CN105375643A - 一种用于配电变压器性能在线监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于配电变压器性能在线监测装置及其监测方法，其中监测装置包括相互通讯的变压器监测单元和数据管理单元，数据管理单元用于根据变压器监测单元获得的监测数据经统计分析来预测变压器健康状况；变压器监测单元包括嵌入式微处理器电路，与嵌入式微处理器电路相连的多路信号调理电路、拨码开关电路、键盘电路、电源电路、时钟电路、液晶显示电路、以及多路控制输出电路、通信接口电路和SD卡存储电路。有益效果：利用多路信号调理电路分别连接的采集监测数据用传感器，可大幅扩大监测范围；并实现变压器性能的实时在线监测，且结合变压器监测数据实现综合判断变压器健康状况，从而可确保变压器安全运行。

Description

一种用于配电变压器性能在线监测装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种监测装置，特别是涉及一种用于配电变压器性能在线监测装置及其监测方法，属于变压器安全运行监测技术领域。

背景技术

配电变压器是配电网络中的重要电力设备，其运行数据是配电网络的基础和重要数据，配电变压器监测终端是配电自动化系统的重要部分，在系统中完成采集模拟量和状态量以及执行遥控操作等功能，实现对配电变压器遥测、遥信、遥控功能，可以保障配电系统的可靠运行。

目前，配电变压器监测终端的监测范围仍较小、监测实时性能仍较差，普遍存在监测效果较低的缺陷；为此需要设计一种用于配电变压器性能在线监测装置，实现实时在线监测，从而及早发现变压器故障。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种用于配电变压器性能在线监测装置及其监测方法，在全面扩大监测范围的基础上，实现变压器性能的实时在线监测，并结合变压器监测数据实现综合判断变压器健康状况，从而可确保变压器安全运行。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于配电变压器性能在线监测装置，包括相互通讯的变压器监测单元和数据管理单元，所述变压器监测单元至少为一台，所述数据管理单元用于根据变压器监测单元获得的监测数据经统计分析来预测变压器健康状况。

其中，所述变压器监测单元包括嵌入式微处理器电路，均与嵌入式微处理器电路的输入接口相连并单向通讯的温度信号调理电路、电流信号调理电路、电压信号调理电路、拨码开关电路、视频信号调理电路、环境温湿度信号调理电路、键盘电路、电源电路和时钟电路，均与嵌入式微处理器电路的输出接口相连并单向通讯的液晶显示电路、超温报警输出电路、超温风机控制电路、超温跳闸输出电路、保护控制输出电路和除湿控制电路，以及均与嵌入式微处理器电路双向通讯连接的通信接口电路和SD卡存储电路；所述数据管理单元通过通信接口电路与嵌入式微处理器电路相连。

而且，所述温度信号调理电路的输入端连接有温度传感器，所述电流信号调理电路的输入端连接有电流传感器，所述电压信号调理电路的输入端连接有电压传感器，所述视频信号调理电路的输入端连接有视频摄像头，所述环境温湿度信号调理电路的输入端连接有环境温湿度传感器；所述温度传感器、电流传感器和电压传感器均布设于变压器上，所述视频摄像头对准变压器安装，所述环境温湿度传感器布设于变压器所在现场环境中。

本发明的监测装置进一步设置为：所述变压器监测单元和数据管理单元通过无线或有线相连。

本发明的监测装置进一步设置为：所述电流传感器采用开口式电流互感器，布设在变压器的输出端母排上。

本发明的监测装置进一步设置为：所述温度信号调理电路包括均与嵌入式微处理器电路的A/D端口相连的A相温度信号调理电路、B相温度信号调理电路和C相温度信号调理电路；所述温度传感器包括分别与A相温度信号调理电路、B相温度信号调理电路和C相温度信号调理电路相连的A相温度传感器、B相温度传感器和C相温度传感器。

以及，所述电流信号调理电路包括均与嵌入式微处理器电路的A/D端口相连的A相电流信号调理电路、B相电流信号调理电路和C相电流信号调理电路；所述电流传感器包括分别与A相电流信号调理电路、B相电流信号调理电路和C相电流信号调理电路相连的A相电流传感器、B相电流传感器和C相电流传感器。

以及，所述温度信号调理电路包括均与嵌入式微处理器电路的A/D端口相连的A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路和C相电压信号调理电路；所述电压传感器包括分别与A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路和C相电压信号调理电路相连的A相电压传感器、B相电压传感器和C相电压传感器。

本发明的监测装置进一步设置为：所述液晶显示电路的输出端连接有显示屏，所述超温报警输出电路的输出端连接有报警器，所述超温风机控制电路的输出端连接有风机，所述超温跳闸输出电路的输出端与变压器的跳闸开关相连，所述保护控制输出电路的输出端与变压器的保护开关相连，所述除湿控制电路的输出端连接有除湿机。

本发明的监测装置进一步设置为：所述显示屏的显示内容包括变压器的铁芯温升，变压器电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、1-31次电压谐波、1-31次电流谐波，环境温湿度，现场视频图像，风机和除湿机状态，变压器的三相电压不平衡度、三相电流不平衡度，以及变压器机号。

本发明还提供一种用于配电变压器性能在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

1)获取监测数据；

通过变压器监测单元的温度传感器、电流传感器、电压传感器、视频摄像头和环境温湿度传感器分别采集变压器温度、变压器电流、变压器电压、现场视频图像和现场环境温度，并作为实时监测数据传输给嵌入式微处理器电路；嵌入式微处理器电路将接收的监测数据进行汇总后通过通信接口电路传输给数据管理单元；

2）统计分析出变压器特征量；

数据管理单元将获取的监测数据统计分析出变压器特征量，包括变压器铁芯温升并绘制温升曲线，变压器电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、1-31次电压谐波、1-31次电流谐波、三相电压不平衡度和三相电流不平衡度，以及变压器负荷状况、超温报警状况、变压器环境温湿度情况、风机和除湿机开启情况；

3）预测变压器健康状况；

根据统计分析的变压器特征量，利用最大熵谱法在线预测变压器健康状况；

数据管理单元还根据获取的现场视频图像在线监测变压器现场人员出入情况。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明提供的一种用于配电变压器性能在线监测装置，通过多台变压器监测单元和一台数据管理单元的设置，其中每台变压器监测单元均包括嵌入式微处理器电路，与嵌入式微处理器电路相连的多路信号调理电路、拨码开关电路、键盘电路、电源电路、时钟电路、液晶显示电路、以及多路控制输出电路、通信接口电路和SD卡存储电路，利用多路信号调理电路分别连接的采集监测数据用传感器，可大幅扩大监测范围；而数据管理单元可根据变压器监测单元获得的监测数据经统计分析来预测变压器健康状况，不仅实现变压器性能的实时在线监测，还可实现综合判断变压器健康状况，从而可确保变压器安全运行。

2、本发明提供的一种用于配电变压器性能在线监测装置的监测方法，通过获取监测数据，统计分析出变压器特征量，再利用最大熵谱法在线预测变压器健康状况；其中数据管理单元还根据获取的现场视频图像在线监测变压器现场人员出入情况。因此，在线监测高效的同时，还具备预测变压器健康状况的功能。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明一种用于配电变压器性能在线监测装置的结构示意图；

图2为本发明一种用于配电变压器性能在线监测装置中变压器监测单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示的一种用于配电变压器性能在线监测装置，包括相互通讯的变压器监测单元和数据管理单元，其中变压器监测单元至少为一台，数据管理单元用于根据变压器监测单元获得的监测数据经统计分析来预测变压器健康状况；图1中所示的变压器监测单元为n台，分别为1号变压器监测单元、2号变压器监测单元、3号变压器监测单元、……、n号变压器监测单元；每台变压器监测单元和数据管理单元可通过无线或有线相连，组网快捷方便。

如图2所示，每台变压器监测单元包括嵌入式微处理器电路，均与嵌入式微处理器电路的输入接口相连并单向通讯的温度信号调理电路、电流信号调理电路、电压信号调理电路、拨码开关电路、视频信号调理电路、环境温湿度信号调理电路、键盘电路、电源电路和时钟电路，均与嵌入式微处理器电路的输出接口相连并单向通讯的液晶显示电路、超温报警输出电路、超温风机控制电路、超温跳闸输出电路、保护控制输出电路和除湿控制电路，以及均与嵌入式微处理器电路双向通讯连接的通信接口电路和SD卡存储电路；所述数据管理单元通过通信接口电路与嵌入式微处理器电路相连。

其中，所述温度信号调理电路的输入端连接有温度传感器，所述电流信号调理电路的输入端连接有电流传感器，所述电压信号调理电路的输入端连接有电压传感器，所述视频信号调理电路的输入端连接有视频摄像头，所述环境温湿度信号调理电路的输入端连接有环境温湿度传感器；即，温度传感器通过温度信号调理电路与嵌入式微处理器电路单向通讯连接，电流传感器通过电流信号调理电路与嵌入式微处理器电路单向通讯连接，电压传感器通过电压信号调理电路与嵌入式微处理器电路单向通讯连接，视频摄像头通过视频信号调理电路与嵌入式微处理器电路单向通讯连接，环境温湿度传感器通过环境温湿度信号调理电路与嵌入式微处理器电路单向通讯连接。

所述温度传感器、电流传感器和电压传感器均布设于变压器上，所述视频摄像头对准变压器安装，所述环境温湿度传感器布设于变压器所在现场环境中。其中的电流传感器可采用开口式电流互感器，布设在变压器的输出端母排上。

如图2所示，所述温度信号调理电路包括均与嵌入式微处理器电路的A/D端口相连的A相温度信号调理电路、B相温度信号调理电路和C相温度信号调理电路；所述温度传感器包括分别与A相温度信号调理电路、B相温度信号调理电路和C相温度信号调理电路相连的A相温度传感器、B相温度传感器和C相温度传感器。

所述电流信号调理电路包括均与嵌入式微处理器电路的A/D端口相连的A相电流信号调理电路、B相电流信号调理电路和C相电流信号调理电路；所述电流传感器包括分别与A相电流信号调理电路、B相电流信号调理电路和C相电流信号调理电路相连的A相电流传感器、B相电流传感器和C相电流传感器。

所述温度信号调理电路包括均与嵌入式微处理器电路的A/D端口相连的A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路和C相电压信号调理电路；所述电压传感器包括分别与A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路和C相电压信号调理电路相连的A相电压传感器、B相电压传感器和C相电压传感器。

在图2中均未示出的有：所述液晶显示电路的输出端连接有显示屏，所述超温报警输出电路的输出端连接有报警器，所述超温风机控制电路的输出端连接有风机，所述超温跳闸输出电路的输出端与变压器的跳闸开关相连，所述保护控制输出电路的输出端与变压器的保护开关相连，所述除湿控制电路的输出端连接有除湿机。其中，显示屏的显示内容包括变压器的铁芯温升，变压器电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、1-31次电压谐波、1-31次电流谐波，环境温湿度，现场视频图像，风机和除湿机状态，变压器的三相电压不平衡度、三相电流不平衡度，以及变压器机号。

本发明还提供一种用于配电变压器性能在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

1)获取监测数据；

通过变压器监测单元的温度传感器、电流传感器、电压传感器、视频摄像头和环境温湿度传感器分别采集变压器温度、变压器电流、变压器电压、现场视频图像和现场环境温度，并作为实时监测数据传输给嵌入式微处理器电路；嵌入式微处理器电路将接收的监测数据进行汇总后通过通信接口电路传输给数据管理单元；

2）统计分析出变压器特征量；

数据管理单元将获取的监测数据统计分析出变压器特征量，包括变压器铁芯温升并绘制温升曲线，变压器电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、1-31次电压谐波、1-31次电流谐波、三相电压不平衡度和三相电流不平衡度，以及变压器负荷状况、超温报警状况、变压器环境温湿度情况、风机和除湿机开启情况；

3）预测变压器健康状况；

根据统计分析的变压器特征量，利用最大熵谱法在线预测变压器健康状况；

数据管理单元还根据获取的现场视频图像在线监测变压器现场人员出入情况。

本发明的创新点在于，利用多路信号调理电路分别连接的采集监测数据用传感器，可大幅扩大监测范围；通过数据管理单元根据变压器监测单元获得的监测数据经统计分析，再利用最大熵谱法来预测变压器健康状况，不仅实现变压器性能的实时在线监测，而且还具备预测变压器健康状况的功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种用于配电变压器性能在线监测装置，其特征在于：包括相互通讯的变压器监测单元和数据管理单元，所述变压器监测单元至少为一台，所述数据管理单元用于根据变压器监测单元获得的监测数据经统计分析来预测变压器健康状况；

所述变压器监测单元包括嵌入式微处理器电路，均与嵌入式微处理器电路的输入接口相连并单向通讯的温度信号调理电路、电流信号调理电路、电压信号调理电路、拨码开关电路、视频信号调理电路、环境温湿度信号调理电路、键盘电路、电源电路和时钟电路，均与嵌入式微处理器电路的输出接口相连并单向通讯的液晶显示电路、超温报警输出电路、超温风机控制电路、超温跳闸输出电路、保护控制输出电路和除湿控制电路，以及均与嵌入式微处理器电路双向通讯连接的通信接口电路和SD卡存储电路；所述数据管理单元通过通信接口电路与嵌入式微处理器电路相连；

所述温度信号调理电路的输入端连接有温度传感器，所述电流信号调理电路的输入端连接有电流传感器，所述电压信号调理电路的输入端连接有电压传感器，所述视频信号调理电路的输入端连接有视频摄像头，所述环境温湿度信号调理电路的输入端连接有环境温湿度传感器；所述温度传感器、电流传感器和电压传感器均布设于变压器上，所述视频摄像头对准变压器安装，所述环境温湿度传感器布设于变压器所在现场环境中。

2.根据权利要求1所述的一种用于配电变压器性能在线监测装置，其特征在于：所述变压器监测单元和数据管理单元通过无线或有线相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于配电变压器性能在线监测装置，其特征在于：所述电流传感器采用开口式电流互感器，布设在变压器的输出端母排上。

4.根据权利要求1所述的一种用于配电变压器性能在线监测装置，其特征在于：所述温度信号调理电路包括均与嵌入式微处理器电路的A/D端口相连的A相温度信号调理电路、B相温度信号调理电路和C相温度信号调理电路；所述温度传感器包括分别与A相温度信号调理电路、B相温度信号调理电路和C相温度信号调理电路相连的A相温度传感器、B相温度传感器和C相温度传感器；

所述电流信号调理电路包括均与嵌入式微处理器电路的A/D端口相连的A相电流信号调理电路、B相电流信号调理电路和C相电流信号调理电路；所述电流传感器包括分别与A相电流信号调理电路、B相电流信号调理电路和C相电流信号调理电路相连的A相电流传感器、B相电流传感器和C相电流传感器；

所述温度信号调理电路包括均与嵌入式微处理器电路的A/D端口相连的A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路和C相电压信号调理电路；所述电压传感器包括分别与A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路和C相电压信号调理电路相连的A相电压传感器、B相电压传感器和C相电压传感器。

5.根据权利要求1所述的一种用于配电变压器性能在线监测装置，其特征在于：所述液晶显示电路的输出端连接有显示屏，所述超温报警输出电路的输出端连接有报警器，所述超温风机控制电路的输出端连接有风机，所述超温跳闸输出电路的输出端与变压器的跳闸开关相连，所述保护控制输出电路的输出端与变压器的保护开关相连，所述除湿控制电路的输出端连接有除湿机。

6.根据权利要求5所述的一种用于配电变压器性能在线监测装置，其特征在于：所述显示屏的显示内容包括变压器的铁芯温升，变压器电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、1-31次电压谐波、1-31次电流谐波，环境温湿度，现场视频图像，风机和除湿机状态，变压器的三相电压不平衡度、三相电流不平衡度，以及变压器机号。

7.根据权利要求1所述的一种用于配电变压器性能在线监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取监测数据；

通过变压器监测单元的温度传感器、电流传感器、电压传感器、视频摄像头和环境温湿度传感器分别采集变压器温度、变压器电流、变压器电压、现场视频图像和现场环境温度，并作为实时监测数据传输给嵌入式微处理器电路；嵌入式微处理器电路将接收的监测数据进行汇总后通过通信接口电路传输给数据管理单元；

2）统计分析出变压器特征量；

数据管理单元将获取的监测数据统计分析出变压器特征量，包括变压器铁芯温升并绘制温升曲线，变压器电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、1-31次电压谐波、1-31次电流谐波、三相电压不平衡度和三相电流不平衡度，以及变压器负荷状况、超温报警状况、变压器环境温湿度情况、风机和除湿机开启情况；

3）预测变压器健康状况；

根据统计分析的变压器特征量，利用最大熵谱法在线预测变压器健康状况；

数据管理单元还根据获取的现场视频图像在线监测变压器现场人员出入情况。