CN104165660A - 一种可计算绕组温度的配变智能监控终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可计算绕组温度的配变智能监控终端，配变智能监控终端包括电气数据采集模块、温度采集模块、绕组温度计算模块、预警模块、网络上报数据模块。电气数据采集模块采集变压器二次侧用电数据；采集变压器所处的环境温度、变压器顶油温度；根据采集的数据输入模型来计算被测变压器的绕组温度；温升预警；将数据上报至后台服务器。本发明通过各种不同容量的配变变压器的温升数据，结合环境温度、顶油温度、负载数据来制定模型，根据模型来计算变压器当前状态下的绕组温度，并适时给出预警信息，提高了变压器运行效率，延长变压器运行寿命，减少不必要的财产损失。

Description

一种可计算绕组温度的配变智能监控终端

技术领域

 本发明涉及电测仪表领域，具体是一种可计算绕组温度的配变智能监控终端。

背景技术

配变监控终端属于配网自动化的底层，主要采集配变变压器的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能、顶油温度、环境温度、计算绕组温度，变压器安全运行时间等数据。并记录存储这些数据，其对于用电质量的监控十分重要。

正在进行建设配网自动化的国家和地区无疑是配变终端最大的市场。通过积极开展与地方电力科技合作项目，推广可计算绕组温度的配变智能监控终端，可以对电力部门开展的配电的智能监测与控制，配网自动化提供积极的推动作用，该终端具有广阔的市场前景并具有巨大经济效益和社会效益。

国内配变技术主要是应用单片机，结合A/D采样芯片进行信号采样，实现变压器本地监测，运行人员通过抄表器采集配变终端监测数据，在主站系统统计分析数据。随着通信技术的发展，配变终端开始使用远程通信技术，配变运行时异常能够及时上报，运行人员通过监控主站及时处理配变故障；通信方式主要是RS485、红外、GPRS等方式。

目前国内对配变智能终端有一定的研究，一般具备实时数据采集功能.、电压监测统计功能、事件、信号告警功能、数据记录及统计功能、记录数据保存功能、对时功能，以及谐波监测功能（可选）、 远程控制功能（可选）、 自动无功补偿控制功能（可选、监控终端）。但未见有配电变压器绕组温度研究的报告。

基于以上，有必要提供监测配变变压器绕组温度的设备，以提高变压器的运行寿命，减少不必要的财产损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可计算绕组温度的配变智能监控终端，通过对温度进行监测来判断当前变压器运行状态是否正常，以保证变压器的运行可靠性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可计算绕组温度的配变智能监控终端，包括电气数据采集模块、温度采集模块、绕组温度计算模块、预警模块、网络上报数据模块。

作为本发明进一步的方案：电气数据采集模块包括电阻采样电路、电能计量芯片、电能计量算法。

作为本发明进一步的方案：所述温度采集模块包括环境温度模块与顶油温度采集模块。

所述可计算绕组温度的配变智能监控终端的计算方法，具体步骤包括：

步骤1：电气数据采集模块采集变压器二次侧用电数据；

步骤2：温度采集模块采集变压器所处的环境温度、变压器顶油温度；

步骤3：绕组温度计算模块根据步骤1和步骤2采集的数据输入模型来计算被测变压器的绕组温度； 

步骤4：预警模块包括温升预警、负荷预警、缺相预警，温升预警为当顶油温度或者绕组温度相比环境温度超出一定数值时终端通过GPRS网络发送预警信息，负荷预警为当负载达到容量的一定百分比时发出预警，缺相预警为变压器二次侧某相电压失电时给出预警；

步骤5：上述步骤得到的结果，正常数据或者预警数据都将通过GPRS网络上报至后台服务器。

作为本发明进一步的方案：步骤1具体步骤包括：

步骤101：电阻采样电路将由硬件电路中的CT、PT变比模块变比过后的电流信号转换为电压信号，其中电压输入通道的电压信号为伪差分信号，电流输入通过的信号为全差分信号；

步骤102：电能计量芯片将由电阻采样电路送过来的信号进行波形增益、AD转换等工作得到当前输入信号的数据，并将其存放在对应的有效值寄存器中；

步骤103：电能计量算法将由电能计量芯片计量得到的值即可得到相应电气量数据。

作为本发明进一步的方案：所述步骤3具体步骤包括：

步骤301：输入变压器的基本参数；

步骤302：计算模型相关参数；

步骤303：输入环境温度、顶油温度、低压侧电流、电压值；

步骤304：建立模型；

步骤305：求解得到绕组温度。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过各种不同容量的配变变压器的温升数据，结合环境温度、顶油温度、负载数据来制定模型，根据模型来计算变压器当前状态下的绕组温度，并适时给出预警信息，提高了变压器运行效率，延长变压器运行寿命，减少不必要的财产损失。

附图说明

图1是本发明的硬件结构设计示意图。

图中：1-ARM系统，10-LCD/KEY，11-485接口A，12-485接口B，13-GPRS模块，14-电源，15-计量模块，16-环境温度，17-顶油温度，18-自动报警，19-USB接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种可计算绕组温度的配变智能监控终端，包括电气数据采集模块、温度采集模块、绕组温度计算模块、预警模块、网络上报数据模块；电气数据采集模块用于监测变压器二次侧的三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、三相视在功率、三相有功电能、三相无功电能、三相视在电能、三相功率因数；温度采集模块包括环境温度模块、顶油温度采集模块，用于采集环境温度、变压器顶油温度；绕组温度计算模块为通过收集各种不同容量的配变变压器的数据，结合环境温度，变压器运行负载计算出绕组温度；预警模块为温升预警、负载预警、停电预警。当顶油温度或者绕组温度超出温度阈值时会给出温升预警，变压器负载超过设定阈值时会给出过载预警，某相电压掉电时给出缺相预警；网络上报数据模块采用GPRS网络将配变智能监控终端采集的数据发送至后台服务器。

可计算绕组温度的配变智能监控终端的计算方法，具体步骤包括：

步骤1：电气数据采集模块采集变压器二次侧用电数据；

电气数据采集模块包括电阻采样电路、电能计量芯片、电能计量算法。步骤1具体包括：

步骤101：电阻采样电路将由硬件电路中的CT即Current Transformer、PT即Potential Transformer变比模块变比过后的电流信号转换为电压信号，其中电压输入通道的电压信号为伪差分信号，电流输入通过的信号为全差分信号；

步骤102：电能计量芯片将由电阻采样电路送过来的信号进行波形增益、AD即Analog-Digital转换等工作得到当前输入信号的数据，并将其存放在对应的有效值寄存器中；

步骤103：电能计量算法将由电能计量芯片计量得到的值即可得到相应电气量数据。

步骤2：温度采集模块采集变压器所处的环境温度、变压器顶油温度；

步骤3：绕组温度计算模块根据步骤1和步骤2采集的数据输入模型来计算被测变压器的绕组温度；具体包括：

步骤301：输入变压器的基本参数；

步骤302：计算模型相关参数；

步骤303：输入环境温度、顶油温度、低压侧电流、电压值；

步骤304：建立模型；

步骤305：求解得到绕组温度。

步骤4：预警模块包括温升预警、负荷预警、缺相预警，温升预警为当顶油温度或者绕组温度相比环境温度超出一定数值时终端通过GPRS即General Packet Radio Service网络发送预警信息，负荷预警为当负载达到容量的一定百分比时发出预警，缺相预警为变压器二次侧某相电压失电时给出预警。

步骤5：上述步骤得到的结果，正常数据或者预警数据都将通过GPRS网络上报至后台服务器。

为了预测变压器在当前运行条件下顶层油温及绕组温度的变化情况，本终端开发了变压器计算模型。

请参阅图1，所述的一种可计算绕组温度的配变智能监控终端的硬件功能模块图，硬件是保证终端能够安全运行的基础。本配变智能监控终端采用ARM系统1+GPRS模块13+计量模块15+485+存储模块+LCD/KEY10组成，硬件在设计过程中考虑到终端安装于变压器二次侧，电磁兼容运行条件要求非常严格，因此设计好的硬件将进行EMC实验，高低温实验，确保硬件能够在变压器环境下安全稳定的工作，没有出现失真，罢工的现象。

ARM系统1为整个硬件的核心，运行终端功能的代码，处理数据，完成日常数据和预警数据的推送功能，ARM系统1采用以ARM公司新型内核芯片，运行速度快，含有DSP处理单元可以快速处理浮点型数据。

LCD/KEY10为终端按键处理和液晶显示单元，LCD实时显示日常显示数据，如三相电压、电流、电能、功率、功率因数、顶油温度、绕组温度数据。当有按键按下时，LCD还将显示按键设置的相应界面。KEY作为按键处理单元用于按键设置终端相关参数，确保电气参数采集正确，让程序选择正确的模型。

485接口A11用于与其它终端级联，通信采用DL/T 645-2007协议，任何支持此规约的终端或者设备都可与之通信。

485接口B12 同485接口A11一样，系统这样设置的原因是为了能够与更多的设备级联，同时当某一个接口无法使用时另一个接口还可以作为备用接口。

GPRS模块13为一个网络通信模块，可以进行TCP上网，发收短信，终端正是通过GPRS模块13进行TCP连接将所有日常数据以及预警数据发送至服务器，当预警特别严重时例如油温过高，或者绕组温度过高，终端将通过GPRS模块13发送短信预警。

电源14为确保硬件能够正常工作，电源14分为两个部分，当正常工作时也就是变压器没有停运，硬件通过变压器分得的电压进行工作，当变压器停运时硬件设计了一个电池电源，能够为终端工作24小时之久，这样可以让终端及时的处理因变压器停运而造成的数据丢失现象。

计量模块15是终端的计量部分，采用TI的高精度电能采集芯片，用于采集电压、电流、功率、电能等电气数据。终端为正确采集电压电能等电气参数需要对计量模块15进行校准，每一个终端在出厂前都通过三相电表校准仪进行校准，保证其测量精度，经过计量院校准认证，目前终端计量精度为有功1级，无功2级。

环境温度16，顶油温度17部分用于采集温度，采集温度使用一颗AD转换芯片采样精度为16位，确保温度采集准确，采集的温度将参与模型计算绕组温度。

自动报警18，两部分一部分是终端上设计预警指示灯，当有预警发生时预警灯亮；另一部分就是网络预警和短信预警，该功能通过GPRS模块13实现，当有预警发生时MCU推送预警数据，GPRS模块13将预警数据通过TCP发送至服务器，特别地当有重要预警如温度过高，温升过大等，终端还将发送预警短信，通知用户及时处理预警信息。

USB接口19部分为本地维护端口，可以通过此接口进行程序更新维护，为终端提供更稳定更安全的服务。

本发明的主要成果可计算绕组温度的配变智能监控终端，是电力公司运行部门为监控配电变压器运行使用的设备。本终端硬件系统采用以ARM公司最新的内核作为MCU，辅以计量模块15、AD转换芯片、GPRS模块13完成对电气参数和环境数据的采集。

《国家电网公司输变电设备状态监测系统标准化设计方案》中明确提出“应根据变压器油温、运行电流数据、冷却系统运行方式、环境温度等，诊断变压器是否有过热问题”。本发明通过各种不同容量的配变变压器的温升数据，结合环境温度、顶油温度、负载数据来制定模型，根据模型来计算变压器当前状态下的绕组温度，并适时给出预警信息，提高了变压器运行效率，延长变压器运行寿命，减少不必要的财产损失。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种可计算绕组温度的配变智能监控终端，其特征在于，包括电气数据采集模块、温度采集模块、绕组温度计算模块、预警模块、网络上报数据模块。

2.根据权利要求1所述的可计算绕组温度的配变智能监控终端，其特征在于，电气数据采集模块包括电阻采样电路、电能计量芯片、电能计量算法。

3.根据权利要求1所述的可计算绕组温度的配变智能监控终端，其特征在于，所述温度采集模块包括环境温度模块与顶油温度采集模块。

4.一种采用如权利要求1-3任一所述的可计算绕组温度的配变智能监控终端的计算方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1：电气数据采集模块采集变压器二次侧用电数据；

步骤2：温度采集模块采集变压器所处的环境温度、变压器顶油温度；

步骤3：绕组温度计算模块根据步骤1和步骤2采集的数据输入模型来计算被测变压器的绕组温度； 

步骤4：预警模块包括温升预警、负荷预警、缺相预警，温升预警为当顶油温度或者绕组温度相比环境温度超出一定数值时终端通过GPRS网络发送预警信息，负荷预警为当负载达到容量的一定百分比时发出预警，缺相预警为变压器二次侧某相电压失电时给出预警；

步骤5：上述步骤得到的结果，正常数据或者预警数据都将通过GPRS网络上报至后台服务器。

5.根据权利要求4所述的可计算绕组温度的配变智能监控终端的计算方法，其特征在于，所述步骤1具体步骤包括：

步骤101：电阻采样电路将由硬件电路中的CT、PT变比模块变比过后的电流信号转换为电压信号，其中电压输入通道的电压信号为伪差分信号，电流输入通过的信号为全差分信号；

步骤102：电能计量芯片将由电阻采样电路送过来的信号进行波形增益、AD转换等工作得到当前输入信号的数据，并将其存放在对应的有效值寄存器中；

步骤103：电能计量算法将由电能计量芯片计量得到的值即可得到相应电气量数据。

6.根据权利要求4所述的可计算绕组温度的配变智能监控终端的计算方法，其特征在于，所述步骤3具体步骤包括：

步骤301：输入变压器的基本参数；

步骤302：计算模型相关参数；

步骤303：输入环境温度、顶油温度、低压侧电流、电压值；

步骤304：建立模型；

步骤305：求解得到绕组温度。