CN104198068A - 一种油浸变压器绕组温度监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

一种油浸变压器绕组温度监测装置，其特点是：包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与历史计算机电连接。并提供其监测方法。能够保证对油浸变压器运行过程进行有绕组温度监测。有效的防止由于绕组温度过高产生的各种事故，使电网安全稳定运行。其方法科学、合理、有效。

Description

一种油浸变压器绕组温度监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及测量领域，是一种油浸变压器绕组温度监测装置及监测方法。

背景技术

电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，它的可靠性直接关系到电网是否安全、高效、经济的运行。大部分变压器的寿命终结是因为其丧失了应有的绝缘能力，而影响绝缘能力的主要因素之一是变压器运行时的绕组温度。变压器绕组最热区域内达到的温度,也是变压器负载值的最主要限制因素。因此通过监测得到变压器内部温度对变压器的允许过载及运行寿命评估具有重要意义。

随着变压器每柱容量的不断提高，变压器线圈过热问题也就越来越突出，这不仅会造成绝缘的加速老化而影响其寿命，而且由于线圈局部过热而造成的恶性事故在国内外屡有发生。变压器过热故障是常见的多发性故障，它对变压器的安全运行和使用寿命带来严重威胁。研究表明，大型电力变压器的运行可靠性在很大程度上取决于其绝缘状态。大部分变压器的寿命终结是因为其丧失了应有的绝缘能力，而影响绝缘能力的最主要因素是变压器运行时的绕组温度。GB/T15164-1994《油浸式电力变压器负载导则》中明确指出：“绕组最热区域内达到的温度，是变压器负载值的最主要限制因素，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值”。国内一些变压器专家也认为“不仅绕组的平均温升不能超过允许值，而且绕组的热点温升也不能超过允许值”。因此，提出“在工厂的温升试验中，除测量额定工况下的绕组平均温升外，有必要测量绕组的热点温升”。变压器绕组热点的绝缘会因为过热而老化。若绕组热点的温度过低，则变压器的能力就没有得到充分利用，减低了经济效益。当变压器投入运行以后，首先遭到破坏的是绝缘材料，特别是绝缘纸。所以变压器使用寿命常常取决于承受最高温度处绝缘材料的寿命。变压器的温升限值以变压器的使用寿命（主要是绝缘材料的寿命）为基础。在相关的国家标准中对变压器在不同的负载运行情况下的温升限值或热点温度做了相应的规定。电力变压器国家标准GB1094.2-1996《电力变压器第2部分温升》规定的电力变压器温升限值是根据不同的负载情况而定的。在连续额定容量下的温升限值见GBl094.2-1996，同时还指出铁芯、绕组外部的电气连接线或油箱中的结构件，不规定温升限值，但仍要求温升不能过高，通常不超过80K，以免使与其相邻的部件受到热损坏或使油过度老化。

除了变压器绕组过热故障危及绝缘外，变压器内部如铁芯、油箱、夹件、拉板、无载分接开关、连接螺栓及引线等部件同样也会引起变压器局部过热，造成变压器内部过热故障，损害绝缘性能。所以除了对绕组进行温度测量之外，变压器内部其它容易引起过热故障的部件也不能忽视。

实际上，对现场运行的变压器一般都只监测变压器的顶层油温，并通过顶层油温间接估算绕组热点温度，但是目前使用的IEEE C57.91-1995和相应的国标GB/T15164-1994《油浸式电力变压器负载导则》推荐变压器绕组热点温度计算的经验模型在计算时存在一定误差，尤其是大容量变压器顶层油温明显滞后于绕组油温，当变压器负荷快速增加时，由于热传递响应速度的原因，变压器顶层油温需经过一段时延才能反映出绕组的工况变化，这种情况下此方法很难能够反映绕组及匝间油道温度的快速变化，对变压器的允许过载及运行寿命评估也缺乏太多实际意义。

变压器的内部温度是表征变压器热特性的重要参数，目前得到变压器内部温度主要有两种方法，一种是间接计算法，一种是直接测量法。

间接计算法中应用最为广泛的是IEEE Std C57.91和IEC354标准中推荐的热点温度计算模型。在这两个模型中，热点温度由环境温度，顶油或底油温度以及绕组热点对油的温差来计算得到。在预测方程中，针对不同负载情况采用不同的负载系数进行计算，对于不同的冷却方式则采用相应的绕组指数和油指数进行修正。基于这两个预测模型又有人提出了许多改进的热点温度模型，这类模型是基于以上两标准中推荐的热点温度模型进行的改进。如通过对变压器不同运行情况下试验发现当负载增加时，变压器绕组热点温度升高速度要比采用顶油时间常数的指数方程预测值快，因此其对标准中推荐方程进行了修正，在热点温升系数上加入了过冲因子（overshoot factor）。在对变压器短路热试验研究的基础上对推荐方程进行了修改，建立了基于底油温度的热点预测方程。

间接计算法通过变压器内部热过程分析，根据变压器运行时的环境温度，易测得的变压器特殊位置油温以及实时的负载数据进行热点温度的计算，可近似得到变压器绕组热点温度，能够基本反映真实的热传导过程，能够在保证一定准确度的情况下预测绕组的热点温度，但对于进一步探寻热点位置等问题有困难。

直接测量法是在变压器靠近导线部位或导线线饼中安装温度传感器，直接测量绕组的热点温度。传感器有声频、结晶石英、莹光、红外辐射激发式、镓砷化合物晶粒光致发光传感器等多种形式。埋入方法有多点埋入流道间隙及只埋在线饼间隙流道出口处等多种。

红外测温技术是利用红外探测技术获取设备的红外辐射状态的热信息，然后转换成温度进行显示的技术，它能测量设备表面上某点周围确定面积的平均温度，以温度高低来判断其工作状态的正常与否。设备的红外辐射通过大气传输到红外测温仪，测温仪中的光学系统将设备辐射的能量汇聚到探测器上，探测器将入射的辐射转换成为电信号，经过信号处理后显示出来。红外热成像技术是一种先进的在线检测技术，可在设备不停电的情况下，检测设备的运行状况。通过对电气设备表面温度及其分布的测试、分析和判断，可以准确地发现电气设备运行中的异常和缺陷，从而使部分事故检修转为预见性检修。应用红外测温仪和热成像仪等诊断技术可实现在设备运行状态时远距离、不停电、不接触、不取样、不解体的情况下，检测出设备故障引起的异常红外辐射和温度，有效的判断设备存在的外部缺陷和内部缺陷，从而实现故障隐患的提早发现并进行处理。

以上各种检查方式都各有优缺点，每种测温方法都很难准确测温，随着电压等级的提高，这个问题越来越严重。如何才能有效进行绕组温度监测是亟待解决的问题。

随着科技的发展，特别是信号分析技术，电子技术的发展推动检测技术的发展，综合运用各种先进技术和知识，构建统一的、综合的、实时的检测平台，将是检测绕组温度监测的发展方向。

发明内容

本发明的构思基础是：

1.油浸变压器中温度是由环境温度，变压器运行状态共同决定。

2.可以通过计算机数值模拟技术，建立被监测的油浸变压器模型温度场模型。将各种监测数据对应到变压器模型中，进行进一步修正处理，从而准确得到绕组温度监测结果；

3.本发明首先应用传统测温手段和红外成像技术来确定油浸变压器温度分布情况，并对应到建立变压器数值模拟模型中；

4.然后采集变压器主要运行状态参数，利用参数进一步修正模型，完善得到的油浸变压器温度模型；

5.把以上监测的数据及时记录到油浸变压器绕组温度监测计算机中的数据库中，建立油浸变压器绕组温度监测的历史数据库；

6.利用历史数据对建立的模型进行修正，不断完善建立的绕组温度监测模型，及时准确显示绕组温度。

本发明所要解决的技术问题在于，在于基于油浸变压器运行中常规的环境温度、绝缘油顶层油温、压力、湿度及负荷测点，结合油浸变压器红外成像技术监测和新增温度测点，利用计算机数值模拟技术，提供一种油浸变压器绕组温度监测装置，从而准确测定绕组温度；并提供其方法。

本发明采用的技术方案是：一种油浸变压器绕组温度监测装置，其特殊之处在于：它包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与历史计算机电连接。

一种油浸变压器绕组温度监测方法，其特殊之处在于，它包括以下内容：

1）一种油浸变压器绕组温度监测装置的设置：油浸变压器绕组温度监测装置包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与历史计算机电连接。

2）在油浸变压器上安装油浸变压器绕组温度监红外监测仪器，在油浸变压器的正面、侧面、顶部分别设置温度测点，从而得到其三维图像并将红外监测仪器所得的图像处理后送入到监控计算机的数字模拟软件中，得到变压器整体温度分布图像；

3)在油浸变压器上设置的测温点具体是在油浸变压器两个对底角和其交叉的两个队顶角上设置测温热电偶，测温热电偶与测温电阻、数据采集板依次电连接，并将测温点得到的数据送入到监控计算机的数字模拟软件中；

4）在监控计算机中建立油浸变压器的温度场数值模拟模型，模型包括油浸变压器外形尺寸，主要部件相对位置；

5）通过与油浸变压器相连的油浸变压器运行数据采集器采集油浸变压器的运行参数，包括环境温度，绝缘油顶部温度，油浸变压器运行电流、电压、频率；

6）数据整理、清洗、限值设定：对2）-5）步骤提取的各种数据，进行整理，并根据运行状态参数，对数据进行修正，清洗，去掉坏数据，保证数据有效；并对各个参数设定上下限值；

7）提取数据：根据运行状态，把整理后的数据存放到绕组温度监测用的历史计算机的数据库中，数据库的内容为序号、时间、位置、温度值、上下限值；

8）监测与判定：根据绕组温度监测用的历史计算机数据库中的数据，监控数据，对油浸变压器绕组温度进行监测，超过安全值，或有超过安全值数据及时报警，并将分析数据存入历史计算机数据库中。

由于本发明一种油浸变压器绕组温度监测装置是基于油浸变压器运行中常规参数和常规监测技术，结合计算机数值模拟软件而实现的，能够保证对油浸变压器运行过程进行有绕组温度监测。有效的防止由于绕组温度过高产生的各种事故，使电网安全稳定运行。其方法科学、合理、有效。

附图说明

图1为一种油浸变压器绕组温度监测装置结构框图。

图2温度测点与红外测温仪位置示意图。

具体实施方式

下面利用附图所示的实施例对本发明作进一步说明。

参照图1,以某有载调压变压器SSZ10-150000/220为例，本发明一种油浸变压器绕组温度监测装置，包括：油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与历史计算机电连接。数据处理软件依据自动控制技术和计算机数据处理技术编制，是本领域技术人员所熟悉的技术。

其中：油浸变压器运行数据采集器、测温热电偶、测温电阻、数据采集板、红外监测仪器和计算机、均为市售产品。油浸变压器运行数据采集器和数据采集板采用IMP3595数据采集系统，红外监测仪器美国雷泰Ti30热成像仪。

本发明的一种油浸变压器绕组温度监测方法包括以下内容：

1）一种油浸变压器绕组温度监测装置的设置：油浸变压器绕组温度监测装置包括：油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与历史计算机电连接；

2）在油浸变压器上安装油浸变压器绕组温度用的红外监测仪器，具体位置如图2新增温度测点与红外测温仪位置示意图所示，应在油浸变压器的正面、侧面、顶部分别安装，从而可以得到其三维图像并将红外监测仪器所得的图像处理后送入到监控计算机的数字模拟软件中，得到变压器整体温度分布图像；

油浸变压器的计算机数字模拟软件编制为本领域专业人员熟知技术。

3)在油浸变压器上安装测温点，具体如图2,设置温度测点1与红外测温仪位置示意图所示，在两个对底角和其交叉的两个队顶角上安装测温热电偶，测温热电偶与测温电阻电连接，然后与数据采集板电连接，并将测温点得到的数据送入到监控计算机的数字模拟软件中；

4）在监控计算机中建立油浸变压器的温度场数值模拟模型，模型要包括油浸变压器外形尺寸，主要部件相对位置；

5）通过与油浸变压器相连的油浸变压器运行数据采集器采集油浸变压器的运行参数，包括环境温度，绝缘油顶部温度，油浸变压器运行电流、电压、频率；

6）数据整理、清洗、限值设定：对2）-5）步骤提取的各种数据，进行整理，并根据运行状态参数，对数据进行修正，清洗，去掉坏数据，保证数据有效；并对各个参数设定上下限值，具体规定见下表。

表  油浸式变压器允许温升限值

7）提取数据：根据运行状态，把整理后的数据存放到绕组温度监测用的历史计算机中的数据库中；数据库结构如下表:

8）监测与判定：根据绕组温度监历史数据计算机中的数据库中的数据，监控数据，对油浸变压器绕组温度进行监测，超过安全值，或有超过安全值数据及时报警，并将分析数据存入历史计算机数据库中。

Claims (2)

1.一种油浸变压器绕组温度监测装置，其特征在于：它包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与历史计算机电连接。

2.一种油浸变压器绕组温度监测方法，其特征在于，它包括以下内容：

1）一种油浸变压器绕组温度监测装置的设置：油浸变压器绕组温度监测装置包括油浸变压器通过红外监测仪器与监控计算机的USB口电连接，油浸变压器与测温电阻、数据采集板和监控计算机的USB口依次电连接，油浸变压器通过油浸变压器运行数据采集器与监控计算机的USB口电连接，监控计算机通过网络接口RJ45与历史计算机电连接；

2）在油浸变压器上安装油浸变压器绕组温度监红外监测仪器，在油浸变压器的正面、侧面、顶部分别设置温度测点，从而得到其三维图像并将红外监测仪器所得的图像处理后送入到监控计算机的数字模拟软件中，得到变压器整体温度分布图像；

3)在油浸变压器上设置的测温点具体是在油浸变压器两个对底角和其交叉的两个队顶角上设置测温热电偶，测温热电偶与测温电阻、数据采集板依次电连接，并将测温点得到的数据送入到监控计算机的数字模拟软件中；

4）在监控计算机中建立油浸变压器的温度场数值模拟模型，模型包括油浸变压器外形尺寸，主要部件相对位置；

5）通过与油浸变压器相连的油浸变压器运行数据采集器采集油浸变压器的运行参数，包括环境温度，绝缘油顶部温度，油浸变压器运行电流、电压、频率；

6）数据整理、清洗、限值设定：对2）-5）步骤提取的各种数据，进行整理，并根据运行状态参数，对数据进行修正，清洗，去掉坏数据，保证数据有效；并对各个参数设定上下限值；

7）提取数据：根据运行状态，把整理后的数据存放到绕组温度监测用的历史计算机的数据库中，数据库的内容为序号、时间、位置、温度值、上下限值；

8）监测与判定：根据绕组温度监测用的历史计算机数据库中的数据，监控数据，对油浸变压器绕组温度进行监测，超过安全值，或有超过安全值数据及时报警，并将分析数据存入历史计算机数据库中。