CN103712551A - 配电网变压器低压绕组变形在线监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对配电网变压器低压绕组变形的监测，具体是一种配电网变压器低压绕组变形在线监测装置及方法。解决了现有离线检测技术不能及时地监测变压器绕组变形情况的问题。配电网变压器低压绕组变形在线监测装置，包括工控机、脉冲信号发生器、电容分压器、电流互感器、数据采集模块；配电网变压器低压绕组变形在线监测方法，包括：a.检测信号注入步骤；b.响应信号检测步骤；c.数据采集步骤；d.分析判断步骤。本发明硬件结构简单，方法有效，工作可靠，实现了配电网变压器低压绕组变形的在线监测。

Description

配电网变压器低压绕组变形在线监测装置及方法

技术领域

本发明涉及对配电网变压器低压绕组变形的监测，具体是一种配电网变压器低压绕组变形在线监测装置及方法。

背景技术

智能电网是经济和技术发展的必然结果，具体是指利用先进的技术提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性等方面的性能。智能电网的基础是分布式数据传输、计算和控制技术，以及多个供电单元之间数据和控制命令的有效传输技术。

随着我国智能电网概念的不断深入，10kV配电网中的用户对供电可靠性及电能质量的要求越来越高。然而，10kV变压器的安全、可靠、稳定运行又是实现这一目标的关键因素，因此对10kV变压器故障的及时发现及排除就显得尤为重要。根据统计资料表明，约25 %的变压器故障是由绕组变形引起的，因而对10kV变压器绕组变形的监测也是实现我国智能配网建设的重要组成部分。配电网的智能化是智能电网的核心部分，灵活可重构的配电网络拓扑结构和自动愈合功能是未来智能电网的基础。在配网智能化框架下，用户对供电质量的要求更高，而10kV变压器的故障运行会造成用户电压的不稳定、频率偏差、谐波，甚至是大面积停电事故的发生，所以对配电变压器绕组变形的在线监测是非常有意义的。

目前，变压器绕组变形的分析方法可分为集中参数检测法和网络分析法。集中参数检测法包括变压器绕组直流电阻测量、短路阻抗测量等。因为其测量的是变压器的集中参数，其灵敏度往往很低而不能及时发现绕组变形，而且受试验设备沉重、试验花费时间长等因素影响，在现场使用中受到了一定的限制；网络分析法包括低压脉冲法和频率响应分析法，数字测量技术的高速发展大大提高了测量的精度和灵敏度，促进了网络分析法的广泛运用。低压脉冲法克服了短路阻抗法灵敏度低的缺点，但其采用的是时域脉冲分析技术，测试过程中易受各种外界电磁干扰的影响，重复性较差，难以真正用于现场测试。频率响应分析法是在较宽的频带上测量变压器绕组的传递函数,并分析绕组的频率响应特性,判断绕组状态的方法，因信噪比好、灵敏度高、测试重复性好、现场使用方便等优点被广泛应用，成为变压器绕组变形现场试验的主要方法。但上述变压器绕组变形检测方法大都是离线检测方法，不能及时地监测变压器绕组的变形情况，无法满足当前变压器状态监测的需要。 

发明内容

本发明为了解决现有离线检测技术不能及时地监测变压器绕组变形情况的问题，提供了一种配电网变压器低压绕组变形在线监测装置及方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：配电网变压器低压绕组变形在线监测装置，包括工控机、脉冲信号发生器、电容分压器、电流互感器、数据采集模块；其中，

所述脉冲信号发生器提供两路相同的脉冲信号：一路检测脉冲信号、一路基准脉冲信号；

所述电容分压器与脉冲信号发生器的检测脉冲信号输出端连接，其低压端连接在配电网变压器低压绕组的低压总线上，用于将脉冲信号发生器提供的检测脉冲信号注入到配电网变压器的低压绕组中；

所述电流互感器安装在配电网变压器低压绕组中性点的接地线上，用于检测配电网变压器低压绕组因检测脉冲信号而产生的响应信号（中性点的电流信号）；

所述数据采集模块由信号调理电路、数据采集卡构成，数据采集卡的输入端与信号调理电路的输出端连接，信号调理电路的信号输入端与脉冲信号发生器的检测脉冲信号输出端及电流互感器的输出端连接；数据采集模块采集脉冲信号发生器提供的基准脉冲信号、电流互感器检测到的响应信号，并传输给工控机；其中，信号调理电路用于将基准脉冲信号和响应信号无畸变地传输到数据采集卡； 

所述工控机与数据采集卡的输出端连接，对由数据采集卡获得的电压、电流信号进行数据处理与分析，得到变压器低压绕组的频率响应特征曲线，并与工控机中预先存储的变压器低压绕组的原始频率响应特征曲线进行比较，进而判别变压器低压绕组是否发生变形以及绕组变形的程度。其中，数据采集卡通过总线插槽与工控机连接。

所述在线监测装置还设置有过电压保护器，且过电压保护器与脉冲信号发生器并联连接；这样，能够可靠地把端口电压限制110V（峰值）以内，防止过电压对设备造成侵扰，防止危害设备操作人员的安全，起到保护作用。

配电网变压器低压绕组变形在线监测方法，采用如下步骤实现：

a.检测信号注入步骤，采用脉冲信号发生器产生两路相同的脉冲信号（例如：峰值20 V、脉宽10 us的脉冲信号）：一路为检测脉冲信号、一路为基准脉冲信号；通过电容分压器的低压端将检测脉冲信号注入到配电网变压器的低压绕组中；其中，电容分压器包括高压臂和低压臂，高压臂内的高压电容和低压臂内的低压电容串联，将峰值20V的脉冲电压分压至5V以下，以便数据采集卡进行数据采集；

b.响应信号检测步骤，采用电流互感器在配电网变压器低压绕组中性点的接地线上检测配电网变压器低压绕组因检测脉冲信号而产生的响应信号；

c.数据采集步骤，采用信号调理电路和数据采集卡采集脉冲信号发生器提供的基准脉冲信号、电流互感器检测到的响应信号，并传输给工控机；

d.分析判断步骤，工控机对由数据采集步骤获得的电压、电流信号进行数据处理与分析（可以采用快速傅里叶变换实现），得到变压器低压绕组的频率响应特征曲线，并与预先存储的变压器低压绕组的原始频率响应特征曲线进行比较，进而判别变压器低压绕组是否发生变形以及绕组变形的程度，并最终显示、保存判断结果，甚至给出变压器维护建议。

与现有技术相比，本发明解决了配电网变压器低压绕组变形的在线监测问题，并能够在线监测变压器绕组的变形情况，为电力系统的事故原因分析提供可靠数据；而且所述装置所用设备的安装不需要改动变压器一次接线，也不需要在现场与控制室之间进行信号传输，不仅造价低，而且避免了数据传输过程中产生的衰减与变形以及电磁兼容问题；并能够长期在线运行、实时采样，能够捕捉、存储变压器绕组变形数据，通过对变压器频率响应特性曲线的分析，为电力系统的设备事故原因分析提供数据。

本发明硬件结构简单，方法有效，工作可靠，实现了配电网变压器低压绕组变形的在线监测。

附图说明

图1为本发明所述装置具体使用时的一种配置图。

具体实施方式

如图1所示，配电网变压器低压绕组变形在线监测装置，包括工控机、脉冲信号发生器、电容分压器、电流互感器、数据采集模块；其中，

所述脉冲信号发生器提供两路相同的脉冲信号：一路检测脉冲信号、一路基准脉冲信号；

所述电容分压器与脉冲信号发生器的检测脉冲信号输出端连接，其低压端连接在配电网变压器低压绕组的低压总线上，用于将脉冲信号发生器提供的检测脉冲信号注入到配电网变压器的低压绕组中；

所述电流互感器安装在配电网变压器低压绕组中性点的接地线上，用于检测配电网变压器低压绕组因检测脉冲信号而产生的响应信号；

所述数据采集模块由信号调理电路、数据采集卡构成，数据采集卡的输入端与信号调理电路的输出端连接，信号调理电路的信号输入端与脉冲信号发生器的检测脉冲信号输出端及电流互感器的输出端连接；数据采集模块采集脉冲信号发生器提供的基准脉冲信号、电流互感器检测到的响应信号，并传输给工控机；

所述工控机与数据采集卡的输出端连接，对由数据采集卡获得的电压、电流信号进行数据处理与分析，得到变压器低压绕组的频率响应特征曲线，并与工控机中预先存储的变压器低压绕组的原始频率响应特征曲线进行比较，进而判别变压器低压绕组是否发生变形以及绕组变形的程度。

所述在线监测装置还设置有过电压保护器SU，且过电压保护器SU与脉冲信号发生器并联连接；这样，能够可靠地把端口电压限制110V（峰值）以内，防止过电压对设备造成损害，保护工作人员的安全。

配电网变压器低压绕组变形在线监测方法，采用如下步骤实现：

a.检测信号注入步骤，采用脉冲信号发生器产生两路相同的脉冲信号（例如：峰值20 V、脉宽10 us的脉冲信号）：一路为检测脉冲信号、一路为基准脉冲信号；通过电容分压器的低压端将检测脉冲信号注入到配电网变压器的低压绕组中；

b.响应信号检测步骤，采用电流互感器在配电网变压器低压绕组中性点的接地线上检测配电网变压器低压绕组因检测脉冲信号而产生的响应信号；

c.数据采集步骤，采用信号调理电路和数据采集卡采集脉冲信号发生器提供的基准脉冲信号、电流互感器检测到的响应信号，并传输给工控机；

d.分析判断步骤，工控机对由数据采集步骤获得的电压、电流信号进行数据处理与分析，得到变压器低压绕组的频率响应特征曲线，并与预先存储的变压器低压绕组的原始频率响应特征曲线进行比较，进而判别变压器低压绕组是否发生变形以及绕组变形的程度，并最终显示、保存判断结果，甚至给出变压器维护建议。

Claims (3)

1.一种配电网变压器低压绕组变形在线监测装置，包括工控机、脉冲信号发生器、电容分压器、电流互感器、数据采集模块；其中，

所述脉冲信号发生器提供两路相同的脉冲信号：一路检测脉冲信号、一路基准脉冲信号；

所述电容分压器与脉冲信号发生器的检测脉冲信号输出端连接，其低压端连接在配电网变压器低压绕组的低压总线上，用于将脉冲信号发生器提供的检测脉冲信号注入到配电网变压器的低压绕组中；

所述电流互感器安装在配电网变压器低压绕组中性点的接地线上，用于检测配电网变压器低压绕组因检测脉冲信号而产生的响应信号；

所述数据采集模块由信号调理电路、数据采集卡构成，数据采集卡的输入端与信号调理电路的输出端连接，信号调理电路的信号输入端与脉冲信号发生器的检测脉冲信号输出端及电流互感器的输出端连接；数据采集模块采集脉冲信号发生器提供的基准脉冲信号、电流互感器检测到的响应信号，并传输给工控机；

所述工控机与数据采集卡的输出端连接，对由数据采集卡获得的电压、电流信号进行数据处理与分析，得到变压器低压绕组的频率响应特征曲线，并与工控机中预先存储的变压器低压绕组的原始频率响应特征曲线进行比较，进而判别变压器低压绕组是否发生变形以及绕组变形的程度。

2. 根据权利要求1所述的配电网变压器低压绕组变形在线监测装置还设置有过电压保护器，且过电压保护器与脉冲信号发生器并联连接。

3. 一种配电网变压器低压绕组变形在线监测方法，其特征在于采用如下步骤实现：

a.检测信号注入步骤，采用脉冲信号发生器产生两路相同的脉冲信号：一路为检测脉冲信号、一路为基准脉冲信号；通过电容分压器的低压端将检测脉冲信号注入到配电网变压器的低压绕组中；

b.响应信号检测步骤，采用电流互感器在配电网变压器低压绕组中性点的接地线上检测配电网变压器低压绕组因检测脉冲信号而产生的响应信号；

c.数据采集步骤，采用信号调理电路和数据采集卡采集脉冲信号发生器提供的基准脉冲信号、电流互感器检测到的响应信号，并传输给工控机；

d.分析判断步骤，工控机对由数据采集步骤获得的电压、电流信号进行数据处理与分析，得到变压器低压绕组的频率响应特征曲线，并与预先存储的变压器低压绕组的原始频率响应特征曲线进行比较，进而判别变压器低压绕组是否发生变形以及绕组变形的程度，并最终显示、保存判断结果，甚至给出变压器维护建议。

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