CN106597181B - 一种高压电力变压器运行监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种高压电力变压器运行监测系统及方法，该系统包括：电流互感器、电压互感器、电流/电压数据记录仪、信息控制器、信息处理器、终端设备接口、电源和监测柜，其中，电流互感器和电压互感器的一端分别与三绕组变压器三侧电连接，另一端与电流/电压数据记录仪电连接，电流/电压数据记录仪的输出端与信息控制器的输入端电连接，信息控制器的输出端与信息处理器的输入端电连接，信息处理器的输出端与终端设备接口电连接。本发明基于电能质量指标分析和评估机制，能够实时监测高压电力变压器的运行状态，即时反馈状态信息，便于对变压器进行检查维修和故障排除。

Description

一种高压电力变压器运行监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种监测系统及方法，特别是涉及一种应用于三绕组变压器的高压电力变压器运行监测系统及方法。

背景技术

高压电力变压器是发电厂和变电站的重要设备，其运行过程直接影响电力的输送，因而对电力变压器运行监测尤为重要。电网运行监测就是通过测量和分析故障后电网中电流、电压等电气量以及保护和断路器动作的开关量变化信息，识别故障元件。良好的监测策略和故障排查方法对于缩短故障时间，防止事故扩大具有重要意义。最理想的监测指标是依据电能质量进行监测。

目前针对高压电力变压器的运行监测主要是依靠故障录波装置，这种装置可在电力系统发生故障(如线路短路、接地等，以及系统过电压、负荷不平衡等)时，自动地记录电力系统故障前、后过程的各种电气量(主要指数字量，比如电压值、电流值、频率、阻抗以及电容等等)的变化情况，通过对这些电气量变化情况的分析、比较，确定高压电力变压器的运行情况，从而确定高压电力变压器是否发生故障。

但是故障录波装置主要以事后分析为主，缺乏预警分析机制，且设备采购成本高，数据传输不方便。

此外，目前的电力电压监测研究主要是从振动、油温、接地电压等方面进行，这些指标在高压电力变压器中对电能质量影响较小，而对于故障穿越电流、涌流、暂态过电压、谐波电压等较为重要的指标却没有提出系统性的监测方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种高压电力变压器运行监测系统及方法，应用于三绕组变压器，基于电能质量指标分析、评估机制，解决现有技术中对于故障穿越电流、涌流、暂态过电压、谐波电压等重要指标缺乏系统性的监测方法，以及在监测信息反馈渠道方面缺乏有效、及时的传输方式和信息数据处理、评估和展示机制，无法实时在线监测等问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种高压电力变压器运行监测系统，应用于三绕组变压器9，包括：

电流互感器1、电压互感器2、电流/电压数据记录仪3、信息控制器4、信息处理器5、终端设备接口6、电源7和监测柜8，其中，

所述电流互感器1和所述电压互感器2的一端分别与所述三绕组变压器9三侧电连接，另一端与所述电流/电压数据记录仪3电连接，所述电流/电压数据记录仪3的输出端303与所述信息控制器4的输入端405电连接，所述信息控制器4的输出端406与所述信息处理器5的输入端501电连接，所述信息处理器5的输出端502与所述终端设备接口6电连接；

所述电源7分别与所述电流/电压数据记录仪3、信息控制器4和信息处理器5并联；

所述电流互感器1、电压互感器2、电流/电压数据记录仪3、信息控制器4、信息处理器5、终端设备接口6、电源7设置于所述监测柜8中。

第二方面，本发明实施例提供了一种高压电力变压器运行监测方法，包括：

采集稳态电流/电压数据，通过监测电流/电压突变量触发记录暂态电流/电压突变事件数据和暂态波形数据，其中，所述电流突变量是半周波电流有效值大于2倍变压器额定电流、电流有效值由0开始突变、2次谐波电流含有率或4次谐波电流含有率大于1％中的一种，所述电压突变量是半周波电压有效值大于变压器额定电压的1.2倍、负序电压含有率大于4％、电压有效值低于额定电压的80％、谐波电压总畸变率大于预设值中的一种；

对所述稳态电流/电压数据、暂态电流/电压突变事件数据和暂态波形数据进行记录、整理和区分；

若记录的半周波电流有效值大于2倍变压器额定电流且电压有效值低于额定电压的80％，则将记录的最大故障相电流瞬时值与对应断路器的遮断容量做除法运算，判断最大故障相电流瞬时值与对应断路器的遮断容量的比值范围为高、中、低中的一种；

若记录的电流有效值由0开始突变，则分析每一次涌流中的2次谐波电流含有率和4次谐波电流含有率的变化趋势，判断涌流中谐波电流变化趋势为高或低；

若记录的半周波电压有效值大于变压器额定电压的1.2倍，则依据电压波形分析过电压的原因，判断是操作过电压或雷电过电压；

监测谐波电压畸变情况，判断记录的谐波电压总畸变率是否大于预设值；

将上述判断结果整合，根据已达到或超过预警值的信息生成报警信息；

将所述报警信息传递给移动终端和网络平台并生成报警记录日志。

本发明实施例提供的高压电力变压器运行监测系统可以包括以下有益效果：本发明中，电流互感器和电压互感器的信号采集操作协同并行，同时采集高压电力变压器三侧的电流和电压信号，不仅能够有效提高系统运行效率，而且还有助于减小后续测量误差，使数据信息更准确；电流/电压数据记录仪既监测稳态电流/电压数据，又记录暂态电流/电压突变事件数据，并且所监测的信息基于电能质量指标，具有准确性高，信息详细的特点；在信息控制器中，针对4种故障指标设置了故障电流穿越评估模块、涌流评估模块、暂态过电压评估模块和谐波电压评估模块，对故障指标进行全面系统的分析，符合系统性需求；信息处理器通过终端设备接口与终端设备连接，能够实现有线和无线数据传输，及时地反馈报警信息，便于对高压电力变压器进行维护、故障排除和检查维修等工作过程，尤其是在现场作业的过程中，工作人员能够实时地监测高压电力变压器的运行状态。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种高压电力变压器运行监测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种高压电力变压器运行监测系统的框架图；

图3是本发明实施例提供的一种高压电力变压器运行监测方法的流程图。

图1中，符号表示：

1-电流互感器，2-电压互感器，3-电流/电压数据记录仪，4-信息控制器，5-信息处理器，6-终端设备接口，7-电源，8-监测柜，9-变压器，301-电流数据采集卡，302-电压数据采集卡，303-电流/电压数据记录仪的输出端，401-故障电流穿越评估模块，402-涌流评估模块，403-暂态过电压评估模块，404-谐波电压评估模块，405-信息控制器的输入端，406-信息控制器的输出端，501-信息处理器的输入端，502-信息处理器的输出端。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种高压电力变压器运行监测系统的结构示意图，该系统包括：电流互感器1、电压互感器2、电流/电压数据记录仪3、信息控制器4、信息处理器5、终端设备接口6、电源7和监测柜8。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种高压电力变压器运行监测系统的框架图。

电流互感器1和电压互感器2的一端分别与三绕组变压器9的高压侧、中压侧和低压侧电连接，用于以一定的时间周期连续采集变压器9三侧的稳态电流和稳态电压，并在变压器9运行出现异常时，采集变压器9的暂态电流和暂态电压，三组信号可以有效较少测量误差，使数据信息更准确。电流互感器1和电压互感器2将采集的稳态电流、稳态电压、暂态电流和暂态电压等数据信息传递给电流/电压数据记录仪3。

电流互感器1和电压互感器2的另一端分别与电流/电压数据记录仪3电连接，电流/电压数据记录仪3包括电流数据采集卡301和电压数据采集卡302，电流数据采集卡301与电流互感器1电连接，用于将电流互感器1采集的变压器9三侧的稳态电流以及暂态电流进行记录和整理；电压数据采集卡302与电压互感器2电连接，用于将电压互感器2采集的变压器9三侧的稳态电压以及暂态电压进行记录和整理，电流/电压数据记录仪3将电流数据采集卡301和电压数据采集卡302整理后的稳态电流、稳态电压、暂态电流和暂态电压等数据信息通过输出端303传递给信息控制器。

信息控制器4的输入端405与电流/电压数据记录仪3的输出端303电连接，信息控制器4包括主控板以及集成在主控板上的4个模块，包括故障电流穿越评估模块401、涌流评估模块402、暂态过电压评估模块403和谐波电压评估模块404，其中，

故障电流穿越评估模块401用于接收电流/电压数据记录仪3记录的半周波电流有效值大于2倍变压器额定电流且电压有效值低于额定电压80％的数据信息，并将此数据信息中的最大故障相电流瞬时值与对应断路器的遮断容量做除法运算，将运算值定位在高、中、低三个等级中的一个，并生成故障电流穿越评估指标数据信息，然后将故障电流穿越评估指标数据信息通过信息控制器4的输出端406传递给信息处理器5。

涌流评估模块402用于接收电流有效值由0开始突变的数据信息，并分析此数据信息中每一次涌流中的2次谐波电流含有率和4次谐波电流含有率的变化趋势，将变化趋势确定为高或低，并生成涌流评估数据信息，然后将涌流评估数据信息通过信息控制器4的输出端406传递给信息处理器5。

暂态过电压评估模块403用于接收半周波电压有效值大于变压器额定电压的1.2倍的数据信息，根据数据信息中的电压波形分析过电压的原因，判断是操作过电压或雷电过电压，并生成暂态过电压评估数据信息，然后将暂态过电压评估数据信息通过信息控制器4的输出端406传递给信息处理器5。

谐波电压评估模块404用于统计数据信息中一个统计周期内谐波电压的总畸变率，将总畸变率与预设值作比较，根据比较确定总畸变率为高或正常，并生成谐波电压评估数据信息，然后将谐波电压数据信息通过信息控制器4的输出端406传递给信息处理器5。

信息处理器5的输入端501与信息控制器4的输出端406电连接，另外，信息处理器5还与监测系统中的开关和报警装置电连接，开关用于控制监测系统的打开和关闭，报警装置用于在信息处理器5接收到故障信息时发出警报以提醒工作人员或检修人员。信息处理器5用于接收信息控制器4中各个模块传递的评估数据信息，并根据评估数据信息判断是否生成报警，若生成报警，则将报警信息通过输出端502和终端设备接口6传递给移动终端和网络平台并生成报警记录日志。

电源7分别与电流/电压数据记录仪3、信息控制器4和信息处理器5并联为其提供电力，电流互感器1、电压互感器2、电流/电压数据记录仪3、信息控制器4、信息处理器5、终端设备接口6、电源7设置于监测柜8中，便于对其进行管理和维护，此外，监测柜8还设置有接地线，防止工作人员或检修人员在操作过程中发生触电事故。

本发明实施例提供的高压电力变压器运行监测系统中，电流互感器1和电压互感器2的信号采集操作协同并行，同时采集高压电力变压器9三侧的电流和电压信号，不仅能够有效提高系统运行效率，而且还有助于减小后续测量误差，使数据信息更准确；电流/电压数据记录3仪既监测稳态电流/电压数据，又记录暂态电流/电压突变事件数据，并且所监测的信息基于电能质量指标，具有准确性高，信息详细的特点；在信息控制器4中，针对4种故障指标设置了故障电流穿越评估模块401、涌流评估模块402、暂态过电压评估模块403和谐波电压评估模块404，对故障指标进行全面系统的分析，符合系统性需求；信息处理器5通过终端设备接口6与终端设备连接，能够实现有线和无线数据传输，及时地反馈报警信息，便于对高压电力变压器进行维护、故障排除和检查维修等工作过程，尤其是在现场作业的过程中，工作人员能够实时地监测高压电力变压器9的运行状态。

与本发明实施例提供的一种高压电力变压器运行监测系统相对应，本发明实施例还提供了一种高压电力变压器运行监测方法。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种高压电力变压器运行监测方法的流程图，该方法包括：

步骤S100中，以不低于3分钟的时间周期连续采集变压器高压侧、中压侧和低压侧的稳态电流/电压数据，通过监测电流/电压突变量触发记录暂态电流/电压突变事件数据和暂态波形数据，其中，暂态电流/电压突变事件数据的采样率不低于64点/周波。

步骤S200中，对稳态电流/电压数据、暂态电流/电压突变事件数据和暂态波形数据进行记录、整理和区分，其中，暂态波形数据的记录至少为电流/电压突变前10个周波至电流/电压突变后100个周波的数据长度。

触发记录暂态电流突变事件数据和暂态波形数据的电流突变量是半周波电流有效值大于2倍变压器额定电流、电流有效值由0开始突变、2次谐波电流含有率或4次谐波电流含有率大于1％中的一种。

触发记录暂态电压突变事件数据和暂态波形数据的电压突变量是半周波电压有效值大于变压器额定电压的1.2倍、负序电压含有率大于4％、电压有效值低于额定电压的80％、谐波电压总畸变率大于预设值中的一种。

对稳态电流/电压数据、暂态电流/电压突变事件数据和暂态波形数据进行分析判断，包括对数据中的故障相电流分析判断、涌流分析判断、过电压分析判断和谐波电压分析判断，步骤S301中，若记录的半周波电流有效值大于2倍变压器额定电流且电压有效值低于额定电压的80％，则将记录的最大故障相电流瞬时值与对应断路器的遮断容量做除法运算，判断最大故障相电流瞬时值与对应断路器的遮断容量的比值范围，如果比值小于0.6，则判定为低；如果比值处于0.6-0.9之间，则判定为中；如果比值大于0.9，则判定为高。

步骤S302中，若电流有效值是由0开始突变，则分析每一次涌流中的2次谐波电流含有率和4次谐波电流含有率的变化趋势，判断涌流中谐波电流的变化趋势，若变化趋势为大，则判定为高；若变化趋势为小，则判定为低。

步骤S303中，若半周波电压有效值大于电压器额定电压的1.2倍，则依据电压波形分析并判断过电压的原因，如果电压波形为操作过电压波形，则判定为操作过电压；如果电压波形为雷电过电压波形，则判定为雷电过电压。

步骤S304中，以24小时为一个统计周期，监测谐波电压的畸变率，比较并判断谐波电压总畸变率与GB/T14549-1993所规定的限值的大小，若谐波电压总畸变率大于所规定的限值，则判定为高；若谐波电压总畸变率小于或等于所规定的限值，则判定为正常。

步骤S400中，将上述判断结果整合，根据已达到或超过预警值的信息生成报警信息，通过设置报警装置生成警报对工作人员和检修人员进行提醒。

步骤S500中，将报警信息传递给移动终端和网络平台并生成报警记录日志，工作人员和检修人员可以通过手机、平板电脑等移动设备对报警信息进行查看，便于对变压器进行维护以及故障排除等工作过程，尤其是在现场作业时，检修人员和工作人员能够实时监测变压器的运行状态。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高压电力变压器运行监测系统，应用于三绕组变压器(9)，其特征在于，包括：电流互感器(1)、电压互感器(2)、电流/电压数据记录仪(3)、信息控制器(4)、信息处理器(5)、终端设备接口(6)、电源(7)和监测柜(8)，其中，

所述电流互感器(1)和所述电压互感器(2)的一端分别与所述三绕组变压器(9)三侧电连接，另一端与所述电流/电压数据记录仪(3)电连接，所述电流/电压数据记录仪(3)的输出端(303)与所述信息控制器(4)的输入端(405)电连接，所述信息控制器(4)的输出端(406)与所述信息处理器(5)的输入端(501)电连接，所述信息处理器(5)的输出端(502)与所述终端设备接口(6)电连接；

所述电源(7)分别与所述电流/电压数据记录仪(3)、信息控制器(4)和信息处理器(5)并联；

所述电流互感器(1)、电压互感器(2)、电流/电压数据记录仪(3)、信息控制器(4)、信息处理器(5)、终端设备接口(6)、电源(7)设置于所述监测柜(8)中；

所述信息控制器(4)包括主控板以及集成于所述主控板上的故障电流穿越评估模块(401)、涌流评估模块(402)、暂态过电压评估模块(403)和谐波电压评估模块(404)；

故障电流穿越评估模块(401)用于接收电流/电压数据记录仪(3)记录的半周波电流有效值大于二倍变压器额定电流且电压有效值低于额定电压80％的数据信息，并将此数据信息中的最大故障相电流瞬时值与对应断路器的遮断容量做除法运算，将运算值定位在高、中、低三个等级中的一个，并生成故障电流穿越评估指标数据信息，然后将故障电流穿越评估指标数据信息通过信息控制器(4)的输出端(406)传递给信息处理器(5)；

涌流评估模块(402)用于接收电流有效值由零开始突变的数据信息，并分析此数据信息中每一次涌流中的二次谐波电流含有率和四次谐波电流含有率的变化趋势，将变化趋势确定为高或低，并生成涌流评估数据信息，然后将涌流评估数据信息通过信息控制器(4)的输出端(406)传递给信息处理器(5)；

暂态过电压评估模块(403)用于接收半周波电压有效值大于变压器额定电压的1.2倍的数据信息，根据数据信息中的电压波形分析过电压的原因，判断是操作过电压或雷电过电压，并生成暂态过电压评估数据信息，然后将暂态过电压评估数据信息通过信息控制器(4)的输出端(406)传递给信息处理器(5)；

谐波电压评估模块(404)用于统计数据信息中一个统计周期内谐波电压的总畸变率，将总畸变率与预设值作比较，根据比较确定总畸变率为高或正常，并生成谐波电压评估数据信息，然后将谐波电压数据信息通过信息控制器(4)的输出端(406)传递给信息处理器(5)。

2.根据权利要求1所述的高压电力变压器运行监测系统，其特征在于，所述电流/电压数据记录仪(3)包括电流数据采集卡(301)和电压数据采集卡(302)；

所述电流数据采集卡(301)与所述电流互感器(1)电连接，所述电压数据采集卡(302)与所述电压互感器(2)电连接。

3.根据权利要求1所述的高压电力变压器运行监测系统，其特征在于，所述高压电力变压器运行监测系统还包括报警装置；

所述报警装置与所述信息处理器(5)电连接。

4.根据权利要求3所述的高压电力变压器运行监测系统，其特征在于，所述高压电力变压器运行监测系统还包括开关；

所述开关与所述信息处理器(5)电连接。

5.根据权利要求1所述的高压电力变压器运行监测系统，其特征在于，所述监测柜(8)设置有接地线。

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