CN106501608A - 一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置。包括绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块、系统调整参数配置模块，所述绕组数自动配置模块根据变压器绕组数的不同，确定系统调整参数；所述精度自动补偿模块根据PT、CT采集装置的精度，进行精度补偿；所述系统调整参数配置模块根据绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块的输出结果，进行处理，实现电抗计算过程的误差补偿及谐波消除。本发明能够处理110KV及以上变压器运行环境中的各种工况及状态，并对信号进行各种处理，去伪存真，提高测试精度，为设备开发提供更加理想的基础信号。

Description

一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置

技术领域

本发明属于电力设备状态检测领域，具体涉及到对110KV及以上电压等级的变压器绕组运行中变压器绕组电抗在线测量进行信号预处理的方法，特别是一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置。

背景技术

目前对变压器运行中的绕组状态监测，缺乏一种成熟可靠的检测方法。同时不同厂家变压器在结构、绕组数目、铁芯与绕组布局关系、材料、工艺等方面有很大的差异。甚至是同一个厂家的不同系列也存在很大的区别。经过检索，国内还没有发现专门用来测量不同结构及器型变压器绕组在线电抗值的检测方法或设备，更谈不上具备投入到市场的稳定可靠检测系统。

在和南网及国网的一线技术人员沟通过程中，他们均提到，由于目前没有专用的绕组状态在线测试系统，无法实时把握绕组状态，只能做事后检测或定期的FRA检测。给日常工作带来很大的不便。实时掌握绕组的运行状态，做到及早预防，避免事故发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置，能够处理110KV及以上变压器运行环境中的各种工况及状态，并对信号进行各种处理，去伪存真，提高测试精度，为设备开发提供更加理想的基础信号。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置，包括绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块、系统调整参数配置模块，所述绕组数自动配置模块根据变压器绕组数的不同，确定系统调整参数；所述精度自动补偿模块根据PT、CT采集装置的精度，进行精度补偿；所述系统调整参数配置模块根据绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块的输出结果，进行处理，实现电抗计算过程的误差补偿及谐波消除。

在本发明一实施例中，所述组数自动配置模块包括2绕组、3绕组自动匹配功能，以确定采用2绕组、3绕组补偿方式。

在本发明一实施例中，还包括一用于将采集数据调理后传输给绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块、系统调整参数配置模块处理的信号调理模块，该信号调理模块包括低通滤波电路、倍频电路、A/D转换电路、过零比较电路、DSP处理器、电压隔离变换电路、电流隔离变换电路、CPLD，所述PT、CT采集装置分别经电压隔离变换电路、电流隔离变换电路与低通滤波电路连接，并经A/D转换电路与DSP处理器连接，所述电压隔离变换电路还经过零比较电路、CPLD连接至DSP处理器，所述CPLD还与所述倍频电路、A/D转换电路连接，所述倍频电路还连接至DSP处理器。

在本发明一实施例中，所述信号调理模块还包括与DSP处理器连接的告警电路、液晶显示电路、RS232接口、数据存储器和MAX1232。

在本发明一实施例中，该装置具体补偿方式如下，

S1：用户通过装置输入包括绕组数、PT、CT采集精度的变压器铭牌参数；

S2：根据用户输入参数、启动包括PT、CT采集装置；

S3：根据用户输入参数及包括PT、CT采集装置采集数据采用如下方式进行电抗值计算；

(1)对于双绕组变压器，有

其中，X_k为理论电抗值，h为绕组高度，L_k为漏电感参数，ρ为洛氏系数，f为电流频率，n为绕组匝数；R1为高压绕组外壁与高压侧本体内壁距离，R2为低压绕组中心线与高压侧本体内壁距离，r1为高压绕组中心线与高压侧本体内壁距离，r2为低压绕组外壁与高压侧本体内壁距离，r12为本体内半径，a1为高压绕组半径，a2为低压绕组半径，a12为高压绕组与低压绕组之间的距离；

由于变压器在遭受短路冲击或者碰撞发产变形时会引起绕组的形状变化，而造成变压器的相关参数∑D和h均可能发生变化，由此造成计算出的电抗值出现误差，因此采用下式进行校正，

X’_k＝X_k+Ae^x+Blny+C/Z+DM²+EN+F

其中，A为功率因数系数，x为与A对应的匹配系数，B为变压器功率系数，y为与B对应的匹配系数，C为3相不均衡系数，Z为与C对应的匹配系数，D为PT、CT精度等级系数，M为与D对应的匹配系数，E为材料类型系数，N为与E对应的匹配系数，F为电压等级系数；

根据步骤S1、S2的用户输入参数、采集数据按照系统内置专家库即可获得上述系数，进而获得实际电抗值X’_k；

(2)对于三绕组变压器，有

根据变压器结构原理，三绕组类似2个双绕组的并联，因此在计算公式上，采用双绕组公式为基础，并结合时间序列模型进行了处理；时间序列模型如下，

其中，x_t-1,…,x₁是前t-1个序列值

AR(m)模型，模型收敛于m阶，

表示自回归部分拟合系数，可通过时间序列自相关函数序列矩估计计算；

a_t是一个序列长度为m，均值为0的白噪声序列。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明能够处理110KV及以上变压器运行环境中的各种工况及状态，并对信号进行各种处理，去伪存真，提高测试精度，为设备开发提供更加理想的基础信号。

附图说明

图1是双绕组及三绕组的接线方式。

图2是三绕组变压器等效电路图及基本参数。

图3是信号调理模块。

图4是低通滤波图。

图5是放大电路图。

图6是变压器绕组状态在线监测系统结构框图。

图7是双绕组电压器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1-6所示，本发明的一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置，包括绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块、系统调整参数配置模块，所述绕组数自动配置模块根据变压器绕组数的不同，确定系统调整参数；所述精度自动补偿模块根据PT、CT采集装置的精度，进行精度补偿；所述系统调整参数配置模块根据绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块的输出结果，进行处理，实现电抗计算过程的误差补偿及谐波消除。

所述绕组数自动配置模块包括2绕组、3绕组自动匹配功能，以确定采用2绕组、3绕组补偿方式；本发明中FPGA及DSP实现该模块功能，如图6所示，FPGA主要负责AD芯片的时序逻辑控制以及为各模块提供工作时钟，3片模数转换芯片在FPGA的控制下有序的对外部信号进行数据采集，同时FPGA将采集到的数据存入在内部开辟的FIFO中。而DSP主要负责从FIFO中对采集到的数据进行读取，同时进行相关数据处理，进而使各种绕组状态判断算法得以实现，此外DSP还承担着对上位机通讯的任务。FPGA与DSP是整个系统的灵魂，他们负责整套系统的数据采集与处理，因此对他们的选取关系着整个系统的性能。FPGA与DSP还用于实现精度自动补偿模块、系统调整参数配置模块的功能。

如图3-5所示，本发明还包括一用于将采集数据调理后传输给绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块、系统调整参数配置模块处理的信号调理模块，该信号调理模块包括低通滤波电路、倍频电路、A/D转换电路、过零比较电路、DSP处理器、电压隔离变换电路、电流隔离变换电路、CPLD，所述PT、CT采集装置分别经电压隔离变换电路、电流隔离变换电路与低通滤波电路连接，并经A/D转换电路与DSP处理器连接，所述电压隔离变换电路还经过零比较电路、CPLD连接至DSP处理器，所述CPLD还与所述倍频电路、A/D转换电路连接，所述倍频电路还连接至DSP处理器。

在本发明一实施例中，所述信号调理模块还包括与DSP处理器连接的告警电路、液晶显示电路、RS232接口、数据存储器和MAX1232。

本发明的电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置的具体补偿方式如下，

S1：用户通过装置输入包括绕组数、PT、CT采集精度的变压器铭牌参数；

S2：根据用户输入参数、启动包括PT、CT采集装置；

S3：根据用户输入参数及包括PT、CT采集装置采集数据采用如下方式进行电抗值计算；

(1)如图7所示，对于双绕组变压器，有

其中，X_k为理论电抗值，h为绕组高度，L_k为漏电感参数，ρ为洛氏系数，f为电流频率，n为绕组匝数；R1为高压绕组外壁与高压侧本体内壁距离，R2为低压绕组中心线与高压侧本体内壁距离，r1为高压绕组中心线与高压侧本体内壁距离，r2为低压绕组外壁与高压侧本体内壁距离，r12为本体内半径，a1为高压绕组半径，a2为低压绕组半径，a12为高压绕组与低压绕组之间的距离；

由于变压器在遭受短路冲击或者碰撞发产变形时会引起绕组的形状变化，而造成变压器的相关参数∑D和h均可能发生变化，由此造成计算出的电抗值出现误差，因此采用下式进行校正，

X’_k＝X_k+Ae^x+Blny+C/Z+DM²+EN+F

其中，A为功率因数系数，x为与A对应的匹配系数，B为变压器功率系数，y为与B对应的匹配系数，C为3相不均衡系数，Z为与C对应的匹配系数，D为PT、CT精度等级系数，M为与D对应的匹配系数，E为材料类型系数，N为与E对应的匹配系数，F为电压等级系数；

根据步骤S1、S2的用户输入参数、采集数据按照系统内置专家库即可获得上述系数，进而获得实际电抗值X’_k；

(2)对于三绕组变压器，有

根据变压器结构原理，三绕组类似2个双绕组的并联，因此在计算公式上，采用双绕组公式为基础，并结合时间序列模型进行了处理；时间序列模型如下，

其中，x_t-1,…,x₁是前t-1个序列值

AR(m)模型，模型收敛于m阶，

表示自回归部分拟合系数，可通过时间序列自相关函数序列矩估计计算；

a_t是一个序列长度为m，均值为0的白噪声序列。

在三绕组时候，有中压端。采集信号都是进线的PT，CT输入信号。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置，其特征在于：包括绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块、系统调整参数配置模块，所述绕组数自动配置模块根据变压器绕组数的不同，确定系统调整参数；所述精度自动补偿模块根据PT、CT采集装置的精度，进行精度补偿；所述系统调整参数配置模块根据绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块的输出结果，进行处理，实现电抗计算过程的误差补偿及谐波消除。

2.根据权利要求1所述的一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置，其特征在于：所述组数自动配置模块包括2绕组、3绕组自动匹配功能，以确定采用2绕组、3绕组补偿方式。

3.根据权利要求1所述的一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置，其特征在于：还包括一用于将采集数据调理后传输给绕组数自动配置模块、精度自动补偿模块、系统调整参数配置模块处理的信号调理模块，该信号调理模块包括低通滤波电路、倍频电路、A/D转换电路、过零比较电路、DSP处理器、电压隔离变换电路、电流隔离变换电路、CPLD，所述PT、CT采集装置分别经电压隔离变换电路、电流隔离变换电路与低通滤波电路连接，并经A/D转换电路与DSP处理器连接，所述电压隔离变换电路还经过零比较电路、CPLD连接至DSP处理器，所述CPLD还与所述倍频电路、A/D转换电路连接，所述倍频电路还连接至DSP处理器。

4.根据权利要求3所述的一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置，其特征在于：所述信号调理模块还包括与DSP处理器连接的告警电路、液晶显示电路、RS232接口、数据存储器和MAX1232。

5.根据权利要求1所述的一种电抗测量过程中的误差补偿及谐波消除装置，其特征在于：该装置具体补偿方式如下，

S1：用户通过装置输入包括绕组数、PT、CT采集精度的变压器铭牌参数；

S2：根据用户输入参数、启动包括PT、CT采集装置；

S3：根据用户输入参数及包括PT、CT采集装置采集数据采用如下方式进行电抗值计算；

(1)对于双绕组变压器，有

$X_k=2{\mathrm{\πfL}}_k=\frac{49.6{\mathrm{fn}}^2\mathrm{\ρ}}{h\×{10}^8}\mathrm{\Σ}D$

$\mathrm{\Σ}D=\frac{1}{3}{a}_1(R_1+\frac{3}{4}{a}_1)+\frac{1}{3}(R_2-\frac{3}{4}{a}_2)+a_{12}(R_1+a_1+\frac{1}{2}{a}_{12})\≈\frac{1}{3}{a}_1{r}_1+\frac{1}{3}{a}_2{r}_2+a_{12}{r}_{12}$

其中，X_k为理论电抗值，h为绕组高度，L_k为漏电感参数，ρ为洛氏系数，f为电流频率，n为绕组匝数；R1为高压绕组外壁与高压侧本体内壁距离，R2为低压绕组中心线与高压侧本体内壁距离，r1为高压绕组中心线与高压侧本体内壁距离，r2为低压绕组外壁与高压侧本体内壁距离，r12为本体内半径，a1为高压绕组半径，a2为低压绕组半径，a12为高压绕组与低压绕组之间的距离；

由于变压器在遭受短路冲击或者碰撞发产变形时会引起绕组的形状变化，而造成变压器的相关参数∑D和h均可能发生变化，由此造成计算出的电抗值出现误差，因此采用下式进行校正，

X’_k＝X_k+Ae^x+Blny+C/Z+DM²+EN+F

其中，A为功率因数系数，x为与A对应的匹配系数，B为变压器功率系数，y为与B对应的匹配系数，C为3相不均衡系数，Z为与C对应的匹配系数，D为PT、CT精度等级系数，M为与D对应的匹配系数，E为材料类型系数，N为与E对应的匹配系数，F为电压等级系数；

根据步骤S1、S2的用户输入参数、采集数据按照系统内置专家库即可获得上述系数，进而获得实际电抗值X’_k；

(2)对于三绕组变压器，有

根据变压器结构原理，三绕组类似2个双绕组的并联，因此在计算公式上，采用双绕组公式为基础，并结合时间序列模型进行了处理；时间序列模型如下，

其中，x_t-1,…,x₁是前t-1个序列值

AR(m)模型，模型收敛于m阶，

表示自回归部分拟合系数，可通过时间序列自相关函数序列矩估计计算；

a_t是一个序列长度为m，均值为0的白噪声序列。