CN104122490A - 一种变压器套管绝缘状态在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于变压器套管绝缘状态在线监测的技术领域,尤其涉及一种变压器套管绝缘状态在线监测装置及方法。本发明装置包括电流传感单元、信号调理单元、数据采集及处理单元、通信单元、存储单元、显示单元和电源单元。该装置不需要引入PT参考进行计算,能够完全适应智能变电站的测量要求,并且安装简单,经济效益突出。本发明方法能够在不需要引出电压互感器二次信号的情况下监测套管相对介质损耗因数的变化趋势,从而准确、有效地反应套管的绝缘状态,保证设备的安全稳定运行。同时满足IEC61850规约,具有规范的功能和通信模型,可以实现在线监测装置与主IED的功能整合,可应用于智能变电站。<u/>
Description
技术领域
本发明属于变压器套管绝缘状态在线监测的技术领域,尤其涉及一种变压器套管绝缘状态在线监测装置及方法,采用相对法计算变压器套管相对介质损耗因数的在线监测装置及方法,本发明基于IEC61850规约,并可应用于智能变电站。
背景技术
目前,国内外已进行传统变电站变压器套管在线监测装置的研究,各个装置的监测方法各不相同,还不够规范。对IEC61850的研究也有报道,但还未见符合IEC61850规约的变压器套管在线监测装置。
长期以来,传统变电站的变压器套管在线监测一直采用监测变压器套管末屏泄露电流和PT二次电压角差的形式来监测套管的介质损耗因数。目前,随着智能变电站大规模应用电子式互感器,变电站已经没有PT二次电压信号可以直接采集,无法提供同步电压信号,并且电子式互感器的PT电压采集数据的点数为80点,采样频率为4KHz,无法满足傅里叶分解的数据要求,并且很难与变压器套管末屏泄露电流相位同步。
由于传统变压器套管在线监测装置及方法具有局限性和不规范的问题,有必要设计一种基于IEC61850规约并可应用于智能变电站的变压器套管在线监测装置和方法。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题,本发明提供一种变压器套管绝缘状态在线监测装置及方法。本发明通过同步采样变压器套管的三相末屏泄露电流信号,通过相对比较三相套管接地电流的相位,结合相对法得到套管的相对介质损耗因数。本发明突破了传统变压器套管在线监测方法,在智能变电站没有PT二次模拟电压信号的情况下同样可以实现变压器套管的在线监测。
同时本发明还满足IEC61850规约,具有规范的功能和通信模型,可实现设备的互操作,满足国家电网公司对于智能变电站现场设备的要求,可以实现在线监测装置与主IED的功能整合。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种变压器套管绝缘状态在线监测装置,包括电流传感单元、信号调理单元、数据采集及处理单元、通信单元、存储单元、显示单元和电源单元。
其中:电流传感单元的输出端连接信号调理单元的输入端;信号调理单元的输出端与数据采集及处理单元的输入端相连接,数据采集及处理单元的输出端分别与通信单位、存储单元及显示单元相连接;电源单元分别与信号调理单元、数据采集及处理单元、通信单位、存储单元及显示单元相连接。
所述的电流传感单元设有三组,分别连接变压器套管的A、B、C三项。
所述的通信单元采用以太网通信接口,通过通信单元与站内后台相连。
所述的信号调理单元对三相电流信号进行I-V变换、放大和滤波处理,将电流信号转换为可供数据采集及处理单元采集的电压信号;然后,数据采集及处理单元对信号进行A-D转换和数据处理,计算出三相变压器套管接地电流的矢量相位,再根据相对法得到三相套管的相对介质损耗因数;最后,数据采集及处理单元先后将计算结果保存在存储单元中,通过通信单元将结果上传至站内后台,驱动显示单元显示监测结果;整套装置由电源单元供电。
一种变压器套管绝缘状态在线监测方法,主要包括以下步骤:
步骤一、电流互感器获取三相套管接地电流信号;
步骤二、电流信号转成电压信号,在进行放大、滤波;
步骤三、三相电压信号同步采集;
步骤四、进行离散傅里叶变换计算三相接地电流的相位;
步骤五、用相对法计算三相套管的相对介损因素;
步骤六、分析三相相对介质损耗因数,若A相和C相的相对介质损耗因数同时变化较大,则说明B相套管存在缺陷,否则执行步骤七;
步骤七、若只有A相的相对介质损耗因数变化较大,则说明A相套管存在缺陷,否则执行步骤八;
步骤八、只有C相的相对介质损耗因数变化较大,则说明C相套管存在缺陷,否则执行步骤一。
所述的步骤五中所述的相对法,其计算步骤如下:
步骤一、设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为
步骤二、通过离散傅里叶变换计算出三相接地电流的矢量相位αa、αb、αc;
步骤三、根据三相电压和电流的矢量关系,用表示和设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为
步骤四、根据介质损耗因数的概念计算A相和C相套管的相对介质损耗因数:
A相套管和C相套管的相对介损角为:
步骤五、监测tanδa和tanδc的变化趋势,分析套管的绝缘状态;若tanδa或tanδc波动较大,则认为A相或者C相套管存在缺陷;若tanδa和tanδc同时波动较大,则认为B相套管存在缺陷。
所述的电流传感单元将采集到的一组三相变压器套管的接地电流,通过傅里叶变换算法计算出三相接地电流的矢量相位αa、αb、αc;将B相变压器套管作为比照参考,设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为得出:
和是的函数,因为是设定值,所以和并不是真实值,而是以为参考得到的相对值;因此,将称之为A相套管的接地电流与电压的相对夹角,将称之为C相套管的接地电流与电压的相对夹角,根据介损角的概念可得:
其中,δa是A相套管的相对介损角,δc是C相套管的相对介损角;根据介损因数的概念可得:
其中,tanδa就是A相套管的相对介质损耗因数,tanδc是C相套管的相对介质损耗因数;通过监测tanδa和tanδc的变化趋势来分析变压器套管的绝缘状态:若tanδa或tanδc波动较大,则认为A相或者C相套管存在缺陷;若tanδa和tanδc同时波动较大,则认为B相套管存在缺陷。
所述的步骤五中所述的相对法,其思想不是求介质损耗因数的真实值,而是通过监测相对介质损耗因数的变化趋势来分析套管的绝缘状态;设定值的大小会改变tanδa和tanδc的初始值,但不会影响tanδa和tanδc的变化趋势,也就不会影响相对法的分析结果,所以为了简化分析过程,通常将设定为具体数值,大量的现场经验是测试数据表明,将设定为89.8°。
本发明具有以下创新点:
(1)在智能变电站没有PT二次模拟电压信号的情况下,通过相对法得到变压器套管的相对介质损耗因数,其变化趋势可以反映套管的绝缘状态;
(2)满足IEC61850规约,具有规范的功能和通信模型;
(3)可以实现在线监测装置与主IED的功能整合;
(4)三相变压器套管同步测量,实时性高,易于现场的安装使用。
本发明的优点及效果是:
经检索证明,目前未见直接通过同步测量一组三相变压器套管来检测套管绝缘状态的应用报道。本发明装置不需要引入PT参考进行计算,能够完全适应智能变电站的测量要求,并且安装简单,经济效益突出。本发明检测方法,能够在不需要引出电压互感器二次信号的情况下监测套管相对介质损耗因数的变化趋势,从而准确、有效地反应套管的绝缘状态,保证设备的安全稳定运行。同时本发明满足IEC61850规约,具有规范的功能和通信模型,可以实现在线监测装置与主IED的功能整合。
下面结合本发明的具体实施例方式和附图,对本发明加以详细描述。
附图说明
图1是本发明监测装置的结构框图;
图2是本发明监测方法的算法分析矢量图;
图3是本发明监测方法的流程图。
图中:电流传感单元1,信号调理单元2,数据采集及处理单元3,通信单元4,存储单元5,显示单元6,电源单元7。
具体实施方式
本发明是一种变压器套管绝缘状态在线监测装置及方法,如图1所示,本发明检测装置包括信号调理单元2、数据采集及处理单元3、通信单元4、存储单元5、显示单元6和电源单元7。
其中:电流传感单元1的输出端连接信号调理单元2的输入端;信号调理单元2的输出端与数据采集及处理单元3的输入端相连接,数据采集及处理单元3的输出端分别与通信单位4、存储单元5及显示单元6相连接;电源单元7分别与信号调理单元2、数据采集及处理单元3、通信单位4、存储单元5及显示单元6相连接。
所述的电流传感单元1设有三组,分别连接变压器套管的A、B、C三项。
本发明装置通过同步采样智能变电站变压器套管的三相接地电流信号,结合相对法得到套管的相对介质损耗因数。本发明在智能变电站没有PT二次模拟电压信号的情况下同样可以实现变压器套管的在线监测。同时本发明还满足IEC61850规约,具有规范的功能和通信模型,可实现设备的互操作,满足国家电网公司对于智能变电站现场设备的要求,可以实现在线监测装置与主IED的功能整合。
具体操作如下:
本发明是是利用变压器套管绝缘状态在线监测装置,先后对电流信号进行获取、调理、采集、处理、分析、通信、存储和显示。
首先,本发明变压器套管在线监测装置通过电流传感单元1得到一组三相变压器套管的接地电流信号,并将电流信号输入给信号调理单元2。
信号调理单元2利用混合电子元件对三相电流信号进行I-V变换、放大和滤波处理,将电流信号转换为可供数据采集及处理单元3采集的电压信号;然后,数据采集及处理单元3对信号进行A-D转换和数据优化处理,计算出三相变压器套管接地电流的矢量相位,再根据相对法得到三相套管的相对介质损耗因数;最后,数据采集及处理单元3先后将计算结果保存在存储单元5中,通过通信单元4将结果上传至站内后台,驱动显示单元6显示监测结果。整套装置由电源单元7供电。
实施时,信号调理单元2主要由ADI公司精密的仪表放大器、低温漂低噪运放和高精度电压参考源等元件组成。信号调理单元2的信号处理流程如下:首先实现输入信号的I/V变换,将输入的电流信号转换成电压信号;之后信号传递给射频抑制电路,抑制变电站现场的高频噪声;然后信号传递给仪表放大器进行信号放大,将信号幅值调整到适合AD转换器采集的范围;最后信号传递给二阶有源低通滤波电路,对信号进行进一步的滤波处理。此时的信号就是信号调理单元2的输出信号。
数据采集及处理单元3主要有ARM公司先进的处理器和ADI公司的高速同步AD转换器组成。数据采集及处理单元3的信号处理流程如下:首先实现信号的模数转换,将三相模拟信号同步转换成三相数字信号,再传递给处理器;处理器对信号进行离散傅里叶变换,得到三相信号的相位,再根据相对法计算出A相和C相套管的相对介质损耗因数,将得到的结果保存在存储单元5,同时将结果输出到显示单元6,长期的监测可以得到相对介质损耗因数的变化趋势,根据变化趋势即可分析出套管的绝缘状态。
通信单元4采用以太网通信接口,本发明装置通过通信单元4直接与站内后台相连,用于上传监测数据。
存储单元5主要由FLASH芯片组成,主要功能是存储监测结果,和装置的重要参数。
显示单元6主要由工业级的电子显示屏构成,用于显示监测结果,便于人机交互。
电源单元7主要由高等级隔离电源模块组成,用于给整套装置供电以及保护装置不被过电压损坏。
如图3所示,图3是本发明的流程图。一种变压器套管绝缘状态在线监测方法,主要步骤如下:
步骤一、电流互感器获取三相套管接地电流信号;
步骤二、电流信号转成电压信号,在进行放大、滤波;
步骤三、三相电压信号同步采集;
步骤四、进行离散傅里叶变换计算三相接地电流的相位;
步骤五、用相对法计算三相套管的相对介损因素;
步骤六、分析三相相对介质损耗因数,若A相和C相的相对介质损耗因数同时变化较大,则说明B相套管存在缺陷,否则执行步骤七;
步骤七、若只有A相的相对介质损耗因数变化较大,则说明A相套管存在缺陷,否则执行步骤八;
步骤八、只有C相的相对介质损耗因数变化较大,则说明C相套管存在缺陷,否则执行步骤一。
本发明方法在上述步骤五中所述的相对法是本发明监测方法中的一部分,其核心计算步骤如下:
步骤一、设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为
步骤二、通过离散傅里叶变换计算出三相接地电流的矢量相位αa、αb、αc;
步骤三、根据三相电压和电流的矢量关系,用表示和
步骤四、根据介质损耗因数的概念计算A相和C相套管的相对介质损耗因数:
步骤五、监测tanδa和tanδc的变化趋势,分析套管的绝缘状态。
下面举例说明:
本发明采用相对法测量变压器套管的相对介质损耗因数,其核心思想如下:采集一组三相变压器套管的接地电流,通过傅里叶变换算法计算出三相接地电流的矢量相位αa、αb、αc。将B相变压器套管作为比照参考,设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为则根据图2所示的矢量图可以得出:
和是的函数,因为是设定值,所以和并不是真实值,而是以为参考得到的相对值。因此,将称之为A相套管的接地电流与电压的相对夹角,将称之为C相套管的接地电流与电压的相对夹角,根据介损角的概念可得:
其中,δa是A相套管的相对介损角,δc是C相套管的相对介损角。根据介损因数的概念可得:
其中,tanδa就是A相套管的相对介质损耗因数,tanδc是C相套管的相对介质损耗因数。通过监测tanδa和tanδc的变化趋势来分析变压器套管的绝缘状态:若tanδa或tanδc波动较大,则认为A相或者C相套管存在缺陷;若tanδa和tanδc同时波动较大,则认为B相套管存在缺陷。
相对法的思想不是求介质损耗因数的真实值,而是通过监测相对介质损耗因数的变化趋势来分析套管的绝缘状态。设定值的大小会改变tanδa和tanδc的初始值,但不会影响tanδa和tanδc的变化趋势,也就不会影响相对法的分析结果,所以为了简化分析过程,通常将设定为具体数值,大量的现场经验是测试数据表明,将设定为89.8°更接近真实情况。
Claims (8)
1.一种变压器套管绝缘状态在线监测装置,其特征是:包括电流传感单元(1)、信号调理单元(2)、数据采集及处理单元(3)、通信单元(4)、存储单元(5)、显示单元(6)和电源单元(7);
其中:电流传感单元(1)的输出端连接信号调理单元(2)的输入端;信号调理单元(2)的输出端与数据采集及处理单元(3)的输入端相连接,数据采集及处理单元(3)的输出端分别与通信单位(4)、存储单元(5)及显示单元(6)相连接;电源单元(7)分别与信号调理单元(2)、数据采集及处理单元(3)、通信单位(4)、存储单元(5)及显示单元(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测装置,其特征是:所述的电流传感单元(1)设有三组,分别连接变压器套管的A、B、C三项。
3.根据权利要求1所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测装置,其特征是:所述的通信单元(4)采用以太网通信接口,通过通信单元(4)与站内后台相连。
4.根据权利要求1所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测装置,其特征是:所述的信号调理单元(2)对三相电流信号进行I-V变换、放大和滤波处理,将电流信号转换为可供数据采集及处理单元(3)采集的电压信号;然后,数据采集及处理单元(3)对信号进行A-D转换和数据处理,计算出三相变压器套管接地电流的矢量相位,再根据相对法得到三相套管的相对介质损耗因数;最后,数据采集及处理单元(3)先后将计算结果保存在存储单元(5)中,通过通信单元(4)将结果上传至站内后台,驱动显示单元(6)显示监测结果;整套装置由电源单元(7)供电。
5.一种变压器套管绝缘状态在线监测方法,其特征是:主要包括以下步骤:
步骤一、电流互感器获取三相套管接地电流信号;
步骤二、电流信号转成电压信号,在进行放大、滤波;
步骤三、三相电压信号同步采集;
步骤四、进行离散傅里叶变换计算三相接地电流的相位;
步骤五、用相对法计算三相套管的相对介损因素;
步骤六、分析三相相对介质损耗因数,若A相和C相的相对介质损耗因数同时变化较大,则说明B相套管存在缺陷,否则执行步骤七;
步骤七、若只有A相的相对介质损耗因数变化较大,则说明A相套管存在缺陷,否则执行步骤八;
步骤八、只有C相的相对介质损耗因数变化较大,则说明C相套管存在缺陷,否则执行步骤一。
6.根据权利要求5所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测方法,其特征是:步骤五中所述的相对法,其计算步骤如下:
步骤一、设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为
步骤二、通过离散傅里叶变换计算出三相接地电流的矢量相位αa、αb、αc;
步骤三、根据三相电压和电流的矢量关系,用表示和设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为
步骤四、根据介质损耗因数的概念计算A相和C相套管的相对介质损耗因数:
A相套管和C相套管的相对介损角为:
步骤五、监测tanδa和tanδc的变化趋势,分析套管的绝缘状态;若tanδa或tanδc波动较大,则认为A相或者C相套管存在缺陷;若tanδa和tanδc同时波动较大,则认为B相套管存在缺陷。
7.根据权利要求5所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测方法,其特征是:所述的电流传感单元(1)将采集到的一组三相变压器套管的接地电流,通过傅里叶变换算法计算出三相接地电流的矢量相位αa、αb、αc;将B相变压器套管作为比照参考,设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为得出:
和是的函数,因为是设定值,所以和并不是真实值,而是以为参考得到的相对值;因此,将称之为A相套管的接地电流与电压的相对夹角,将称之为C相套管的接地电流与电压的相对夹角,根据介损角的概念可得:
其中,δa是A相套管的相对介损角,δc是C相套管的相对介损角;根据介损因数的概念可得:
其中,tanδa就是A相套管的相对介质损耗因数,tanδc是C相套管的相对介质损耗因数;通过监测tanδa和tanδc的变化趋势来分析变压器套管的绝缘状态:若tanδa或tanδc波动较大,则认为A相或者C相套管存在缺陷;若tanδa和tanδc同时波动较大,则认为B相套管存在缺陷。
8.根据权利要求5所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测方法,其特征是:步骤五中所述的相对法,其思想不是求介质损耗因数的真实值,而是通过监测相对介质损耗因数的变化趋势来分析套管的绝缘状态;设定值的大小会改变tanδa和tanδc的初始值,但不会影响tanδa和tanδc的变化趋势,也就不会影响相对法的分析结果,所以为了简化分析过程,通常将设定为具体数值,大量的现场经验是测试数据表明,将设定为89.8°。
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