CN103713210A - 一种干式电力变压器监测和诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种干式电力变压器监测和诊断系统，包括有电力变压器和，运行电气参数监测单元，温度监测单元，数据分析和诊断单元，用于对干式电力变压器的工作状态和运行温度进行监测，并根据计算结果对变压器的健康状况进行分析和评估。电气参数采集单元，用于通过多种传感器采集电力变压器的电压、电流信号；温度监测单元，用于采集变压器低压绕组最热点温度；数据存储与显示单元，用于存储运行参数监测单元对变压器工作信号计算处理后的有效数据，并给予实时显示；数据分析和诊断单元根据采集的有效数据，根据内部建立的变压器数学模型进行计算和分析，比较，对变压器的运行状态和健康情况给出评估结果。

Description

一种干式电力变压器监测和诊断系统

技术领域

本发明涉及一种干式电力变压器监测与诊断系统，特别是涉及一种监测功能全，使用方便，模块化结构，能够监测干式电力变压器的运行电压、负荷电流有效值，功率因数，谐波，谐波畸变率，绕组温度等多种参数，并对变压器健康状态进行实时诊断和评估的一种电力变压器监测与诊断系统。 

背景技术

电力系统为国民经济的持续发展提供强大的能源后盾，电能的变换、输送和分配等紧密依赖于各种电力设备。其中最主要的设备之一是电力变压器，它所用的材料主要为金属材料和绝缘材料，其中绝缘材料，特别是有机绝缘材料，会随着变压器的长期运行因放电、过热等因素而老化变质，绝缘材料损坏会失去绝缘特性，而使设备安全系数显著降低。变压器设备一旦出现故障，将会造成重大的经济损失和社会影响。 

干式变压器作为一种新型的电力变压器，自1964年德国AEG研制出世界第一台干式变压器，至今已有40余年的历史。与一般油浸式电力变压器相比，具有运行损耗低，运行效率高，体积小、重量轻，安装调试方便，维护工作量很小的优点，目前随着经济发展和社会进步，高层建筑和地下设施越来越多，城市人口剧增，各种场合尤其是特殊场合对设备特性有较高的要求，因此干式变压器逐渐取代传统的油变，而被广泛用于地铁、机场、车站、码头、政府机关、稠密的居民区、繁华商业区、景观区域等重要设施中。但是干式变压器设备的故障仍然存在，而且因为其应用在繁华的、人口稠密的地区，由于变压器自身并不具备全面运行状态的反映功能，因此一旦出现故障，对社会和经济造成严重的影响。国家质量监督总局在2009年1月进行变压器运行状态公报中提出，在运行的干式变压器中75％存在着安全隐患，其中以局部放电、局部过热、铁芯多点接地故障为主。并且近五年造成的直接经济损失呈逐年上升趋势，间接经济损失不可估量。 

对于运行中的电力变压器我国实行的是定期停电进行预防性试验(预试)的方法，这种方法在发现缺陷、提高运行可靠性等方面取得过较好的效果。但随着电力变压器电压等级的提高、单台容量的增大，其缺点逐渐暴露出来，主要包含两个方面，一方面预试的周期较长，如果缺陷在两次试验之间发展地很快就难以被及时地发现；另一方面预试时施加的试验电压往往远低于运行电压，难以灵敏地发现设备中的缺陷，同时停电试验的方法对于掌握电力变压器工作状态对电能质量的影响没有任何意义。 

因此，开展干式电力变压器带电在线监测，可以随时监测在电力变压器运行状态下的电压、电流有效值，功率因数，谐波、谐波畸变率及绕组最热点温度等关键参数，及时了解设备状况，从而提高运行的可靠性。 

基于以上原则，本发明提出了一种功能丰富，设计简单，模块化结构，能够监测干式电力变压器的运行电压、负荷电流有效值，功率因数，谐波，谐波畸变率、绕组最热点温度等参数的一种电力变压器监测系统，为掌握电力变压器实时工作状态，保障电力变压器安全可靠运行提供帮助。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出了一种功能丰富，设计简单，模块化结构，能够监测干式电力变压器的运行电压、负荷电流有效值，功率因数，谐波，谐波畸变率，绕组最热点温度等参数，并根据收集到的各种信息对变压器的健康状况和寿命进行评估的一种电力变压器监测系统。 

本发明所采用的技术方案是：一种干式电力变压器监测和诊断系统，包括有干式电力变压器，还设置有：运行参数监测单元，用于对电力变压器的工作信号进行调整，并计算出有效的信息数据；高压信号采集单元和中压信号采集单元，用于通过多种传感器采集电力变压器的高压工作信号，为运行参数监测单元提供有效的电力变压器现场运行信号；数据存储与显示单元，用于存储运行参数监测单元对各种电力变压器的工作信号计算处理后的有效数据，并给予实时显示。 

所述的一次侧高压信号采集单元包括有采集电力变压器高压侧的运行电压、负荷电流为运行参数监测单元的信号调理与AD转换模块提供高压实时工作信号的高压运行电压传感器、高压负荷电流传感器。 

二次侧低压信号采集单元包括有采集电力变压器中压侧的运行电压、负荷电流，为运行参数监测单元的信号调理与AD转换模块提供中压实时工作信号的低压运行电压传感器、低压负荷电流传感器。 

铁芯接地电流信号采集单元包括有采集A相、B相和C相铁芯接地电流为运行参数监测单元的信号调理与AD转换模块提供三相铁芯实时工作信号的A相铁芯接地电流传感器、B相铁芯接地电流传感器和C相铁芯接地电流传感器。 

温度监测单元包括有采集A相、B相和C相低压绕组最热点温度为运行参数监测单元温度的信号解调单元提供三相低压绕组实时最热点温度信号的A相温度传感器、B相温度电流传感器和C相温度传感器。 

所述的运行参数监测单元包括有对高压信号采集单元和低压信号采集单元输出的电力变压器工作信号进行整形、滤波和转换的信号调理与AD转换模块；能够计算运行参数有效值，功率因数计算，谐波等参数的DSP信号处理模块；对温度监测单元采集到的温度信号进行解调的温度信号解调单元和单片机温度信号处理单元；管理信号调理与AD转换模块、DSP信号处理模块，单片机温度信号处理单元、并协调其工作进程的ARM数据管理模块；可以把数据上传到数据存储与显示单元的通信接口模块。 

所述的数据存储与显示单元包括有存储运行参数监测单元计算处理后的电力变压器工作数据的大规模存储器；实时显示电力变压器工作数据的液晶显示器。 

本发明的一种干式电力变压器监测和诊断系统，是用多个电压传感器、电流传感器采集电力变压器的高压侧和低压侧的运行电压、负荷电流、中性点电流信号，根据获取的这些信号，通过调理、电平变换，在DSP信号处理模块中进行计算获得电压、电流有效值，功率因数，谐波，谐波畸变率等关键参数，连同通过ARM数据管理模块将参数有序的传输到数据存储与显示单元，实现电力变压器工作信息的实时监测和显示。该电力变压器监测系统，功能多样，监测的参数丰富，采用模块化结构，应用方便简单，为掌握电力变压器实时工作状态， 保障电力变压器安全可靠运行提供帮助。 

附图说明

图1是本发明的整体结构框图； 

图2是电压、电流和中性点监测示意图； 

图3是绕组温度监测示意图； 

其中： 

1：电力变压器                  31：低压运行电压传感器 

2：高压信号采集单元            32：低压负荷电流传感器 

3：低压信号采集单元            34：低压中性点电流传感器 

5：温度监测单元                51：A相温度传感器 

11高压侧母线                   52：B相温度传感器 

12低压侧母线                   53：C相温度传感器 

21：高压运行电压传感器         61：信号调理与AD转换模块 

22：高压负荷电流传感器 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种干式电力变压器监测和诊断系统做出详细的说明。 

如图1所示，本发明的一种干式电力变压器监测和诊断系统，包括有电力变压器1，还设置有：运行参数监测单元6，用于对电力变压器1的工作信号进行调整，并计算出有效的信息数据；高压信号采集单元2和低压信号采集单元3，用于通过多种传感器采集电力变压器1的高压和低压工作信号，为运行参数监测单元6提供有效的电力变压器1现场运行信号；数据分析与诊断单元7根据运行参数监测单元6提供的变压器实时运行数据对电力电压器工作状态和健康程度进行评估和预测；对变压器数据存储与显示单元8，用于存储数据分析与诊断单元7对各种电力变压器1的工作信号计算处理后的有效数据，并给予实时显示。 

如图1所示，所述的高压信号采集单元2包括有采集电力变压器1高压侧的运行电压、负荷电流为运行参数监测单元6的信号调理与AD转换模块61提供高压实时工作信号的高压运行电压传感器21、高压负荷电流传感器22。 

如图1所示，所述的低压信号采集单元3包括有采集电力变压器1低压侧的运行电压、负荷电流和中性点电流，为运行参数监测单元6的信号调理与AD转换模块61提供低压实时工作信号的低压运行电压传感器31、中压负荷电流传感器32和中压中性点电流传感器33。 

如图1所示，所述的运行参数监测单元6包括有对高压信号采集单元2和低压信号采集单元3输出的电力变压器1工作信号进行整形、滤波和转换的信号调理与AD转换模块61；能够计算运行参数有效值，功率因数计算，谐波，电压瞬变值等参数的DSP信号处理模块62；管理信号调理与AD转换模块61、DSP信号处理模块62、单片机温度信号处理单元66，并协调其工作进程 的ARM数据管理模块，63；可以把数据上传到数据分析与诊断单元的通信接口模块64。 

如图1所示，所述的数据存储与显示单元8包括有存储数据分析与诊断单元7计算处理后的电力变压器1工作数据的大规模存储器82；实时显示电力变压器1工作数据的液晶显示器81。 

如图2所示，高压运行电压传感器21将电力变压器1的高压侧母线11的三相线电压转换为标准0-5V电压，高压负荷电流传感器22将电力变压器1的高压侧母线11的三相线电流转换为标准0-5V电压，转换后的标准0-5V电压信号都输入到运行参数监测单元6的信号调理与AD转换模块61中。 

如图2所示，低压运行电压传感器31将电力变压器1的低压侧母线12的三相线电压转换为标准0-5V电压，低压负荷电流传感器32将电力变压器1的低压侧母线12的三相线电流转换为标准0-5V电压，中压中性点电流传感器33将电力变压器1的低压侧中性点电流转换为标准0-5V电压，转换后的标准0-5V电压信号都输入到运行参数监测单元6的信号调理与AD转换模块61中。 

如图3所示，A相温度传感器51将电力变压器1的A相低压绕组最热点温度转换为标准4-20mA的电流，B相温度传感器52将电力变压器1的B相低压绕组最热点温度转换为标准4-20mA的电流，C相温度传感器53将电力变压器1的C相低压绕组最热点温度转换为标准4-20mA的电流，转换后的标准4-20mA的电流都输入到运行参数监测单元6的温度信号解调单元61中。 

本发明的一种干式电力变压器监测和诊断系统，是通过检测电力变压器的高压和低压运行电压、负荷电流、中性点电流信号，三相铁芯接地电流信号和干式变压器低压绕组最热点温度，计算获得电压、电流有效值，功率因数，谐波、谐波畸变率等关键参数，对干式变压器的健康状态进行分析和评估，现电力变压器工作信息的实时监测和显示。该电力变压器监测系统，功能多样，监测的参数丰富，采用模块化结构，应用方便简单，为掌握电力变压器实时工作状态，保障电力变压器安全可靠运行提供帮助。 

Claims (6)

1.一种干式电力变压器监测和诊断系统，包括有电力变压器(1)，其特征在于，还设置有：运行参数监测单元(6)，用于对电力变压器(1)的工作信号进行调整，并计算出有效的信息数据；一次侧信号采集单元(2)和二次侧信号采集单元(3)，铁芯接地电流信号采集单元(4)，温度监测单元(5)用于通过多种传感器采集电力变压器(1)的高压和低压工作信号，接地电流信号和温度信号为运行参数监测单元(6)提供有效的电力变压器(1)现场运行信号；数据分析与诊断单元(7)，用于通过对变压器工作信号进行分析和计算，对变压器的工作状态和健康程度进行评估和预测；数据存储与显示单元(8)，用于存储数据分析与诊断单元(7)对各种电力变压器(1)的工作信号计算处理后的有效数据，并给予实时显示。 

2.根据权利要求1所述的一种干式电力变压器监测和诊断系统，其特征在于，所述的一次侧信号采集单元(2)包括有采集电力变压器(1)的高压侧运行电压、负荷电流为运行参数监测单元(6)中信号调理与AD转换模块(61)提供高压实时工作信号的高压运行电压传感器(21)、高压负荷电流传感器(22)。 

3.根据权利要求1所述的一种干式电力变压器监测和诊断系统，其特征在于，所述的二次侧信号采集单元(3)包括有采集电力变压器(1)的低压侧运行电压、负荷电流为运行参数监测单元(6)中信号调理与AD转换模块(61)提供低压实时工作信号的中压运行电压传感器(31)、中压负荷电流传感器(32)。 

4.根据权利要求1所述的一种干式电力变压器监测和诊断系统，其特征在于，所述的温度监测单元(5)包括有监测A相低压绕组最热点温度的A相温度传感器(51)，监测B相低压绕组最热点温度的B相温度传感器(52)，监测C相低压绕组最热点温度的C相温度传感器(53)。 

5.根据权利要求1所述的一种干式电力变压器监测和诊断系统，其特征在于，所述的运行参数监测单元(6)包括有对一次侧信号采集单元(2)和二次侧信号采集单元(3)输出的变压器工作信号进行整形、滤波和转换的信号调理与AD转换模块(61)；对信号调理与AD转换模块(61)输出的数字信号进行处理，计算运行参数有效值，功率因数计算，谐波，介质损耗角等参数计算的DSP信号处理模块(62)；对温度监测单元(5)输出的温度信号进行处理的温度信号解调单元(65)和单片机温度信号处理单元(66)；管理并协调信号调理与AD转换模块(61)、DSP信号处理模块(62)、单片机温度信号处理单元(66)工作进程的ARM数据管理模块(63)；可以把数据上传到数据分析与诊断单元(7)通信接口模块(64)。 

6.根据权利要求1所述的一种干式电力变压器监测和诊断系统，其特征在于，所述的数据存储与显示单元(8)包括有存储数据分析与诊断单元(7)计算处理后的变压器工作数据的大规模存储器(82)；实时显示变压器工作数据的液晶显示器(81)。 

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