采集单元、非电量采集单元、电量采集单元，所述信息采集转换装置2将采集到的信息转换成符合IEC61850的标准信息。

请参考图1、图2和图3，本发明实施例由两部分组成：内嵌入UHF传感器14、超声传感器15、振动传感器16、应力传感器17、HFCT传感器18的变压器1和信息采集转换装置2。内嵌在变压器1内部的各类传感器实时监测和采集变压器1内部的各类状态信息，通过变压器1顶部预留的出线套管将各类传感器信号引出；从顶部引出的各类传感器信号统一汇集到部署在变压器1附近的信息采集转换装置2上；信息采集转换装置2按照各种信号带宽的不同分为高速采集卡和一般采集卡，通过信息采集转换装置2的不同采集卡完成物理信号的采集并将物理信号转换为数字信号，最终通过内嵌在信息采集转换装置2内的各种数据转换模型将采集到的数字信号转换为满足IEC61850标准的数据，直接输出给变电站内的状态监测系统，实现变压器状态的实时感知。

本发明实施例中，变压器内壁放置有4个UHF传感器，用于监测变压器内部放电时产生的高频信号，从而监测变压器内部局部放电现场的产生。

本发明实施例中，变压器内上部和下部的8个顶角，共8个位置安装超声传感器，当变压器发生局部放电现象时，通过8个传感器对放电部位进行精确定位，从而确定变压器内部局部放电的位置。

本发明实施例中，变压器内部铁心的下夹件安装4个振动传感器，用于收集变压器铁心的振动信号，通过监测到变压器的异常振动信号，可以判别变压器过励磁、过电压、铁心谐振等故障。

本发明实施例中，变压器的铁心上部和下部共安装6个应力传感器，用于监测变压器铁心的应力变化，从而可以判别出变压器承受短路电流的能力。

本发明实施例中，变压器内部铁心接地引出线的部位加装HFCT传感器，用于监测变压器铁心接地电流的大小，从而可以判断变压器铁心多点接地等故障。

本发明实施例中，在变压器顶部预留接线引出套管，用于将内部各类传感器的信号线引出。

本发明实施例中，部署在变压器附近的信息采集转换装置集中、统一收集内部各类传感器信号，集中转换为符合IEC61850要求的标准数据。

本发明实施例中，信息采集转换装置的信息采集模块，按照传感器信号带宽的不同，分为高速采集卡和一般采集卡两种采集模式。高速采集卡用于采集UHF、HFCT、超声信号，一般采集卡用于采集振动和应力信息。

本发明实施例中，信息采集转换装置还可以收集变压器的电量和非电量信息，并将其装换位符合IEC61850的标准信息，实现与变压器有关的全部状态信息的统一收集和集中转换。

请参考图1，本发明实施中，内嵌传感器的信号线通过变压器1顶部的引出端子4接入信息采集转换装置2，同时信息采集转换装置2预留接口可以接入变压器1非电量和电量相关信息。

本发明实施例中，当内嵌传感器的变压器接入电网，信息采集转换装置部署在变压器附近，方便收集变压器内部传感器传出信号。变压器通电后，带负荷运行工作过程中，内嵌在变压器内部的各种传感器基于各自不同的原理分别采集变压器内部各自不同的信号，将其通过顶部的引出端子传到变压器外部。其中，4个UHF传感器分布在变压器内部的四个侧面，用于收集变压器局部放电所产生的高频信号，通过后续信息采集转换装置的分析可以用于判别变压器内部放电故障的程度和类型，进而可以判别出变压器运行的状态；超声传感器分布在变压器上部和下部的8个顶点，用于收集局部放电所产生的超声信号，通过超声信号到达各个传感器的时间差，信息采集转换装置可以分析出变压器局部放电的位置，进而确定故障、精确位置；4个振动传感器放置在变压器内部铁心的下夹件四个侧面，用于收集变压器铁心的振动信号，信息采集转换装置通过分析不同振动信号的特点可以得出变压器过励磁、过电压、铁心谐振等故障，判别变压器的故障类型和运行状态；6个应力传感器分布在变压器铁心3个柱子的上部和下部，用于监测变压器铁心应力的变化，铁心应力的变化是由于变压器突发短路故障短路电流过大引起的变压器线圈对铁心的作用力突然增大，信息采集转换装置通过分析变压器铁心应力的变化可以判别出变压器承受短路电流的大小和时间，进而推算出变压器目前抗短路能力；1个HFCT传感器安装在变压器内部铁心接地引出线，用于监测变压器铁心接地电流的大小，信息采集转换装置通过HFCT电流信号大小的变换，可以判断变压器铁心多点接地等故障。

本发明实施例中，从变压器顶部引出的传感器接线统一汇集到变压器附近的信息采集转换装置之中，实现在一个硬件平台上对所有内部传感器信息的收集加工和处理；信息采集转换装置的采集部分分为高速采集卡和一般采集卡两个部分，高速部分采用高性能的芯片可以实现对高带宽信号的采集，本套装置高速采集卡用于收集4路UHF传感器信号、8路超声传感器信号、1路HFCT传感器信号；一般采集卡用于收集4路振动传感器信号、6路应力传感器信号；同时信息采集装置还可以收集变压器相关的电量非电量信息，将变压器的状态相关的全部信息统一收集。装置内部预先设计的状态分析诊断模型，可以对数据进行分析处理，提取出有效的状态参量，分析诊断模型应用各个传感器的单参量对设备的故障进行预警，应用多个状态参量对变压器的状态进行评估和诊断；同时可以将相关全部状态信息（电量、非电量、传感器）转换为满足IEC61850标准的信息，集中上传至站层状态监测系统或网省侧评价中心，供给其他系统进行高级分析和应用。

本发明实施例中，信息采集转换装置的数据采集模式分为两种：正常模式和故障模式。正常情况下信息采集转换装置定时采集传感器、电量、非电量信息，采集间隔时间可以自行设定，间隔时间可以从5分钟——24小时。故障模式是指装置内部的故障诊断系统判别到变压器故障或即将发生故障时，信息采集转换装置立刻投入工作状态，记录下故障整个发展过程中各个传感器参量的变换情况、电量非电量的信息，实现对故障全过程状态参量的全记录功能，为后续故障分析和诊断提供详实的数据支撑。

本发明实施例中，同时通过相应的转换模块，将数据转换为符合IEC61850标准的数据，从变压器状态信息采集转换装置输出的便是标准的状态参量，可以供变电站综合自动化系统、设备状态监测系统直接使用。本发明顺应智能电网的发展，满足智能电网建设现阶段对智能电器的要求。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属的技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种新型智能变压器，其特征在于：其包括变压器和信息采集转换装置，所述变压器的内壁处设置有UHF传感器，所述变压器内每个顶角处均设置有超声传感器，所述变压器内的下夹件处设置有振动传感器，所述变压器的铁心上部及下部均设置有应力传感器，所述铁心接地引出线处设置有HFCT传感器，传感器的信号线连接至变压器顶部的引出端子上。

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