CN103399241A - 基于温升与负荷关系的配电变压器故障诊断系统及方法 - Google Patents

基于温升与负荷关系的配电变压器故障诊断系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种基于温升与负荷关系的在线配电变压器的故障诊断系统及诊断方法，其结构包括变压器，温升监测模块，温度传感器，负荷监测模块，电压电流组合互感器，分析模块，其中变压器的A输出端接温度传感器的输入端，变压器的B输出端接电压电流互感器的输入端，温度传感器的输出端连接温升监测模块的输入端，电压电流互感器的输出接入负荷监测模块，温升监测模块、负荷监测模块输出接入分析模块。优点：具有很好的实用性。对油浸式变压器和干式变压器都适用。算法简单，易于实现。通过变压器的型式试验项目温升试验，保证了变压器的温升与负荷关系的理论模型准确性，排除了因故障诊断模型和算法导致对故障反映不灵敏或不完整的可能性。

Description

基于温升与负荷关系的配电变压器故障诊断系统及方法
技术领域
本发明涉及的是一种基于温升与负荷关系的在线配电变压器的故障诊断系统及诊断方法，属于智能变压器领域。
背景技术
配电变压器是配电网最重要的设备之一，准确的诊断其内部潜伏性故障对整个配电网的稳定运行有着重要的意义。变压器的运行温升是变压器最重要的状态参数之一，变压器的运行温度减去环境温度即变压器的运行温升。现有的配电变压器大部分都安装有温度监测装置。但仅根据监测的温度值，并不能判断配电变压器实际的运行状态，因为变压器的运行温升随着负荷的变化而升高或降低。
发明内容
本发明提出的是一种基于温升与负荷关系的在线配电变压器的故障诊断系统及诊断方法，其目的是需要在监测配电变压器温升的同时监测负荷情况。配电变压器在带负荷运行时，其运行温升与负荷具有对应关系。
本发明的技术解决方案：一种配电变压器故障诊断系统，其结构包括变压器，温升监测模块，温度传感器，负荷监测模块，电压电流组合互感器，分析模块，其中变压器的A输出端接温度传感器的输入端，变压器的B输出端接电压电流互感器的输入端，温度传感器的输出端连接温升监测模块的输入端，电压电流互感器的输出接入负荷监测模块，温升监测模块、负荷监测模块输出接入分析模块。
所述温升监测模块，如LD-B10-10G
温度传感器，如PT100
负荷监测模块，如FKGA43-XLIII02
电压电流组合互感器，如FCT-80 
分析模块，如SAM4S8B（ATMEL）
一种配电变压器故障诊断方法，包括如下步骤：
1）确定变压器温度、环境温度的采样频率和采样时间；采样频率不小于15分钟一次，采样时间不低于0.5秒，以保证数据的正确性和完整性；
2）确定变压器负荷的采样频率和采样时间；采样频率8K，采样时间不低于0.05ms；
3）.在变压器稳定运行时，根据上述采样频率和采样时间对变压器的温度、环境温度和负荷信息进行采样；
4）在采样数据中，根据采样频率、采样时间、采样点数截取变压器温度、环境温度和负荷数据；
5）温升监测模块将监测的温升数据送入分析模块；
6）负荷监测模块对截取的负荷数据基于时间进行运算，计算出每15分钟的负荷平均值，送入分析模块；
7）分析模块根据每15分钟负荷平均值计算出每15分钟变压器温升的理论值；
8）分析模块将计算出的温升理论值与监测的温升值对比，进行故障诊断；
9）故障诊断：
（1）如果温升监测值与计算值不同，且监测值几乎不变，则说明温度传感器故障；
（2）如果温升监测值比计算值低，则说明油浸式变压器油位过低，干式变压器温度传感器安装位置不正确；
（3）如果温升监测值比计算值高，则说明变压器发生匝间短路故障。
步骤1中，变压器的温升对油浸式变压器是指变压器油顶层温升，对干式变压器是指三相绕组温升；所述变压器的负荷对油浸式变压器是指三相负荷之和，对干式变压器是指三相负荷。
本发明的优点：此种诊断方法及系统具有很好的实用性。对油浸式变压器和干式变压器都适用。算法简单，易于实现。通过变压器的型式试验项目温升试验，保证了变压器的温升与负荷关系的理论模型准确性，排除了因故障诊断模型和算法导致对故障反映不灵敏或不完整的可能性。
附图说明
图1是本发明的诊断系统结构框图。
图2是本发明的诊断方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，一种配电变压器故障诊断系统，结构包括变压器，温升监测模块，温度传感器，负荷监测模块，电压电流组合互感器，分析模块；其中温度传感器的输出端连接温升监测模块的输入端，电压电流互感器的输出接入负荷监测模块，温升监测模块、负荷监测模块输出接入分析模块。
如图2所示，一种配电变压器故障诊断方法，包括如下步骤：
1.确定变压器温度、环境温度的采样频率和采样时间；采样频率不小于15分钟一次，采样时间不低于0.5秒，以保证数据的正确性和完整性；
2.确定变压器负荷的采样频率和采样时间；采样频率8K，采样时间不低于0.05ms， 
3.在变压器稳定运行时，根据上述采样频率和采样时间对变压器的温度、环境温度和负荷信息进行采样；
4.在采样数据中，根据采样频率、采样时间、采样点数截取变压器温度、环境温度和负荷数据；
5.温升监测模块将监测的温升数据送入分析模块；
6.负荷监测模块对截取的负荷数据基于时间进行运算，计算出每15分钟的负荷平均值，送入分析模块；
7.分析模块根据每15分钟负荷平均值计算每15分钟变压器温升的理论值；
首先计算15分钟负荷的稳态温升θT计算公式如下
θT=Kq0.8
式中K- 散热系数，与变压器的散热方式和结构有关；q-变压器单位面积热负荷，单位kW/m2
每15分钟变压器的温升理论值θ按下面公式计算
θ=θ0+(θT-θ0) (1-e-15/τ)
式中θ0-变压器初始温升，单位K；τ-变压器热时间常数，单位min。
8.分析模块将计算出的温升理论值与监测的温升值对比，温升理论值与监测的温升值相同，说明变压器无故障，继续监测；不相同时，进行下一步故障诊断；
9.故障诊断：
1）如果温升监测值与计算值不同，且监测值几乎不变，则说明温度传感器故障。
2）如果温升监测值比计算值低，则说明油浸式变压器油位过低，干式变压器温度传感器安装位置不正确。
3）如果温升监测值比计算值高，则说明变压器发生匝间短路故障。

Claims (3)

1.一种配电变压器故障诊断系统，其特征是包括变压器，温升监测模块，温度传感器，负荷监测模块，电压电流组合互感器，分析模块，其中变压器的A输出端接温度传感器的输入端，变压器的B输出端接电压电流互感器的输入端，温度传感器的输出端连接温升监测模块的输入端，电压电流互感器的输出接入负荷监测模块，温升监测模块、负荷监测模块输出接入分析模块。
2.一种配电变压器故障诊断方法，其特征是该方法包括如下步骤：
1）确定变压器温度、环境温度的采样频率和采样时间；采样频率不小于15分钟一次，采样时间不低于0.5秒，以保证数据的正确性和完整性；
2）确定变压器负荷的采样频率和采样时间；采样频率8K，采样时间不低于0.05ms；
3）在变压器稳定运行时，根据上述采样频率和采样时间对变压器的温度、环境温度和负荷信息进行采样；
4）在采样数据中，根据采样频率、采样时间、采样点数截取变压器温度、环境温度和负荷数据；
5）温升监测模块将监测的温升数据送入分析模块；
6）负荷监测模块对截取的负荷数据基于时间进行运算，计算出每15分钟的负荷平均值，送入分析模块；
7）分析模块根据每15分钟负荷平均值计算出每15分钟变压器温升的理论值：
首先计算15分钟负荷的稳态温升θT计算公式如下
θT=Kq0.8
式中K- 散热系数，与变压器的散热方式和结构有关；q-变压器单位面积热负荷，单位kW/m2
每15分钟变压器的温升理论值θ按下面公式计算
θ=θ0+(θT-θ0) (1-e-15/τ)
式中θ0-变压器初始温升，单位K；τ-变压器热时间常数，单位min；
8）分析模块将计算出的温升理论值与监测的温升值对比，温升理论值与监测的温升值相同，说明变压器无故障，继续监测；不相同时，进行下一步故障诊断；
9）故障诊断：
（1）如果温升监测值与计算值不同，且监测值几乎不变，则说明温度传感器故障；
（2）如果温升监测值比计算值低，则说明油浸式变压器油位过低，干式变压器温度传感器安装位置不正确；
（3）如果温升监测值比计算值高，则说明变压器发生匝间短路故障。
3.根据权利要求2所述的一种配电变压器故障诊断方法，其特征是步骤1中，变压器的温升对油浸式变压器是指变压器油顶层温升，对干式变压器是指三相绕组温升；所述变压器的负荷对油浸式变压器是指三相负荷之和，对干式变压器是指三相负荷。
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