CN107807288B - 变压器直流偏磁在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了变压器直流偏磁在线监测系统，包括直流偏磁监测装置、集中显示控制装置和后台服务器，集中显示控制装置一端与直流偏磁监测装置无线连接，另一端与后台服务器无线连接；直流偏磁监测装置用于采集变压器的直流偏磁监测数据并发送至集中显示控制装置，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的集中显示控制装置对直流偏磁监测装置发送的直流偏磁监测数据进行汇总后就地显示，并将直流偏磁监测数据上传到后台服务器，后台服务器对变压器的直流偏磁情况进行监测。本发明易于拆装和检修，检修时无需断开接地排，对系统安全无影响，且能够适用于接地排周边空间受限的情况；数据传输均采用无线方式，从而减轻了布线的麻烦。
Description
技术领域
本发明涉及变压器监测领域，具体涉及变压器直流偏磁在线监测系统。
背景技术
近年来，随着越来越多的直流输电线路投入运行，直流输电在单极大地回路和双极不平衡运行方式下对交流变压器影响的问题日益突显：会造成变压器振动和噪声明显增大、铁芯发热、谐振等问题，影响变压器寿命和安全生产。监测和研究变压器的直流偏磁状况从而解决其对变压器的影响，已经成为越来越多专家学者的共识。
发明内容
针对上述问题，本发明提供变压器直流偏磁在线监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种变压器直流偏磁在线监测系统，包括直流偏磁监测装置、集中显示控制装置和后台服务器，集中显示控制装置一端与直流偏磁监测装置无线连接，另一端与后台服务器无线连接；直流偏磁监测装置用于采集变压器的直流偏磁监测数据并发送至集中显示控制装置，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的集中显示控制装置对直流偏磁监测装置发送的直流偏磁监测数据进行汇总后就地显示，并将直流偏磁监测数据上传到后台服务器，后台服务器对变压器的直流偏磁情况进行监测。
优选地，所述的后台服务器包括：
实时监控模块，用于快速浏览所有设备当天的电流曲线、设备通讯状态、设备电流是否越限；
历史曲线模块，用于查看设备某一时间段的历史曲线图；
数据浏览模块，用于详细查看某一设备的所有信息；
历史事件模块，用于查看所有设备的历史事件记录；
设置模块，用于设置设备通用参数；
设备模块，用于新增、修改、删除设备；
用户模块，用于添加、修改或者删除用户信息，设置用户访问权限。
优选地，集中显示控制装置安装于没有设备的柱子上。
优选地，所述直流偏磁监测装置包括用于采集直流偏磁监测数据的传感器节点、对直流偏磁数据进行收集及融合的簇头节点和汇聚融合后的直流偏磁数据的汇聚节点，每个电压器部署多个传感器节点，每个变压器上的传感器节点构成一个簇，并为每个簇分配一个簇头节点，簇头节点收集簇内传感器节点的直流偏磁数据，并将收集的直流偏磁数据发送至汇聚节点，汇聚节点通过无线网络将汇聚的直流偏磁数据发送至集中显示控制器。
优选地，传感器节点设置于安装箱内，安装箱安装在被测接地排的柱子上，被测接地排从安装箱的中心穿过；所述的安装箱包括箱体前盖和箱体后盖，箱体前盖和箱体后盖通过螺丝紧固连接，箱体后盖通过卡箍安装在被测接地排的柱子上。
优选地，所述的传感器节点包括霍尔传感器、三轴振动传感器、温度传感器和噪声传感器。
本发明的有益效果为：对变压器进行实时监测，保障了变压器的可靠运行；利用无线传感器网络进行监测，减轻了布线的麻烦，使得设置直流偏磁监测装置、集中显示控制装置易于拆装和检修，检修时无需断开接地排，对系统安全无影响，且能够适用于接地排周边空间受限的情况。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明一个实施例的结构连接示意图；
图2本发明一个实施例的传感器节点的安装示意图。
附图标记：
直流偏磁监测装置1、集中显示控制装置2、后台服务器3。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供的变压器直流偏磁在线监测系统，包括直流偏磁监测装置、集中显示控制装置和后台服务器，集中显示控制装置一端与直流偏磁监测装置无线连接，另一端与后台服务器无线连接；直流偏磁监测装置用于采集变压器的直流偏磁监测数据并发送至集中显示控制装置，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的集中显示控制装置对直流偏磁监测装置发送的直流偏磁监测数据进行汇总后就地显示，并将直流偏磁监测数据上传到后台服务器，后台服务器对变压器的直流偏磁情况进行监测。
其中，所述的后台服务器包括：
实时监控模块，用于快速浏览所有设备当天的电流曲线、设备通讯状态、设备电流是否越限；
历史曲线模块，用于查看设备某一时间段的历史曲线图；
数据浏览模块，用于详细查看某一设备的所有信息；
历史事件模块，用于查看所有设备的历史事件记录；
设置模块，用于设置设备通用参数；
设备模块，用于新增、修改、删除设备；
用户模块，用于添加、修改或者删除用户信息，设置用户访问权限。
优选地，集中显示控制装置安装于没有设备的柱子上。
优选地，所述直流偏磁监测装置包括用于采集直流偏磁监测数据的传感器节点、对直流偏磁数据进行收集及融合的簇头节点和汇聚融合后的直流偏磁数据的汇聚节点，每个电压器部署多个传感器节点，每个变压器上的传感器节点构成一个簇，并为每个簇分配一个簇头节点，簇头节点收集簇内传感器节点的直流偏磁数据，并将收集的直流偏磁数据发送至汇聚节点，汇聚节点通过无线网络将汇聚的直流偏磁数据发送至集中显示控制器。
其中，如图2所示，传感器节点设置于安装箱内，安装箱安装在被测接地排的柱子上，被测接地排从安装箱的中心穿过；所述的安装箱包括箱体前盖和箱体后盖，箱体前盖和箱体后盖通过螺丝紧固连接，箱体后盖通过卡箍安装在被测接地排的柱子上。
其中，所述的传感器节点包括霍尔传感器、三轴振动传感器、温度传感器和噪声传感器。
本发明上述实施例对变压器进行实时监测，保障了变压器的可靠运行；利用无线传感器网络进行监测，减轻了布线的麻烦，使得设置直流偏磁监测装置、集中显示控制装置易于拆装和检修，检修时无需断开接地排，对系统安全无影响，且能够适用于接地排周边空间受限的情况。
优选地，初始化时，各传感器节点通过广播初始化消息建立自身的邻居节点列表。传感器节点与所在簇的簇头节点为多跳距离时，传感器节点在其邻居节点列表中选择一个邻居节点作为下一跳节点进行直流偏磁监测数据传输，具体包括：
(1)确定邻居节点列表中各邻居节点的选择概率，定义选择概率的计算公式为：
式中，Hij(k)表示在当前时刻k时传感器节点i在其邻居节点列表中选择邻居节点j作为下一跳节点进行直流偏磁监测数据传输的概率，Pij(k)表示j在当前时刻k时的剩余能量，Pu(k)为传感器节点i的邻居节点列表中第u个邻居节点的剩余能量，Ei表示传感器节点i所在簇的簇头节点，D(j,Ei)表示j到Ei的距离，D(u,Ei)表示传感器节点i的邻居节点列表中第u个邻居节点到Ei的距离，C(j,Ei)表示j到Ei经过的最小跳数，1/C(u,Ei)传感器节点i的邻居节点列表中第u个邻居节点到Ei经过的最小跳数，Ni表示传感器节点i的邻居节点列表中具有的邻居节点数目；
(2)传感器节点根据选择概率在其邻居节点列表中随机选择下一跳节点。
本优选实施例的传感器节点根据选择概率在其邻居节点列表中随机选择下一跳节点，其中选择概率依赖于邻居节点的剩余能量、到簇头节点的距离和跳数，从而能够平衡各邻居节点的负载，平衡传感器节点的能量消耗，节省直流偏磁监测数据的采集成本。
优选地，簇头节点将直流偏磁监测数据发送到汇聚节点时，预先判断汇聚节点是否在其邻居节点列表中，若汇聚节点在其邻居节点列表中，则直接将直流偏磁监测数据转发至汇聚节点，若汇聚节点不在其邻居节点列表中，则簇头节点以多跳中继方式将直流偏磁监测数据发送至汇聚节点，并在其邻居节点列表中选择下一跳中继节点，具体包括：
(1)设需选择下一跳中继节点的簇头节点为G，若G的邻居节点列表中存在簇头节点，簇头节点为1个时选择该簇头节点为中继节点，簇头节点为多个时则按照下列公式计算各簇头节点的优选值，选择优选值最大的簇头节点为中继节点：
式中，D(L,G)表示G的邻居节点列表中的簇头节点L与G之间的距离，D(L,sink)表示L与汇聚节点之间的距离，λ为设定的权重系数，设定范围为0.5<λ<1；
(2)若G的邻居节点列表中不存在簇头节点，则按照下列公式计算邻居节点列表中各邻居节点的路由概率，并从中选取路由概率最大对应的邻居节点作为中继节点：
式中，HGS(k)表示G的邻居节点列表中的邻居节点S在当前时刻k时的路由概率，PS(k)表示S在当前时刻k时的剩余能量，为G的邻居节点列表中的邻居节点的平均剩余能量，D(S,sink)为S与汇聚节点之间的距离，C(S,sink)表示S到汇聚节点经过的最小跳数。
按照上述方式将直流偏磁监测数据转发至汇聚节点，避免了长距离传输造成的能量过度，节省和均衡了直流偏磁监测数据收集的能耗，其中优先选择簇头节点作为中继节点，能够减少通信延迟，设计了优选值和路由概率的计算公式，使得选出的中继节点具有较优的性能，且可以平衡各传感器节点之间的负载，从而平衡各传感器节点的能耗，从整体上节省了变压器直流偏磁在线监测装置的通信成本。
优选地，各传感器节点通过广播初始化消息建立自身的邻居节点列表时，具体执行：
(1)传感器节点通过广播初始化消息确定通信范围内的邻居节点；
(2)若邻居节点满足下列公式，传感器节点则将其加入到邻居节点列表中，从而建立自身的邻居节点列表：
式中，D(i,j)表示传感器节点i与其通信范围内的邻居节点j之间的距离，Ri为传感器节点i的通信半径，Dma4和Dmin分别为传感器节点离汇聚节点的最大距离和最小距离，D(i,sink)表示传感器节点i到汇聚节点之间的距离，D(j,sink)表示j到汇聚节点之间的距离。
传感器节点按照上述方式构建自身的邻居节点列表，对通信范围的邻居节点进行过滤，有利于提高后续下一跳节点或中继节点选择的效率，且越靠近汇聚节点的邻居节点列表的规规模越小，从而有益于节省靠近汇聚节点的传感器节点在选择下一跳节点时消耗的能量，保留更多的能量来承担转发任务。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.变压器直流偏磁在线监测系统，其特征是，包括直流偏磁监测装置、集中显示控制装置和后台服务器，集中显示控制装置一端与直流偏磁监测装置无线连接，另一端与后台服务器无线连接；直流偏磁监测装置用于采集变压器的直流偏磁监测数据并发送至集中显示控制装置，直流偏磁监测数据包括振动、噪声、中性点电流数据；所述的集中显示控制装置对直流偏磁监测装置发送的直流偏磁监测数据进行汇总后就地显示，并将直流偏磁监测数据上传到后台服务器，后台服务器对变压器的直流偏磁情况进行监测；所述直流偏磁监测装置包括用于采集直流偏磁监测数据的传感器节点、对直流偏磁监测数据进行收集及融合的簇头节点和汇聚融合后的直流偏磁监测数据的汇聚节点，每个电压器部署多个传感器节点，每个变压器上的传感器节点构成一个簇，并为每个簇分配一个簇头节点，簇头节点收集簇内传感器节点的直流偏磁监测数据，并将收集的直流偏磁监测数据发送至汇聚节点，汇聚节点通过无线网络将汇聚的直流偏磁监测数据发送至集中显示控制器；簇头节点将直流偏磁监测数据发送到汇聚节点时，预先判断汇聚节点是否在其邻居节点列表中，若汇聚节点在其邻居节点列表中，则直接将直流偏磁监测数据转发至汇聚节点，若汇聚节点不在其邻居节点列表中，则簇头节点以多跳中继方式将直流偏磁监测数据发送至汇聚节点，并在其邻居节点列表中选择下一跳中继节点，具体包括：
(1)设需选择下一跳中继节点的簇头节点为G，若G的邻居节点列表中存在簇头节点，簇头节点为1个时选择该簇头节点为中继节点，簇头节点为多个时则按照下列公式计算各簇头节点的优选值，选择优选值最大的簇头节点为中继节点：
式中，D(L,G)表示G的邻居节点列表中的簇头节点L与G之间的距离，D(L,sink)表示L与汇聚节点之间的距离，λ为设定的权重系数，设定范围为0.5<λ<1；
(2)若G的邻居节点列表中不存在簇头节点，则按照下列公式计算邻居节点列表中各邻居节点的路由概率，并从中选取路由概率最大对应的邻居节点作为中继节点：
式中，HGS(k)表示G的邻居节点列表中的邻居节点S在当前时刻k时的路由概率，PS(k)表示S在当前时刻k时的剩余能量，为G的邻居节点列表中的邻居节点的平均剩余能量，D(S,sink)为S与汇聚节点之间的距离，C(S,sink)表示S到汇聚节点经过的最小跳数。
2.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁在线监测系统，其特征是，传感器节点设置于安装箱内，安装箱安装在被测接地排的柱子上，被测接地排从安装箱的中心穿过。
3.根据权利要求2所述的变压器直流偏磁在线监测系统，其特征是，所述的安装箱包括箱体前盖和箱体后盖，箱体前盖和箱体后盖通过螺丝紧固连接，箱体后盖通过卡箍安装在被测接地排的柱子上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的变压器直流偏磁在线监测系统，其特征是，所述的传感器节点包括霍尔传感器、三轴振动传感器、温度传感器和噪声传感器。
5.根据权利要求1所述的变压器直流偏磁在线监测系统，其特征是，传感器节点与所在簇的簇头节点为多跳距离时，传感器节点在其邻居节点列表中选择一个邻居节点作为下一跳节点进行直流偏磁监测数据传输，具体包括：
(1)确定邻居节点列表中各邻居节点的选择概率，定义选择概率的计算公式为：
式中，Hij(k)表示在当前时刻k时传感器节点i在其邻居节点列表中选择邻居节点j作为下一跳节点进行直流偏磁监测数据传输的概率，Pij(k)表示j在当前时刻k时的剩余能量，Pu(k)为传感器节点i的邻居节点列表中第u个邻居节点的剩余能量，Ei表示传感器节点i所在簇的簇头节点，D(j,Ei)表示j到Ei的距离，D(u,Ei)表示传感器节点i的邻居节点列表中第u个邻居节点到Ei的距离，C(j,Ei)表示j到Ei经过的最小跳数，1/C(u,Ei)传感器节点i的邻居节点列表中第u个邻居节点到Ei经过的最小跳数，Ni表示传感器节点i的邻居节点列表中具有的邻居节点数目；
(2)传感器节点根据选择概率在其邻居节点列表中随机选择下一跳节点。
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| GR01 | Patent grant | ||
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