CN106199226B - 三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法及系统，方法步骤包括对运行中的配电变压器检测选定噪声检测点的噪声信号并计算噪声信号特征参数与声压级，根据噪声信号特征参数是否在预设的特征参数判别阈值区间内判断配电变压器是否处于三相负载不平衡运行状态，并根据声压级是否超过预设的声压级预警阈值判断变压器是否运行异常；系统包括噪声信号采集程序单元、噪声信号处理程序单元和变压器状态诊断程序单元。本发明无需工作人员前往配电变压器运行现场对其负载不平衡度进行检测与分析，能够及时发现三相负载不平衡及运行异常状态，无需接触带电设备，具有检测安全性高、省时省力、测试方便的优点。

Description

三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法及系统

技术领域

本发明涉及电力安全监测技术，具体涉及一种三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法及系统，用于通过噪声监测判断三相负载不平衡条件下三相配电变压器运行状态。

背景技术

配电网是电力系统中连接主网与用户的重要组成部分。在配电网络中，既包含三相负载也包括单相负载，在为单相用户供电时，由于接线人员疏忽、用户负载不可控增容、大功率单相负载接入以及单相负载用电不同时性等因素，配电变压器经常出现三相负载不平衡现象。配电变压器一般为三角形/星形接线方式，以三相四线制向用户供电。配电网在三相负载不平衡度较大的情况下运行，将会给低压电网与配电变压器造成不良影响，主要表现在：①、当三相负载不平衡时，三相电流存在差异，配电网中性线上产生不平衡电流，一方面导致线路损耗增加，另一方面导致配电变压器中性点漂移，各相相电压发生变化，负载重的一相电压降低，负载轻的一相电压升高，容易造成用电设备烧毁或无法使用的情况；②、增加配电变压器电能损耗；③、钢构件中产生磁滞和涡流损耗，导致变压器局部过热、绝缘老化；④、配电变压器输出容量无法达到额定值，备用容量减少，过载能力降低，当三相负载严重不平衡时，随着运行时间的增加，变压器可能出现因某一相电流过高而烧毁的情况。因此，为了提高供电可靠性，电力系统中一般对配电变压器三相负载不平衡度进行严格要求。目前，主要通过人工方法检测配电变压器三相负载不平衡度并进行调整，即通过定期对各相负载数据进行检测与记录，将负载由高的相调整至低的相。该方法主要存在以下不足：①、费时费力，配变数量较多、分布较广，检测所需的运行人员较多、往返距离较远；②、存在负荷调整不及时的情况，无法在负载不平衡度较高时及时发现并做出调整，给配电变压器的安全运行带来风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种无需工作人员前往配电变压器运行现场对其负载不平衡度进行检测与分析，能够及时发现三相负载不平衡及运行异常状态，无需接触带电设备，检测安全性高、省时省力、测试方便的三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法，步骤包括：

1）对运行中的配电变压器检测选定噪声检测点的噪声信号；

2）计算噪声信号的噪声信号特征参数与声压级；

3）将噪声信号的噪声信号特征参数与声压级和预设的特征参数判别阈值区间以及预设的声压级预警阈值进行对比，若噪声信号的噪声信号特征参数位于预设的特征参数判别阈值区间内，则判定配电变压器处于三相负载不平衡运行状态，且进一步判断噪声信号的声压级是否超过预设的声压级预警阈值，如果噪声信号的声压级超过预设的声压级预警阈值则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常。

优选地，步骤1）中所述选定噪声检测点位于配电变压器正面1/2高度、且距离配电变压器0.3m。

优选地，步骤2）中噪声信号的噪声信号特征参数具体是指奇偶次谐波比，所述奇偶次谐波比为变压器频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值。

优选地，步骤3）中预设的特征参数判别阈值区间的确定步骤包括：

S1）检测配电变压器三相负载平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的平衡负载噪声信号数据集合，针对平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到平衡噪声信号特征参数集合；

S2）检测配电变压器三相负载不平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的不平衡负载噪声信号数据集合，针对不平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到不平衡噪声信号特征参数集合；

S3）计算平衡噪声信号特征参数集合中的最大值和不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值，将平衡噪声信号特征参数集合中的最大值、不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值之间的区间作为预设的特征参数判别阈值区间。

优选地，步骤3）中预设的声压级预警阈值的确定步骤包括：检测配电变压器三相负载平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的平衡负载噪声信号数据集合，针对平衡负载噪声信号数据集合计算声压级，将计算声压级得到的声压级最大值加上预设声压级裕量得到预设的声压级预警阈值。

优选地，所述预设声压级裕量为3dB(A)。

一种三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测系统，包括：

噪声信号采集程序单元，用于对运行中的配电变压器检测选定噪声检测点的噪声信号；

噪声信号处理程序单元，用于计算噪声信号的噪声信号特征参数与声压级；

变压器状态诊断程序单元，用于将噪声信号的噪声信号特征参数与声压级和预设的特征参数判别阈值区间以及预设的声压级预警阈值进行对比，若噪声信号的噪声信号特征参数位于预设的特征参数判别阈值区间内，则判定配电变压器处于三相负载不平衡运行状态，且进一步判断噪声信号的声压级是否超过预设的声压级预警阈值，如果噪声信号的声压级超过预设的声压级预警阈值则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常；

所述变压器状态诊断程序单元包括预设的特征参数判别阈值区间的确定程序单元，所述确定程序单元包括：

第一程序单元，用于检测配电变压器三相负载平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的平衡负载噪声信号数据集合，针对平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到平衡噪声信号特征参数集合；

第二程序单元，用于检测配电变压器三相负载不平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的不平衡负载噪声信号数据集合，针对不平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到不平衡噪声信号特征参数集合；

第三程序单元，用于计算平衡噪声信号特征参数集合中的最大值和不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值，将平衡噪声信号特征参数集合中的最大值、不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值之间的区间作为预设的特征参数判别阈值区间。

本发明三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法具有下述优点：

1、本发明三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法针对配电变压器数量多、分布范围广的特点，本发明对运行中的配电变压器检测选定噪声检测点的噪声信号并计算噪声信号特征参数与声压级，将噪声信号特征参数是否在预设的特征参数判别阈值区间内判断配电变压器处于三相负载不平衡运行状态，并根据声压级是否超过预设的声压级预警阈值判断变压器是否运行异常，无需工作人员前往配电变压器运行现场对其负载不平衡度进行检测与分析，能够及时发现三相负载不平衡及运行异常状态，通过噪声检测负载不平衡度，具有无需接触带电设备，检测安全性高、省时省力、测试方便的优点。

2、本发明三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法能方便地与远程传输技术相结合，实现配电变压器三相负载不平衡的实时监测并对异常运行情况进行预警，便于实现负载不平衡度的远程集中监测，提高配电变压器检测工作的自动化程度。

本发明三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测系统为本发明三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法完全对应的系统，因此同样也具有本发明三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法的前述优点，故在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例中平衡负载与不平衡负载的噪声特征参数对比图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法的步骤包括：

1）对运行中的配电变压器检测选定噪声检测点的噪声信号；

2）计算噪声信号的噪声信号特征参数与声压级；

3）将噪声信号的噪声信号特征参数与声压级和预设的特征参数判别阈值区间以及预设的声压级预警阈值进行对比，若噪声信号的噪声信号特征参数位于预设的特征参数判别阈值区间内，则判定配电变压器处于三相负载不平衡运行状态，且进一步判断噪声信号的声压级是否超过预设的声压级预警阈值，如果噪声信号的声压级超过预设的声压级预警阈值则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常。

本实施例中，步骤1）中选定噪声检测点位于配电变压器正面1/2高度、且距离配电变压器0.3m。本实施例通过噪声来监测三相负载不平衡条件下配电变压器的状态，因此选定噪声检测点的位置对于噪声信号采集的精确度非常重要，本实施例选定噪声检测点位于配电变压器正面1/2高度、且距离配电变压器0.3m，能够准确采集配电变压器的噪声信号。

本实施例中，步骤2）中噪声信号的噪声信号特征参数具体是指奇偶次谐波比，奇偶次谐波比为变压器频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值。由于铁心的磁致伸缩以及绕组间的周期性电动力的交互作用，对于工频50Hz交流系统，配电变压器的噪声频谱主要集中在2kHz范围内的50Hz及其整数倍频率上，上述频率点的幅值变化能够反映出变压器的不同运行状态。配电变压器发生三相不平衡时或者负载电流谐波含量较高时，变压器噪声信号频谱的奇偶次谐波比，即变压器频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值，将发生变化。但负载电流谐波含量较高时变压器噪声信号频谱的奇偶次谐波比更大。因此，通过合理设置奇偶次谐波比的阈值，可以排除负载电流谐波对配电变压器三相不平衡判断结果的影响。

本实施例中，步骤3）中预设的特征参数判别阈值区间的确定步骤包括：

S1）检测配电变压器三相负载平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的平衡负载噪声信号数据集合，针对平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到平衡噪声信号特征参数集合；

S2）检测配电变压器三相负载不平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的不平衡负载噪声信号数据集合，针对不平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到不平衡噪声信号特征参数集合；

S3）计算平衡噪声信号特征参数集合中的最大值和不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值，将平衡噪声信号特征参数集合中的最大值、不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值之间的区间作为预设的特征参数判别阈值区间。

本实施例中，步骤S1）中检测配电变压器三相负载平衡运行以及步骤S2）中检测配电变压器三相负载不平衡运行具体是指通过三相电流指示仪表判断配电变压器是否处于三相负载不平衡状态。当三相电流指示仪表显示三相负载平衡时，测试不同平衡负载条件下的变压器噪声信号，构成平衡负载噪声信号数据集合；当三相电流指示仪表显示三相负载不平衡时，测试多种负载不平衡程度条件下的变压器噪声信号，构成不平衡负载噪声信号数据集合。假设s _b(i)(i=1,2,…,n)为平衡噪声信号特征参数集合中的某一个信号的特征参数值，n为集合内信号总数，s _{b_max}为平衡噪声信号特征参数集合中的最大值；假设s _u(i)(i=1,2,…,m)为不平衡噪声信号特征参数集合中的某一个信号的特征参数值，m为集合内信号总数，s _{u_max}为不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值，则预设的特征参数判别阈值区间为[s _{b_max},s _{u_max}]。

本实施例中，步骤3）中预设的声压级预警阈值的确定步骤包括：检测配电变压器三相负载平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的平衡负载噪声信号数据集合，针对平衡负载噪声信号数据集合计算声压级，将计算声压级得到的声压级最大值加上预设声压级裕量得到预设的声压级预警阈值。本实施例中，预设声压级裕量为3dB(A)。假设p _max为配电变压器额定平衡负载条件下的计算声压级得到的声压级最大值，则预设的声压级预警阈值为p _max+3dB(A)。若噪声信号的噪声信号特征参数s位于特征参数判别区间[s _{b_max},s _{u_max}]内，则认为变压器处于三相不平衡运行状态，若噪声信号的声压级超过声压级预警阈值p _max+3dB(A)，则认为变压器运行异常，否则，认为变压器运行正常。

本实施例中对某800kVA三相干式配电变压器分别进行了以下几种运行条件下的噪声测试：(1) 三相平衡负载条件下，18%、29%、50%、60%、75%额定负载的噪声测试；(2)A、C相75%额定负载，B相0%、18%、43%额定负载；(3)A、B相75%额定负载，C相0%、18%、43%额定负载。如图2所示，三相平衡负载条件下的噪声信号特征参数均小于三相不平衡负载条件下的噪声信号特征参数。最终得到平衡噪声信号特征参数集合{0.074, 0.081, 0.077, 0.078,0.090}，以及不平衡噪声信号特征参数集合{0.114, 0.128, 0.142, 0.115, 0.103,0.118}，因此预设的特征参数判别阈值区间为[0.090, 0.142]，且预设的声压级预警阈值为63.2 dB(A)。测试三相平衡负载条件下43%额定负载条件下的噪声信号，计算出特征参数与声压级分别为0.084与57.3dB(A)，0.084位于[0.090, 0.142]区间外，且57.3dB(A)<63.2 dB(A)，因此判定变压器三相负载平衡且运行正常。

本实施例三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法在具体实现时，通常是以计算机程序来实现的，其实现的三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测系统包括：

噪声信号采集程序单元，用于对运行中的配电变压器检测选定噪声检测点的噪声信号；

噪声信号处理程序单元，用于计算噪声信号的噪声信号特征参数与声压级；

变压器状态诊断程序单元，用于将噪声信号的噪声信号特征参数与声压级和预设的特征参数判别阈值区间以及预设的声压级预警阈值进行对比，若噪声信号的噪声信号特征参数位于预设的特征参数判别阈值区间内，则判定配电变压器处于三相负载不平衡运行状态，且进一步判断噪声信号的声压级是否超过预设的声压级预警阈值，如果噪声信号的声压级超过预设的声压级预警阈值则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法，其特征在于步骤包括：

1）对运行中的配电变压器检测选定噪声检测点的噪声信号；

2）计算噪声信号的噪声信号特征参数与声压级；

3）将噪声信号的噪声信号特征参数与声压级和预设的特征参数判别阈值区间以及预设的声压级预警阈值进行对比，若噪声信号的噪声信号特征参数位于预设的特征参数判别阈值区间内，则判定配电变压器处于三相负载不平衡运行状态，且进一步判断噪声信号的声压级是否超过预设的声压级预警阈值，如果噪声信号的声压级超过预设的声压级预警阈值则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常；

步骤3）中预设的特征参数判别阈值区间的确定步骤包括：

S1）检测配电变压器三相负载平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的平衡负载噪声信号数据集合，针对平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到平衡噪声信号特征参数集合；

S2）检测配电变压器三相负载不平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的不平衡负载噪声信号数据集合，针对不平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到不平衡噪声信号特征参数集合；

S3）计算平衡噪声信号特征参数集合中的最大值和不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值，将平衡噪声信号特征参数集合中的最大值、不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值之间的区间作为预设的特征参数判别阈值区间。

2.根据权利要求1所述的三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法，其特征在于：步骤1）中所述选定噪声检测点位于配电变压器正面1/2高度、且距离配电变压器0.3m。

3.根据权利要求1所述的三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法，其特征在于：步骤2）中噪声信号的噪声信号特征参数具体是指奇偶次谐波比，所述奇偶次谐波比为变压器频谱2kHz范围内50Hz奇次谐波幅值和与偶次谐波幅值和的比值。

4.根据权利要求1所述的三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法，其特征在于，步骤3）中预设的声压级预警阈值的确定步骤包括：检测配电变压器三相负载平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的平衡负载噪声信号数据集合，针对平衡负载噪声信号数据集合计算声压级，将计算声压级得到的声压级最大值加上预设声压级裕量得到预设的声压级预警阈值。

5.根据权利要求4所述的三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测方法，其特征在于：所述预设声压级裕量为3dB(A)。

6.一种三相负载不平衡条件下配电变压器噪声监测系统，其特征在于包括：

噪声信号采集程序单元，用于对运行中的配电变压器检测选定噪声检测点的噪声信号；

噪声信号处理程序单元，用于计算噪声信号的噪声信号特征参数与声压级；

变压器状态诊断程序单元，用于将噪声信号的噪声信号特征参数与声压级和预设的特征参数判别阈值区间以及预设的声压级预警阈值进行对比，若噪声信号的噪声信号特征参数位于预设的特征参数判别阈值区间内，则判定配电变压器处于三相负载不平衡运行状态，且进一步判断噪声信号的声压级是否超过预设的声压级预警阈值，如果噪声信号的声压级超过预设的声压级预警阈值则判定变压器运行异常；否则，判定变压器运行正常；

所述变压器状态诊断程序单元包括预设的特征参数判别阈值区间的确定程序单元，所述确定程序单元包括：

第一程序单元，用于检测配电变压器三相负载平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的平衡负载噪声信号数据集合，针对平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到平衡噪声信号特征参数集合；

第二程序单元，用于检测配电变压器三相负载不平衡运行时选定噪声检测点的噪声信号，得到配电变压器的不平衡负载噪声信号数据集合，针对不平衡负载噪声信号数据集合计算噪声信号特征参数，得到不平衡噪声信号特征参数集合；

第三程序单元，用于计算平衡噪声信号特征参数集合中的最大值和不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值，将平衡噪声信号特征参数集合中的最大值、不平衡噪声信号特征参数集合中的最大值之间的区间作为预设的特征参数判别阈值区间。