CN104502762A - 变压器套管监测系统数据有效性检测装置 - Google Patents

Abstract

一种变压器套管监测系统数据有效性检测装置，包括电源和变压器套管模拟器件。电源为变压器套管模拟器件提供电压，变压器套管监测系统的信号处理器接收电压测量装置输出的电压信号以及电流测量装置输出的电流信号，并根据电压信号和电流信号计算得到介质损耗角正切测量值和电容测量值并发送至显示器显示，供工作人员与变压器套管模拟器件设置的介质损耗角正切实际值和电容实际值进行比较，判断变压器套管监测系统的电压测量装置和电流测量装置的监测数据有效性，以便及时发现并维护失效的变压器套管监测系统，确保变压器套管监测系统的监测数据精确有效。

Description

变压器套管监测系统数据有效性检测装置

技术领域

本发明涉及变电站监测技术领域，特别是涉及一种变压器套管监测系统数据有效性检测装置。

背景技术

变电站设备，尤其是变压器的状态关系到电网的正常、稳定运行。变压器套管状态监测是变压器状态监测的重要内容之一。变压器套管在线监测系统通过获取套管的末屏接地电流信号，利用与套管同母线的电压互感器获取基准电压信号，通过计算两者的相位差值和幅度比值得出套管的介质损耗角正切值和电容量，作为反映设备绝缘状况的重要特征参数。

由于从套管末屏采样的泄漏电流微弱，介质损耗正切值小，因此监测设备的测量精度要求很高。系统谐波、电网频率波动设备所处环境中电磁场的干扰测量等因素都会影响介质损耗正切值的测量结果。因此，变压器套管监测系统在长时间工作老化或受强电磁环境影响会影响监测数据的有效性，导致监测数据有误或精度不高，不利于变压器套管的故障预警与诊断。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可确保变压器套管监测系统的监测数据精确度的变压器套管监测系统数据有效性检测装置。

一种变压器套管监测系统数据有效性检测装置，包括电源、变压器套管模拟器件，所述电源的高压侧和接地侧均用于连接变压器套管监测系统的电压测量装置，所述电源的高压侧连接所述变压器套管模拟器件一端，所述变压器套管模拟器件另一端接地，且所述变压器套管模拟器件用于连接所述变压器套管监测系统的电流测量装置，所述电源用于为所述变压器套管模拟器件提供电压。

上述变压器套管监测系统数据有效性检测装置，电源为变压器套管模拟器件提供电压，变压器套管监测系统的信号处理器接收电压测量装置输出的电压信号以及电流测量装置输出的电流信号，并根据电压信号和电流信号计算得到介质损耗角正切测量值和电容测量值并发送至显示器显示，供工作人员与变压器套管模拟器件设置的介质损耗角正切实际值和电容实际值进行比较，判断变压器套管监测系统的电压测量装置和电流测量装置的监测数据有效性，以便及时发现并维护失效的变压器套管监测系统，确保变压器套管监测系统的监测数据精确有效。

附图说明

图1为一实施例中变压器套管监测系统数据有效性检测装置的结构图；

图2为一实施例中变压器套管监测系统数据有效性检测装置的原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种变压器套管监测系统数据有效性检测装置，如图1所示，包括电源110和变压器套管模拟器件120。电源110的高压侧和接地侧均用于连接变压器套管监测系统的电压测量装置210，电源110的高压侧连接变压器套管模拟器件120一端，变压器套管模拟器件120另一端接地，且变压器套管模拟器件120用于连接变压器套管监测系统的电流测量装置220。变压器套管监测系统还包括信号处理器230和连接信号处理器230的显示器240。

电源110用于为变压器套管模拟器件120提供电压。由于变压器套管母线电压的高低对于介质损耗测量结果影响不大，因此，为了使用方便和确保人身设备安全，本实施例中电源110为幅值10伏-100伏可调、频率50Hz±0.2Hz可调、谐波畸变率0～2％可调，以便于更好的模拟系统运行电压。一般变压器套管监测系统中电压测量装置210的输入电压范围也为10伏-100伏，因此，电压测量装置210可直接测量电源110输出的电压，避免分压测量引入的相角误差，提高有效性检测的准确性。同时电源110输出电压幅值可调，既模拟了变压器所在电网系统的电压波动，又有利于和不同类型的变压器套管监测系统配合。

电源110提供的电压施加在变压器套管模拟器件120上并产生泄漏电流，模拟变压器套管母线电压信号和末屏泄露电流信号。将变压器套管监测系统的电压测量装置210连接电源110的两侧，检测电源110输出的电压的幅值和相位，并生成电压信号发送至信号处理器230。利用变压器套管监测系统的电流测量装置220测量流过变压器套管模拟器件120的电流的幅值和相位，并生成电流信号发送至信号处理器230。信号处理器230接收电压测量装置210输出的电压信号以及电流测量装置220输出的电流信号，根据电压信号和电流信号计算得到介质损耗角正切测量值和电容测量值并发送至显示器240显示。

信号处理器230计算电压信号和电流信号的相位差值和幅度比值，从而可得到介质损耗角正切测量值和电容测量值并发送至显示器240显示，用作与变压器套管模拟器件120设置的介质损耗角正切实际值和电容实际值进行比较，判断电压测量装置210和电流测量装置220的监测数据有效性。

具体地，信号处理器230通过导线与电压测量装置210和电流测量装置220连接。现场安装时电压测量装置210和电流测量装置220的安装位置一般较远，因此需要使用长导线将电压信号和电流信号引入信号处理器230。由于传输的电压信号和电流信号均为工频信号，频率较低，因此信号传输过程中产生的相角差很小，可以忽略。进一步地，本实施例中导线为屏蔽导线，防止设备所处环境中电磁场对测量产生干扰。

上述变压器套管监测系统数据有效性检测装置，电源110为变压器套管模拟器件120提供电压，信号处理器230接收电压测量装置210输出的电压信号以及电流测量装置220输出的电流信号，并根据电压信号和电流信号计算得到介质损耗角正切测量值和电容测量值并发送至显示器240显示，供工作人员与变压器套管模拟器件120设置的介质损耗角正切实际值和电容实际值进行比较，判断变压器套管监测系统的电压测量装置210和电流测量装置220的监测数据有效性，以便及时发现并维护失效的变压器套管监测系统，确保变压器套管监测系统的监测数据精确有效。上述变压器套管监测系统数据有效性检测装置操作简单、携带方便且可靠性高，符合开发变压器套管绝缘监测有效性检测平台的需要。

在其中一个实施例中，如图2所示，变压器套管模拟器件120包括可调电容组件122和可调电阻组件124。电流测量装置220包括电流测量单元222和罗氏线圈224。

可调电容组件122和可调电阻组件124串联，且可调电容组件122的另一端连接电源110的高压侧，可调电阻组件124的另一端接地，具体为穿过罗氏线圈224后接地，罗氏线圈224连接电流测量单元222。电流测量单元222通过罗氏线圈224检测流过变压器套管模拟器件120的电流的幅值和相位，生成电流信号发送至信号处理器230。信号处理器230在可调电容组件122处于不同的电容值，以及可调电阻组件124处于不同的电阻值时，根据接收的电压信号和电流信号计算对应的介质损耗角正切测量值和电容测量值并发送至显示器240显示。

本实施例中通过调整可调电容组件122的电容值和可调电阻组件124的电阻值，模拟不同绝缘状况的变压器套管。电流测量装置220将可调电容组件122处于不同的电容值，以及可调电阻组件124处于不同的电阻值时生成的电流信号发送至信号处理器230进行处理，可检测变压器套管监测系统对不同参数变压器套管的监测有效性。

进一步地，继续参照图2，可调电容组件122包括电容控制开关S0、第一电容C1和第二电容C2，电容控制开关S0与第一电容C1串联后与第二电容C2并联，且一端连接电源110的高压侧，另一端连接可调电阻组件124。通过控制电容控制开关S0的断开和闭合可改变可调电容组件122的总电容值。具体可以是手动控制电容控制开关S0断开或闭合，也可以是选择受控开关作为电容控制开关S0，根据接收的控制信号进行断开或闭合操作。

实际运行过程中变压器套管末屏泄漏电流为几到十几毫安，变压器套管电容量在200pF到800pF之间。为了保证检测装置使用过程中电流监测单元测量的电流值与实际运行情况较符合，与电源110采用幅值10伏-100伏可调、频率50Hz±0.2Hz可调、谐波畸变率0～2％可调的电压源对应，本实施例中第一电容C1和第二电容C2的阻值均为300nF，通过改变电容控制开关S0的状态可使可调电容组件122的总电容值在300nF、600nF两档之间切换，流过变压器套管模拟器件120的电流可在0.9mA到18.8mA范围内调节。

在其中一个实施例中，可调电阻组件124包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4依次串联，且第一电阻R1的另一端连接可调电容组件122，具体连接电容控制开关S0和第二电容C2，第四电阻R4的另一端接地，具体为穿过罗氏线圈224后接地。第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4分别与第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4并联。通过控制第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4断开或闭合，可改变可调电阻组件124的电阻值。

第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4同样可以是手动控制断开或闭合，也可以是选择受控开关，根据接收的控制信号进行断开或闭合动作。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的具体取值可根据所需设置的介质损耗角正切值(可简称为介损值)进行设定。

表1所示为一实施例中可调电容组件122和可调电阻组件124中各元件的参数取值。

元件	参数
		C1	300nF
C2	300nF
		R1	31.8Ω
R2	53.1Ω
		R3	106.1Ω
R4	202.2Ω

表1

电容和介损可调的变压器套管模拟器件120采用电容电阻串并联结构，模拟变压器套管等值电路。其中电容和电阻采用标准电容和电阻，其值稳定不受外部环境影响。调节电容控制开关S0的状态，变压器套管模拟器件120的电容值在300nF、600nF两档调节。调节可调电容组件122中开关的状态，分别接入对应的电阻，可使变压器套管模拟器件120的介损值在0.15％至2％的范围内变化，从而有效模拟了各工况下变压器套管的介损值。

表2所示为可调电容组件122和可调电阻组件124中各元件选择表1所示参数时，各开关状态与对应的变压器套管模拟器件120的电容值C和介损值tanδ的关系。

	S0断开	S0闭合
			S1断开，S2、S3、S4闭合	C＝300nF；tanδ＝0.15％	C＝600nF；tanδ＝0.3％
S2断开，S1、S3、S4闭合	C＝300nF；tanδ＝0.25％	C＝600nF；tanδ＝0.5％
			S3断开，S1、S2、S4闭合	C＝300nF；tanδ＝0.5％	C＝600nF；tanδ＝1％
S4断开，S1、S2、S3闭合	C＝300nF；tanδ＝1％	C＝600nF；tanδ＝2％

表2

根据所需设置的变介质损耗角正切实际值和电容实际值，改变对应开关的状态，模拟不同工况下变压器套管的介损值和电容量。当信号处理器230得到介质损耗角正切测量值和电容测量值并发送至显示器240显示后，工作人员可直接将测量值与实际值进行比较，判断电压测量装置210和流测量装置220的监测数据的有效性。

在其中一个实施例中，变压器套管监测系统数据有效性检测装置还可包括连接可调电容组件122和可调电阻组件124的信号输入装置。信号输入装置用于接收控制指令，并根据控制指令发送对应的电容控制信号至可调电容组件122，以及发送对应的电阻控制信号至可调电阻组件124。可调电容组件122根据电容控制信号调整电容值，可调电阻组件124根据电阻控制信号调整电阻值。

信号输入装置具体可以是触控显示屏等设备，可预先设置可选的介损值和电容量并进行显示，用户通过点击触控屏完成控制指令的输入。具体结合图2和表2进行解释说明，可调电容组件122和可调电阻组件124中各开关均为受控开关且其控制端连接信号输入装置。信号输入装置显示如表2所示的电容值和介损值。若用户通过点击触控屏选择电容值300nf，介损值0.5％，则信号输入装置发送对应的控制信号至可调电容组件122和可调电阻组件124，使电容控制开关S0断开，第三开关S3断开，第一开关S1、第二开关S2和第四开关S4闭合，完成变压器套管的介损值和电容量的模拟。利用信号输入装置控制可调电容组件122和可调电阻组件124中各开关的状态来改变对应的参数，而无需工作人员手动控制开关，操作更加方便快捷。

进一步地，在其中一个实施例中，变压器套管监测系统数据有效性检测装置还可包括控制装置和报警器，控制装置连接信号输入装置和报警器，还用于连接变压器套管监测系统的信号处理器230。

控制装置用于获取信号输入装置接收的控制指令，并根据控制指令获取介质损耗角正切实际值和电容实际值，及根据介质损耗角正切实际值与信号处理器230输出的介质损耗角正切测量值计算得到介损值相对误差，根据电容实际值和信号处理器230输出的电容测量值计算得到电容值相对误差，还用于在介损值相对误差和/或电容值相对误差大于对应的报警阈值时控制报警器输出报警信息。

具体可分别设置介损报警阈值和电容报警阈值，控制装置判断介损值相对误差是否大于介损报警阈值，以及判断电容值相对误差是否大于电容报警阈值。可以是在介损值相对误差大于介损报警阈值时控制报警器输出报警信息，或在电容值相对误差大于电容报警阈值时控制报警器输出报警信息，也可以是在以上两者同时满足时控制报警器输出报警信息。若介损值相对误差小于或等于介损报警阈值且电容值相对误差小于或等于电容报警阈值，则说明变压器套管监测系统的监测数据精准有效，不进行报警。报警器具体可以是扬声器，通过发声进行报警，也可以是发光二极管，通过发光进行报警。

利用控制装置计算介损值相对误差和电容值相对误差并与对应的报警阈值进行比较，并在满足相应条件时控制报警器输出报警信息，以便工作人员及时对变压器套管监测系统进行检修。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种变压器套管监测系统数据有效性检测装置，其特征在于，包括电源和变压器套管模拟器件，所述电源的高压侧和接地侧均用于连接变压器套管监测系统的电压测量装置，所述电源的高压侧连接所述变压器套管模拟器件一端，所述变压器套管模拟器件另一端接地，且所述变压器套管模拟器件用于连接所述变压器套管监测系统的电流测量装置，所述电源用于为所述变压器套管模拟器件提供电压。

2.根据权利要求1所述的变压器套管监测系统数据有效性检测装置，其特征在于，所述变压器套管模拟器件包括可调电容组件和可调电阻组件，所述可调电容组件和可调电阻组件串联，且所述可调电容组件的另一端连接所述电源的高压侧，所述可调电阻组件的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的变压器套管监测系统数据有效性检测装置，其特征在于，所述可调电容组件包括电容控制开关、第一电容和第二电容，所述电容控制开关与所述第一电容串联后与所述第二电容并联，且一端连接所述电源的高压侧，另一端连接所述可调电阻组件。

4.根据权利要求3所述的变压器套管监测系统数据有效性检测装置，其特征在于，所述电源为幅值10伏-100伏可调、频率50Hz±0.2Hz可调、谐波畸变率0～2％可调的电压源。

5.根据权利要求4所述的变压器套管监测系统数据有效性检测装置，其特征在于，所述第一电容和第二电容的阻值均为300nF。

6.根据权利要求2所述的变压器套管监测系统数据有效性检测装置，其特征在于，所述可调电阻组件包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻依次串联，且所述第一电阻的另一端连接所述可调电容组件，所述第四电阻的另一端接地，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关分别与所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻并联。

7.根据权利要求2所述的变压器套管监测系统数据有效性检测装置，其特征在于，还包括连接所述可调电容组件和可调电阻组件的信号输入装置，所述信号输入装置用于接收控制指令，并根据所述控制指令发送对应的电容控制信号至所述可调电容组件，以及发送对应的电阻控制信号至所述可调电阻组件；所述可调电容组件根据所述电容控制信号调整电容值，所述可调电阻组件根据所述电阻控制信号调整电阻值。

8.根据权利要求7所述的变压器套管监测系统数据有效性检测装置，其特征在于，还包括控制装置和报警器，所述控制装置连接所述信号输入装置和报警器，还用于连接变压器套管监测系统的信号处理器；所述控制装置用于获取所述信号输入装置接收的控制指令，并根据所述控制指令获取介质损耗角正切实际值和电容实际值，及根据所述介质损耗角正切实际值与所述信号处理器输出的介质损耗角正切测量值计算得到介损值相对误差，根据所述电容实际值和所述信号处理器输出的电容测量值计算得到电容值相对误差，还用于在所述介损值相对误差和/或电容值相对误差大于对应的报警阈值时控制所述报警器输出报警信息。