CN103698033B - 一种具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，主要包括变压器顶层油温监测系统、变电站环境温度监测系统和变压器负载电流监测设备等7个部分。该系统能够对变压器负载增加后温度的变化趋势进行监测，实时准确地得知变压器的线圈温度并预测其温度变化趋势，经充分利用变压器设备可测负载增容后的温度影响，在不损坏变压器设备绝缘性能的情况下为电网系统高峰时段过负载运行的可行性提供评估手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能电网中变压器设备状态评估的研究与应用，特别是涉及一种变压器绕组热点温度预测评估系统。
背景技术
已有的变压器绕组温度监测方法是在变压器本体油箱内顶部安装温度计，并通过测量变压器油在不同温度下的电阻率换算出绕组的温度数据。这个数据是经模拟得出绕组温度的值，模拟计算得到的绕组温度指示器数据与真实绕组温度存在偏差，其准确性差，且时效性也差。相关分析数据显示传统测量变压器油温推断热点温度与实际热点温度的改变存在约4至5小时的滞后。同时，已有技术的测量值无法监测分析变压器负载增加后温度的变化趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，它能够对变压器负载增加后温度的变化趋势进行监测，使变压器在输送容量的经济性与绝缘寿命之间达到最佳配合。
本发明采用以下技术方案实现上述目的：
一种具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，包括变压器顶层油温监测系统、变电站环境温度监测系统、变压器负载电流监测设备、变压器设备参数提取系统、变压器绕组温度监测系统、变压器绕组温度计算模块和变压器绕组温度计算结果储存模块，其中，
述变压器顶层油温监测系统和变电站环境温度监测系统的信号输出端分别与变压器绕组温度计算模块的信号输入端连接；变压器负载电流监测设备的信号输出和入端与变压器绕组温度计算模块信号输入和出端双向连接；变压器设备参数提取系统的信号输出和入端及变压器绕组温度监测系统的信号输出和入端，分别与变压器绕组温度计算模块的信号输入和出端双向连接；变压器绕组温度计算模块的信号输出端还与变压器绕组温度计算结果储存模块的信号输入端连接。
所述变压器绕组温度计算模块包括采用专用数字信号处理芯片，芯片型号为TMSC6000系列数字信号处理芯片。
所述变压器顶层油温监测系统和变压器绕组温度监测系统包括采用光纤光栅温度传感器。
所述变压器负载电流监测设备包括采用零磁通小电流传感器。
变压器绕组温度计算模块采用专用数字信号处理芯片主要进行监测数据分析与绕组温度预测计算。
所述变压器顶层油温监测系统和变压器绕组温度监测系统，采用光纤光栅温度传感器对变压器绕组温度进行实时监测。
所述变压器负载电流监测设备通过零磁通小电流传感器对变压器套管侧电流互感器所测的负载电流进行实时监测，实时监测数据通过AD转换模块进行采样输入计算模块。
所述变电站环境温度监测系统由站内气象站或站内综合自动化系统中直接获取数字量信号通过网络传输至数字信号处理计算模块中。
所述变压器设备参数提取系统将设备参数直接保存至数据存储卡中，并提供给数字信号器处理计算；变压器绕组温度计算模块初步计算后从变压器绕组温度监测系统提取结果进行比较进行模型优化；变压器绕组温度计算模块优化后将结果输出到变压器绕组温度计算结果储存模块中储存。
本发明主要通过变压器顶层油温监测系统、变电站环境温度监测系统、变压器负载电流监测设备、变压器设备参数提取系统、变压器绕组温度监测系统、变压器绕组温度计算模块和变压器绕组温度计算结果储存模块构成的具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，能够对变压器负载增加后温度的变化趋势进行监测，实时准确地得知变压器的线圈温度并预测其温度变化趋势，经充分利用变压器设备可测负载增容后的温度影响，在不损坏变压器设备绝缘性能的情况下为电网系统高峰时段过负载运行的可行性提供评估手段。本发明的突出优点在于：
1、综合考虑在线监测、环境、工况，真实地还原绕组温度，计算可靠性高；
2、通过计算与监测值的自适应调整学习率的功能，不断修正评估算法提高预测准确度。
附图说明
图1 是本发明的原理结构框图。
具体实施方式
图1所示，是本发明的原理结构框图。从图中可知，本发明为具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，它包括变压器顶层油温监测系统1、变电站环境温度监测系统2、变压器负载电流监测设备3、变压器设备参数提取系统4、变压器绕组温度监测系统5、变压器绕组温度计算模块6以及变压器绕组温度计算结果储存模块7。本发明的工作原理和过程是：接通电源，开启变压器顶层油温监测系统1、变压器负载电流监测设备3和变压器绕组温度监测系统5，将变压器的相关设备参数信息保存至以数字信号处理的变压器设备参数提取系统4的数据存储卡中，并供其它模块提取。经检查各实时监测系统运行稳定后启动变压器绕组温度计算模块6，变压器绕组温度计算模块6根据数据处理需求启动各路监测装置和系统中的AD转化模块进行监测数据采样；同时开启网络通信模块接收站内综合自动化系统提供的变电站环境温度数据。以数字信号处理绕组温度的变压器绕组温度计算模块6初步计算出一个存放在内部的绕组温度计算值；变压器绕组温度计算模块6又访问变压器绕组温度监测系统5，将变压器绕组温度监测系统5实测到的绕组温度和计算绕组温度对比，修正绕组温度计算算法；再将优化后的绕组温度计算基于Levenberg-Marquardt优化算法，用于计算增大负载后的绕组温度评估，预测评估结果展示出来供技术人员参考；同时将预测评估结果存储于变压器绕组温度计算结果储存模块7中并用以之后在相同工况、环境及监测等数据下的计算值对比参考。这种方法可优化系统自适应调整学习率的处理效果，提升系统计算效率及准确性。
所述的变压器绕组温度计算模块6采用具有程序和数据分开的总线结构、流水线操作与单周期运算功能，包括只读内存（ROM）、随机存储器（RAM）、等待状态发生器（WSGR）、并行I/O接口、串行I/O接口和硬件定时器电路的MSC6000系列数字信号处理芯片进行监测数据分析与绕组温度预测计算。
所述的变压器顶层油温监测系统1和变压器绕组温度监测系统5主要采用光纤光栅温度传感器进行实时监测，其中， 变压器顶层油温监测系统主要由光纤光栅传感器、传输信号用的光纤和光纤光栅解调器组成；光纤光栅解调器用于对光纤光栅传感器的信号检测和数据处理，以获得测量结果，传输光纤用于传输光信号，光纤光栅传感器则主要用于反射随温度变化中心波长的窄带光，进而以监测温度变化；光纤光栅温度传感器是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯形成的空间相位光栅来进行测温的；光纤光栅以波长为编码，具有传统传感器不可比拟的优势，近年来光纤光栅成为发展最为迅速，最具代表性的光纤无源器件之一。
所述的变压器负载电流监测设备3主要采用零磁通小电流传感器对变压器套管侧电流互感器进行实时监测，实时监测数据通过AD转换模块进行采样输入计算模块，其中，零磁通小电流传感器安装于套管本体底部，实时监测其电流互感器所测量的电流信号；电流监测数据先由AD转换模块进行光电信号转换，再由光缆传输至变压器绕组温度计算模块。
所述的变电站环境温度监测系统2主要采用温度传感器作为变电站环境温度检测方式，温度传感器输出4-20mA电流信号，通过模拟量采集模块传输至变电站内综合自动化系统；变电站环境温度监测系统2由站内气象站或变电站内综合自动化系统中直接获取数字量信号通过网络传输至变压器绕组温度计算模块6中。
所述的变压器设备参数提取系统4提取系统由变电站内综合自动化系统中直接获取变压器设备参数，设备参数包括变压器电压等级、额定电流等。
由于变压器绕组的发热是由变压器的负载损耗产生的,由负载损耗P=I2r公式可知,绕组的发热是和变压器电流的平方成正比的。由于变压器绕组是浸在绝缘油中的,因此,在油温的基础上再叠加一个通以变压器二次电流的电热元件的温度即可间接测量变压器的绕组温度。
变压器绕组温度监测系统5包括油温表、电流匹配元件、电热元件。变压器绕组温度监测系统5是在一个油温表的基础上,配置一套电流匹配元件和一套电热元件。油温表的传感器温包内置于变压器油箱顶层的油孔内。当变压器运行时通过电流互感器输出的与负荷成正比的电流,经电流匹配元件调整后流至电热元件，并使电热元件发热。电热元件所产生的热量，使弹性元件的位移量增大。由于弹性元件的位移量是由变压器顶层油温和变压器负荷电流决定的,因此流经电热元件的电流匹配器的二次电流)所产生的温度指示增量，近似等于变压器被测绕组对油的温升。这样, 变压器绕组温度监测系统所测温度即是变压器顶层油温与绕组对油的温升之和,它反映了被测变压器绕组的温度。
变压器绕组温度计算结果储存模块7主要用于储存变压器绕组温度计算模块6的计算结果。
变压器设备参数提取系统4直接保存至数据存储卡中提供数字信号处理计算。变压器绕组温度计算模块6初步计算后从变压器绕组温度监测系统5提取结果进行比较进行模型优化；变压器绕组温度计算模块6优化后将结果输出到变压器绕组温度计算结果储存模块7中储存；模块7其可输出温度预测评估结果供技术人员参考；同时将结果存储，用以之后在相同工况、环境及监测等数据下的计算值对比参考。
以上的变压器顶层油温监测系统1、变电站环境温度监测系统2、变压器负载电流监测设备3、变压器设备参数提取系统4、变压器绕组温度监测系统5、变压器绕组温度计算模块6以及变压器绕组温度计算结果储存模块7均为现有技术，或为本领域的技术人员根据现有技术和需要而易设计和做出。
Claims (7)
1.一种具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，包括变压器顶层油温监测系统(1)、变电站环境温度监测系统(2)、变压器负载电流监测设备(3)、变压器设备参数提取系统(4)、变压器绕组温度监测系统(5)、变压器绕组温度计算模块(6)和变压器绕组温度计算结果储存模块(7)，其中，
所述变压器顶层油温监测系统和变电站环境温度监测系统的信号输出端分别与变压器绕组温度计算模块的信号输入端连接；变压器负载电流监测设备的信号输出端与变压器绕组温度计算模块信号输入端双向连接；变压器设备参数提取系统的信号输出端及变压器绕组温度监测系统的信号输出端，分别与变压器绕组温度计算模块的信号输入端双向连接；变压器绕组温度计算模块的信号输出端还与变压器绕组温度计算结果储存模块的信号输入端连接；
所 述变压器绕组温度监测系统（5）包括油温表、电流匹配元件、电热元件；油温表的传感器温包内置于变压器油箱顶层的油孔内，当变压器运行时通过电流互感器输出的与负荷成正比的电流,经电流匹配元件调整后流至电热元件，并使电热元件发热，电热元件所产生的热量使弹性元件的位移量增大，由于弹性元件的位移量是由变压器顶层油温和变压器负荷电流决定的，因此流经电热元件的电流所产生的温度指示增量，近似等于变压器被测绕组对油的温升；这样， 变压器绕组温度监测系统所测温度即是变压器顶层油温与绕组对油的温升之和，它反映了被测变压器绕组的温度；
系统接通电源，开启变压器顶层油温监测系统、变压器负载电流监测设备和变压器绕组温度监测系统，将变压器的相关设备参数信息保存至以数字信号处理的变压器设备参数提取系统的数据存储卡中，并供其它模块提取；经检查各实时监测系统运行稳定后启动变压器绕组温度计算模块，变压器绕组温度计算模块根据数据处理需求启动各路监测装置和系统中的AD转化模块进行监测数据采样；同时开启网络通信模块接收站内综合自动化系统提供的变电站环境温度数据；以数字信号处理绕组温度的变压器绕组温度计算模块初步计算出一个存放在内部的绕组温度计算值；变压器绕组温度计算模块又访问变压器绕组温度监测系统，将变压器绕组温度监测系统实测到的绕组温度和计算绕组温度对比，修正绕组温度计算算法；再将优化后的绕组温度计算基于Levenberg-Marquardt优化算法，用于计算增大负载后的绕组温度评估，预测评估结果展示出来供技术人员参考；同时将预测评估结果存储于变压器绕组温度计算结果储存模块中并用以之后在相同工况、环境及监测数据下的计算值对比参考。
2.根据权利要求1所述的具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，其特征在于：
所述变压器顶层油温监测系统(1)和变压器绕组温度监测系统(5)均采用了光纤光栅温度传感器。
3.根据权利要求1所述的具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，其特征在于：
所述变压器负载电流监测设备(3)采用了零磁通小电流传感器。
4.根据权利要求1所述的具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，其特征在于：
所述变压器绕组温度计算模块(6)采用MSC6000系列数字信号处理芯片进行监测数据分析与绕组温度预测计算。
5.根据权利要求1所述的具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，其特征在于：
所述的变电站环境温度监测系统（2）由站内气象站或站内综合自动化系统中直接获取数字量信号通过网络传输至变压器绕组温度计算模块（6）中。
6.根据权利要求1所述的具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，其特征在于：
所述的变压器设备参数提取系统（4）提取系统由变电站内综合自动化系统中直接获取变压器设备参数，设备参数包括变压器电压等级和额定电流。
7.根据权利要求1所述的具备自适应功能的变压器绕组热点温度预测评估系统，其特征在于：
变压器绕组温度计算结果储存模块（7）用于储存变压器绕组温度计算模块（6）的计算结果。
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