CN103983879A - 一种油浸式变压器在线故障诊断方法及模拟装置 - Google Patents

一种油浸式变压器在线故障诊断方法及模拟装置 Download PDF

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Abstract

一种油浸式变压器在线故障诊断方法及模拟装置，在变压器敏感故障部位设置特征点，箱体内壁均匀设置卡槽，温度传感器分别置于对应的卡槽内，通过导线连接PLC计算机控制系统,将结果输出到报警显示装置。故障诊断方法：设定故障模拟时间t，时间间隔步长f，极小值ε，对每个特征点循环温度检测得到Ti,j，由PLC计算机控制系统求出温度变化率Ki＝(Ti,j+1-Ti，j)/f；Ti,j<Ti绿灯显示，Ti,j>Ti且0<Ki≤ε蓝灯显示，Ti,j>Ti且Ki>ε红灯报警。本发明以特征点温度变化率表征为诊断依据，提高了故障诊断的准确性和超前性，有效杜绝变压器的各种运行事故。

Description

一种油浸式变压器在线故障诊断方法及模拟装置
技术领域
本发明涉及一种油浸式变压器在线故障诊断方法及模拟装置,用于对输配电网进行安全技术检测。 
背景技术
油浸式变压器又称油浸式试验变压器，为工矿企业与民用建筑供配电系统中的重要设备之一。近年来,中国的输变电建设正在蓬勃发展。中电联的统计数据显示,自2006到2011年,220kV、330kV和500kV的变电容量分别以10.3％、13.9％和17.0％的年平均增长率高速发展。在变电容量快速增长的同时,保障电网安全、稳定、可靠地运行更是电网工作的重中之重。电网的安全主要体现在电力设备安全和系统运行安全两个方面,而电力设备的安全是电网安全的第一道防线。因此加强对变压器的监测、维护和评估,是从源头上防止电网瓦解和大面积停电,防止造成巨大经济损失、危及社会稳定的基础。油浸式变压器因其容量大、损耗低、可靠性高等优势,几乎占据llOKV及以上输电网变电站的所有主变,以及配电网中75％左右的配电变压器，因此开展油浸式变压器的研究意义深远。 
电力变压器故障的发生，很大一部分原因是原部件发热量大，温度过高造成的。现有比较成熟的变压器在线监测与故障诊断技术是采用油中溶解气体分析的特征气体法。基于油中溶解气体的故障诊断，往往是根据某时刻各种气体的含量(或一种气体相对另一种气体的比值)进行故障判断，油中溶解气体的含量值只是一个静态表征量，当故障比较严重时，油中溶解气体的含量值才有明显升高，确定适当的油中溶解气体的含量值作为故障诊断的临界值比较困难，故其动态判断的能力差，在故障诊断上存在一定的滞后性。 
发明内容
本发明公开了一种油浸式变压器在线故障诊断方法及模拟装置，本发明是在油浸式变压器箱体内设置特征点，在特征点处安放温度传感器进行温度采集，得到温度场分布及特征点的温度变化规律；以设备故障的温度边界点作为临界值，对变压器出现的敏感故障进行非稳态数值模拟，建立故障部位、故障状况与特征点温度变化的相关关系，从而实现特征点温度变化速率及变压器内部整体温升的双重故障定位和应急处理方案，及时给出故障报警和应急 断电处置，从而杜绝事故的发生。本发明可以有效克服现有采用油中溶解气体分析的特征气体法存在的动态判断能力差，在故障诊断上存在滞后性、判断准确率低等缺陷。 
本发明技术方案是这样实现的： 
一种油浸式变压器在线故障诊断模拟装置，主要包括散热管，油浸式变压器箱体，储油柜，温度传感器，PLC计算机控制系统，报警显示装置；所述的油浸式变压器箱体为全充油密封型结构，箱体顶部设置一个储油柜，通过一只导管与油浸式变压器箱体连通，箱体外有散热管与油浸式变压器箱体连通，在受热作用下，导热油在油浸式变压器箱体和与之连通的散热管内形成自然循环对流；其特点是：在油浸式变压器箱体内敏感故障部位分别设置特征点，在每个特征点位置的油浸式变压器箱体内壁均匀设置卡槽，温度传感器分别置于对应的卡槽内，以保持垂直稳定；温度传感器通过导线连接PLC计算机控制系统,各特征点得到的不同时段的温度值进入PLC计算机控制系统后通过软件程序计算和分析判断，将故障诊断结果输出到报警显示装置。报警显示装置设置有绿灯、蓝灯、红灯，分别用于显示正常运行、监控运行和故障报警。 
所述的特征点至少设置四个，该四个特征点分别设置在敏感故障部位绕组一、绕组二、绕组三和铁心所在的油浸式变压器箱体内壁上，既检测敏感故障部位的温度变化，同时也检测变压器内部的整体温度变化。 
一种油浸式变压器在线故障诊断方法,具体步骤如下： 
A)根据变压器容量体积大小和变压器故障数目设置特征点数量和位置； 
B)建立特征点与故障部位之间的对应关系； 
C)给出各特征点的临界温度Ti，设定故障模拟时间t,时间间隔步长f，极小值ε,对每个特征点进行循环温度检测，得到数列Ti,j；其中j为循环次数，j＝0,2,…n； 
D)根据每个特征点温度值Ti,j，PLC计算机控制系统求出每个特征点的温度变化率Ki＝(Ti,j+1-Ti，j)/f；结果输出到报警显示装置； 
E)当变压器内部某特征点温度Ti,j小于Ti时，表明此时变压器正常工作，报警显示装置为绿灯指示状态；当变压器内部第i个特征点温度Ti,j瞬时大于Ti时，但温度的变化速率0<Ki≤ε，其中ε为设定的极小值；表明虽然变压器内部某特征点的温度已达到临界温度，但并未引起运行故障，只是短暂升温，报警显示装置为蓝灯指示状态,需要监控运行；当变压器 内部某特征点温度Ti,j大于Ti，并且存在温度变化率Ki>ε时，表明变压器内部第i个特征点的温度已超过临界温度，此时变压器存在运行故障，报警显示装置出现红灯持续闪烁，此为故障状态，应立即进行紧急断电处理，直到温度恢复正常后，显示系统出现绿灯为止。 
本发明结构简单，以温度为特征参数，根据特征点温度变化率表征变压器在正常运行状态时的变化趋势，能够很好地预测故障的严重程度和紧迫程度，提高了故障诊断的超前性，可以将报警和应急行为实现在事故发生以前。 
本发明的优点和积极效果如下： 
1、利用特征点温度变化率反演变压器内部故障及其发热速率，能够很好地预测故障的严重程度和紧迫程度，提高了故障诊断的超前性，可以将报警和应急行为实行在事故发生以前。 
2、特征点温度变化率结合变压器内整体温度水平的预警机制，能够很好地克服误报警动作，从而提高装置的运行可靠性； 
3、特征点温度变化率结合变压器内整体温度水平的预警机制，还能够对于尚不明确的故障给出适当的报警行为，从而杜绝变压器的各种运行事故。 
附图说明
图1为油浸式变压器在线故障诊断模拟装置结构示意图； 
图2为油浸式变压器在线故障诊断方法流程图； 
图3为特征点a的温度变化曲线； 
图4为特征点b的温度变化曲线； 
图5为特征点c的温度变化曲线； 
图6为特征点d的温度变化曲线。 
1、散热管；2、油浸式变压器箱体；3、储油柜；4、温度传感器；5、PLC控制系统；6、报警显示装置。 
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明技术内容作进一步详细描述，但实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。 
一种油浸式变压器在线故障诊断模拟装置如图1所示，主要包括散热管1，油浸式变压器箱体2，储油柜3，温度传感器4，PLC计算机控制系统5，报警显示装置6；所述的油浸式变 压器箱体2为全充油密封型结构，箱体顶部设置一个储油柜3，通过一只导管与油浸式变压器箱体2连通，箱体外有散热管1与油浸式变压器箱体2连通，在受热作用下，导热油在油浸式变压器箱体2和与之连通的散热管1内形成自然循环对流；其特点是：在油浸式变压器箱体内敏感故障部位分别设置特征点，在每个特征点位置的油浸式变压器箱体内壁均匀设置卡槽，温度传感器4分别置于对应的卡槽内，以保持垂直稳定；温度传感器通过导线连接PLC计算机控制系统5,各特征点得到的不同时段的温度值进入PLC计算机控制系统后通过软件程序计算和分析判断，将故障诊断结果输出到报警显示装置6。 
所述的报警显示装置6设置有绿灯、蓝灯、红灯，分别用于显示正常运行、监控运行和故障报警，。 
油浸式变压器在线故障诊断方法,具体步骤如下： 
A)本实施例设置四个特征点，该四个特征点分别设置在敏感故障部位绕组一、绕组二、绕组三和铁心所在的油浸式变压器箱体内壁上，既检测敏感故障部位的温度变化，同时也检测变压器内部的整体温度变化。 
B)以5s后的温度作为临界温度，设定故障模拟时间t＝5s,时间间隔步长f＝1s，ε＝0.01；对每个特征点进行循环温度检测，得到数列Ti,j；其中j为循环次数，j＝0,1，2,3,4； 
C)根据每个特征点测得的系列温度值T i,j见表1～表4，及时求出每个特征点对应的温度变化率Ki＝(Ti,j+1-Ti，j)/f； 
5s后由PLC计算机控制系统得到特征点a、b、c、d的温度变化曲线如图3～图6所示，从图3中可以发现：当绕组一发生故障时，a点的温度由358.11K变化到362.51K，温度变化率为0.86K/s，温度变化率K1>ε时，如图3所示，表明变压器内部第1个特征点a的温度已达到或者超过临界值Ti，此时变压器存在运行故障，报警显示装置出现红灯持续闪烁，此为故障状态，应立即进行紧急断电处理，直到温度恢复正常后，显示系统出现绿灯为止。 
从图4、图5、图6中可以看出：b、c、d点的温度保持不变，即温度变化率K＝0，且温度分别为：358.67K、358.26K、355.72K。 
其余故障部位与温度变化关系见表五。 
表一、5S内a点温度随时间间隔步长的变化 
(注：s——代表时间的国际单位) 
时间步长f(s) Ta(K) 温度增加ΔTa(K)
0 358.11 0
1 358.97 0.86
2 359.83 0.86
3 360.69 0.86
4 361.55 0.86
5 362.51 0.86
表二、5S内b点温度随时间间隔步长的变化 
(注：s——代表时间的国际单位) 
时间步长f(s) Tb(K) 温度增加ΔTb(K)
0 358.67 0
1 358.67 0
2 358.67 0
3 358.67 0
4 358.67 0
5 358.67 0
表三、5S内c点温度随时间间隔步长的变化 
(注：s——代表时间的国际单位) 
时间步长f(s) Tc(K) 温度增加ΔTc(K)
0 358.26 0
1 358.26 0
2 358.26 0
3 358.26 0
4 358.26 0
5 358.26 0
表四、5S内d点温度随时间间隔步长的变化 
(注：s——代表时间的国际单位) 
时间步长f(s) Td(K) 温度增加ΔTdK)
0 355.72 0
1 355.72 0
2 355.72 0
3 355.72 0
4 355.72 0
5 355.72 0
 表五、温度变化与故障发生部位的对应关系图表 
(注：K——代表温度的国际单位) 
当变压器出现故障时，箱体内各特征点的温度将以一定速度上升，不同的故障位置，各个特征点的温度变化率情况都不相同。温度变化率能够反映事件的动态特性，在事件未发生的下一动作前，可以预判趋势。 
当变压器附近的绝缘油温度升高后，热油流速增大，高温油挤压周围导热油流动与油浸式变压器箱体的内壁相接触，传递部分热量后再分别向四周箱体散热管向下流动，使得油温降低；同时又有冷油填充高温油的空缺，从而在内部形成循环回路。 

Claims (4)

1.一种油浸式变压器在线故障诊断模拟装置，主要包括散热管(1)，油浸式变压器箱体(2)，储油柜(3)，温度传感器(4)，PLC计算机控制系统(5)，报警显示装置(6)；所述的油浸式变压器箱体(2)为全充油密封型结构，箱体顶部设置一个储油柜(3)，通过一只导管与油浸式变压器箱体(2)连通，箱体外有散热管(1)与油浸式变压器箱体(2)连通，在受热作用下，导热油在油浸式变压器箱体(2)和与之连通的散热管(1)内形成自然循环对流；其特征在于：在油浸式变压器箱体内敏感故障部位设置特征点，在特征点位置的油浸式变压器箱体内壁均匀设置卡槽，温度传感器(4)分别置于对应的卡槽内，以保持垂直稳定；温度传感器通过导线连接PLC计算机控制系统(5),各特征点得到的不同时段的温度值进入PLC计算机控制系统后通过软件程序计算和分析判断，将故障诊断结果输出到报警显示装置(6)。
2.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器在线故障诊断模拟装置，其特征在于：所述的报警显示装置(6)设置有绿灯、蓝灯、红灯，分别用于显示正常运行、监控运行和故障报警。
3.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器在线故障诊断模拟装置，其特征在于：所述的特征点至少设置四个，该四个特征点分别设置在敏感故障部位绕组一、绕组二、绕组三和铁心所在的油浸式变压器箱体内壁上，既检测敏感故障部位的温度变化，同时也检测变压器内部的整体温度变化。
4.一种油浸式变压器在线故障诊断方法,其特征在于具体步骤如下：
A)根据变压器容量体积大小和变压器故障数目设置特征点数量和位置；
B)建立特征点与故障部位之间的对应关系；
C)给出各特征点的临界温度Ti，设定故障模拟时间t,时间间隔步长f，极小值ε,对每个特征点进行循环温度检测，得到数列Ti,j；其中i为特征点编号，i＝1,2,…m；j为循环次数，j＝0,2,…n；
D)根据每个特征点温度值Ti,j，PLC计算机控制系统求出每个特征点的温度变化率Ki＝(Ti,j+1-Ti，j)/f；结果输出到报警显示装置；
E)当变压器内部某特征点温度Ti,j<Ti时，表明此时变压器工作正常，报警显示装置为绿灯指示状态；当变压器内部第i个特征点温度Ti,j瞬时大于Ti时，但温度的变化速率0<Ki≤ε，其中ε为设定的极小值；表明虽然变压器内部某特征点的温度已达到临界温度，但并未引起运行故障，只是短暂升温，报警显示装置为蓝灯指示状态,需要监控运行；当变压器内部某特征点温度Ti,j大于Ti，并且存在温度变化率Ki>ε时，表明变压器内部第i个特征点的温度已超过临界温度，此时变压器存在运行故障，报警显示装置出现红灯持续闪烁，此为故障状态，应立即进行紧急断电处理，直到温度恢复正常后，显示系统出现绿灯为止。
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