CN108603907A - 用于监测和诊断变压器健康的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供监测和诊断变压器健康，其中电流感测元件(110，130)和溶解气体分析(DGA)设备(170)连接到所述变压器(120)和诊断设备(175)。所述诊断设备(175)可以配置成通过至少部分基于从所述电流感测元件(110，130)接收的电流值执行电流量分析来检测所述变压器中的穿越故障。所述诊断设备还可以使用由所述DGA设备(170)提供的DGA数据来检测所述变压器(120)中的异常气体相关条件。可以由所述诊断设备(175)发送基于所述变压器健康数据的变压器健康相关信号和/或控制信号。

Description

用于监测和诊断变压器健康的系统和方法
相关申请案的交叉引用
本申请案要求2015年5月4日提交的标题为“集成变压器健康监测架构(INTEGRATED TRANSFORMER HEALTH MONITORING ARCHITECTURE)”的第14/703,533号美国专利申请的优先权并且是此专利申请的部分继续申请，并且进一步要求2016年2月3日提交的标题为“用于监测和诊断变压器健康的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS FORMONITORING AND DIAGNOSING TRANSFORMER HEALTH)”的第201644003795号印度专利申请的优先权，这两个专利申请均以引用方式并入本专利申请中。
技术领域
本公开涉及一种变压器，并且更确切地说，涉及用于监测和诊断变压器健康的系统和方法。
背景技术
各种类型的变压器应用于各种场合。更确切地说，电力变压器广泛用于输电系统中，以量身提供适于通过输电线输送的电压电平。所述电力变压器通常包括油基冷却机构，以消散变压器绕组中产生的热。但是，随着时间的推移，这些油的化学成分趋于恶化并且危及变压器的操作。例如，电力变压器中的油粘度可随着时间的推移改变并且/或者可(例如由于雷击)释放可能导致电力变压器严重损坏的有害气体。因此，某些类型的监测装置可以连接到电力变压器以便从变压器内部获得气体样本并且分析这些气体样本以评估油的质量并且评估电力变压器的健康状态。
可以使用检测各种类型变压器故障的其他装置来进一步监测电力变压器的健康状态，并且可以采取补救措施。例如，使用传感器和继电器的保护装置可以用于监测与电力变压器相关联的各种电流和电压，并且例如当在变压器本身或输电线中检测到故障时将电力变压器与输电线隔离。与电力变压器相关联的一种类型的故障在所属领域领域中称为穿越故障(through-fault)。典型的穿越故障的特征在于有大量电流传播通过电力变压器。当此电流超出电力变压器的操作电流极限时，所述穿越故障视作必须立即采取补救措施的重大穿越故障或关键穿越故障。例如，当连接到输电线的负载中发生短路或者电力变压器端子之间发生短路时，可能必须立即将电力变压器与输电线隔离。但是，电力变压器中出现的一些其他类型的穿越故障在本质上可能更加细微，并且相对较难检测到。例如，传播通过电力变压器的电流可能低于保护装置的跳闸极限，但是仍然足够大以致于如果不加以解决，电力变压器本身将发生长期损坏。
因此，某些类型的变压器监测装置可以连接到电力变压器，以便检测这些类型的细微穿越故障。这些变压器监测装置可以感测各种类型的变压器相关参数(例如一次绕组电流和二次绕组电流)，以便基于这些参数中的一个或多个参数可能发生的小变化来检测穿越故障。可以理解，这些各种参数的变化量可能非常小，并且各种常规变压器监测装置的有效性通常是次优的，不仅因为它们无法检测到这些小变化，而且还因为用于在检测到这些细微改变时对其进行处理的算法和程序中存在限制。
此外，常规变压器监测装置通常配置成以仅着重于一个主要功能的独立方式操作，例如检测需要立即采取补救措施的电气故障、检测需要在一段时间内采取补救措施的穿越故障，或者分析气体样本以用于检测变压器中能够在一段时间内解决的油相关问题。所述常规变压器监测装置未能提供解决各种因素的组合的整体解决方案，这些因素可能会相互作用，从而对电力变压器的健康产生不利影响，例如油相关气体积聚，这可能加剧电力变压器中的穿越故障。
发明内容
本公开的实施例大体上涉及用于监测和诊断变压器健康的系统和方法，包括检测与所述电力变压器相关联的穿越故障(through-faults)和其他类型故障。
根据本公开的一个示例性实施例，一种系统包括一个或多个电流感测元件、溶解气体分析(DGA)设备和诊断设备。所述电流感测元件和所述DGA设备连接到所述变压器和所述诊断设备。所述诊断设备配置成：至少部分基于从所述电流感测元件接收的电流值来执行所述变压器的电流量分析(electrical current flow analysis)；基于所述电流量分析来检测穿越故障条件；从所述DGA设备接收DGA数据；并且基于所述DGA数据检测异常气体相关条件。所述诊断设备进一步配置成：至少部分基于所述穿越故障条件和所述异常气体相关条件来生成变压器健康数据；并且基于所述变压器健康数据来发送变压器健康相关信号和/或控制信号。
根据本公开的另一个示例性实施例，一种诊断设备包括第一输入接口、第二输入接口和第三输入接口。所述第一输入接口配置成接收与变压器的一次绕组电流成比例的第一监测电流。所述第二输入接口配置成接收与所述变压器的二次绕组电流成比例的第二监测电流。所述第三输入接口配置成从DGA设备接收DGA数据。所述诊断设备进一步包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器配置成至少部分基于所述第一监测电流和所述第二监测电流来执行所述变压器的电流量分析；并且基于所述电流量分析来检测穿越故障条件。所述一个或多个处理器进一步配置成从所接收到的DGA数据中检测异常气体相关条件；并且至少部分基于所述穿越故障条件和所述异常气体相关条件来生成变压器健康数据。所述诊断设备还包括输出接口，所述输出接口配置成基于所述变压器健康数据从所述诊断设备发送变压器健康相关信号和/或控制信号。
根据本公开的又一个示例性实施例，一种方法包括在诊断设备中执行变压器的电流量分析。所述电流量分析至少部分基于与所述变压器的一次绕组电流成比例的第一监测电流以及与所述变压器的二次绕组电流成比例的第二监测电流。可以基于所述电流量分析来检测所述穿越故障条件。可以在从DGA设备接收的溶解气体分析(DGA)数据中检测所述变压器中的异常气体相关条件，并且可以至少部分基于所述穿越故障条件和所述异常气体相关条件来生成变压器健康数据。然后可以发送基于所述变压器健康数据的变压器健康相关信号和/或控制信号。
参照附图来阅读以下说明可以显而易见地了解本公开的其他实施例和方面。
附图说明
上文大体地描述了本公开，现在将参考附图，其中附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1示出根据本公开的示例性实施例的示例性变压器健康监测系统，所述示例性变压器健康监测系统可以包括配置成监测电力变压器健康的诊断设备。
图2示出根据本公开的示例性实施例的示例性诊断设备。
图3示出根据本公开的示例性实施例的指示用于检测穿越故障的变压器中的限制电流与差动电流之间示例性关系的图表。
图4示出根据本公开的示例性实施例的使用诊断设备来检测变压器中的穿越故障的示例性方法的流程图。
具体实施方式
下文将参照附图更全面地描述本公开，其中附图中示出了本公开的示例性实施例。但是，本公开可以以许多不同形式来实施，并且不应解释成限于本说明书中所阐述的示例性实施例；但是，这些实施例的提供是用于使本公开满足适用的法律要求。全文中的相似数字指代相似元件。应理解，某些词语和术语在本说明书中仅出于方便目的使用，并且所述词语和术语应解释成所属领域中的普通技术人员通常以各种形式和同等程度理解的各种对象和动作。例如，应理解，本说明书中所用的词语“线路(line)”通常是指电导体，例如导线或电力电缆。本说明书中所用的词语“断路器(breaker)”不限于电路断路器，而是大体上指可以激活以保护故障变压器或连接到故障变压器的设备的各种类型的保护元件。本说明书中所用的词语“流(current)”通常指电流。此外，本说明书中所用的词语“示例”在本质上旨在是非排他性和非限制性的。更确切地说，本说明书中所用的词语“示例性(exemplary)”表示若干示例中的一个示例，并且应理解，对所描述的特定示例没有不当的强调或偏好。
大体概述而言，本说明书中所描述的系统和方法的某些实施例包括诊断设备，所述诊断设备可以用于监测和诊断电力变压器的健康并且检测与所述电力变压器相关联的穿越故障和其他类型的故障。
首先注意图1，其中示出根据本公开的示例性实施例的示例性变压器健康监测系统100，所述示例性变压器健康监测系统可以包括配置成监测电力变压器120健康的诊断设备175。在一个示例性实施方案中，电力变压器120可以是单相电力变压器并且在另一个示例性实施方案中可以是多相电力变压器(例如，三相电力变压器)。电力变压器120的输入侧端子和输出侧端子(未示出)可以相应地连接到单个输电线或多个输电线(例如，三个输电线)。但是仅仅出于方便目的，图1中所示的电力变压器120是单相电力变压器，并且在下文中将以与单相电力系统相关联的单相电力变压器为背景来描述根据本公开的各个方面。
在此示例性实施例中，发电机105可以经由第一电流监测元件110和第一断路器115连接到电力变压器120的一次侧(primary side)，其中所述发电机通常可以指发电站或任何其他类型的电源。电力变压器120的二次侧(secondary side)可以经由第二断路器125和第二电流监测元件130连接到线路118。此外，在此示例性实施例中，线路118可以连接到三个馈线(feeder lines)113、114和116中。馈线113可以包括第三电流监测元件135和第三断路器140。馈线114可以包括第四电流监测元件145和第四断路器150。馈线116可以包括第五电流监测元件155和第五断路器160。
变压器监测装置165可以经由线路103连接到电力变压器120，以用于监测：各种变压器元件，例如套管和绕组线圈；各种操作条件，例如温度和湿度；以及当线路与电力变压器120的一次绕组和/或二次绕组连接或分离时的事件，例如切换事件。所述示例性变压器监测装置165经由一个或多个线路例如线路106为诊断设备175提供各种类型的监测数据，其中所述示例性变压器监测装置可以包括套管监测器、局部放电监测器和有载分接开关(OLTC)监测器中的一者或多者。在一些实施方案中，线路106可以是双向通信链路，由此使诊断设备175不仅可以接收来自变压器监测装置165的监测数据，而且还可以将控制信号发送到变压器监测装置165以执行各种功能。
溶解气体分析(DGA)设备170可以经由适当接口例如气体线路104连接到电力变压器120，以用于监测和分析电力变压器120内部的任何气体积聚。当电力变压器120中存在气体时(例如由于电力变压器120上和/或与电力变压器120相关联的设备上发生雷击)，DGA设备170可以执行一个或多个气体分析程序、并且经由一个或多个线路例如线路107为诊断设备175提供DGA数据。所述气体分析程序可以包括计算DGA模型，例如杜瓦尔(Duval)三角形。所述DGA数据可以向诊断设备175指示异常气体相关条件。在一些实施方案中，线路107可以是双向通信链路，由此使诊断设备175可以接收来自DGA设备170的DGA数据，并且在一些情况下，还能够将控制信号发送到DGA设备170以在DGA设备170中执行各种功能。
在一些示例性实施方案中，诊断设备175、变压器监测装置165和DGA设备170可以共同位于一体式外壳180内。所述一体式外壳180可以是用于容纳常规保护电路的常规外壳，并且因此，根据本公开的诊断设备175、变压器监测装置165和DGA设备170可以用于一些实施方案中以补充预先存在的常规保护电路、或者与预先存在的常规保护电路一起独立地共存于单个外壳中。
下文将使用其他附图更详细地描述诊断设备175。但是从大体概述来说，诊断设备175配置成基于变压器相关信息，例如存在于一次绕组和二次绕组中的各种电压和电流、设备条件(例如套管和端子)、操作条件(例如异常温度条件和/或异常OLTC操作)以及DGA数据，来生成电力变压器120的健康数据。更确切地说，在图1所示的示例性实施例中，诊断设备175可以经由线路101从第一电流监测元件110接收一次绕组电流信息，并且经由线路109从第二电流监测元件130接收二次绕组电流信息。诊断设备175可以进一步经由线路106从变压器监测装置165接收变压器操作条件数据、经由线路107从DGA设备170接收DGA数据，并且接收馈线113、馈线114和馈线116中的一者或多者的电流信息(经由大体上用数字111表示的一个或多个线路)。
例如，在诊断设备175中生成的变压器健康数据可以由诊断设备175经由线路117以一个或多个变压器健康相关信号和/或控制信号的形式发送到其他元件，例如显示单元(未示出)或报警单元(未示出)。下文将更详细地描述由诊断设备175发送的信号的一些示例。诊断设备175还配置成允许用户(未示出)经由通信链路119与诊断设备175通信，以便向诊断设备175提供各种操作指令并且/或者访问与诊断设备175相关联的各种类型的信息/数据。
图2示出根据本公开实施例的可以包括在诊断设备175中的一些示例性元件。出于说明目的，图2中所示的诊断设备175包括可用于实施如图1中所示并且如上文中相对于电力变压器120所述的示例性诊断设备175的各种元件。相应地，各种输入线路和输出线路用与图1中所示参考数字相同的参考数字来表示。但是在其他实施方案中，例如当使用诊断设备175来监测三相变压器时，诊断设备175中所包括(或使用)的各种元件的数量和性质可以不同，以便例如与更少个或更多个输入线路和输出线路相匹配。
在此示例性实施方案中，诊断设备175可以包括配置成接收各种输入信息的若干输入接口，并且可以包括若干输出接口，所述输出接口配置成发送各种信号，例如控制信号和变压器健康信号。在图示的示例性输入接口中，第一输入接口230可以配置成经由连接到第一电流监测元件110的线路101接收一次绕组电流信息。线路101可以是例如导线或电缆，并且可以传送模拟形式的电流。在线路101上传送的电流可以是传播通过电力变压器120的一次绕组的一次电流的缩小版。第二输入接口225可以配置成经由线路109从第二电流监测元件130接收二次绕组电流信息。线路109可以是例如导线或电缆，所述导线或电缆可以传送模拟形式的电流。在线路109上传送的电流可以是传播通过电力变压器120的二次绕组的二次电流的缩小版。第三输入接口215可以配置成从DGA设备170接收DGA信息。所述DGA信息可以通过线路107以数字数据的形式提供给输入接口215，其中所述线路107可以是数字通信链路。
第四输入接口210可以配置成从变压器监测装置165接收数据。所述数据可以通过线路106以数字数据的形式提供给输入接口210，其中所述线路106可以是例如数字通信链路。第五输入接口250可以配置成经由线路111从电流监测元件135、145和/或155中的一者或多者接收馈线电流信息。线路111可以是例如导线或电缆，所述导线或电缆可以传送模拟形式的电流。在线路111上传送的电流可以是传播通过馈线113、114和116中的一者或多者的电流的缩小版。
诊断设备175还可以包括一个或多个输出接口，例如第一输出接口205，其中所述第一输出接口图示成连接到线路102以将控制信号发送到断路器115。同样，第二输出接口(未示出)可以连接到线路108以将控制信号发送到断路器125。第三输出接口270可以连接到一个或多个线路(例如线路112)以向断路器140、150和160中的一者或多者发送一个或多个控制信号。第四输出接口280可以连接到线路117以将来自诊断设备175的一个或多个变压器健康相关信号和/或控制信号发送到外部元件，例如显示器或报警单元。
诊断设备175可以进一步包括一个或多个模数转换器和数模转换器。例如，可以使用模数转换器220将由输入接口中的一个输入接口提供的模拟形式的电流测量转换成可以由处理器255处理的数字电流测量值。相反，可以使用数模转换器245来将可以由处理器255向数模转换器245提供的各种类型的数字信息转换成模拟输出信号，所述模拟输出信号可以经由例如输出接口280从诊断设备175发出。一个或多个继电器例如继电器260可用于各种类型的切换目的。例如，当电力变压器120中发生穿越故障时，继电器260可用于切换各种电流和/或报警信号。
一个或多个处理器例如处理器255可以配置成与存储器235以通信方式协作。处理器255可以使用适当硬件、软件、固件或其组合来实施和操作。软件或固件实施方案可以包括以任何适当编程语言编写的计算机可执行指令或机器可执行指令，以执行所描述的各种功能。在一个实施例中，与功能块语言相关联的指令可以存储在存储器235中并且由处理器255执行。
存储器235可以用于存储可由处理器255加载和执行的程序指令，以及存储在执行这些程序期间生成的数据。根据诊断设备175的配置和类型，存储器235可以是易失性(例如随机存取存储器(RAM))和/或非易失性的(例如只读存储器(ROM)、闪存等)。在一些实施例中，所述存储器装置还可以包括额外的可移动存储器(未示出)和/或不可移动存储器(未示出)，包括但不限于磁存储器、光盘和/或磁带存储器。所述磁盘驱动器及其相关联的计算机可读介质可以提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的非易失性存储。在一些实施方案中，存储器235可以包括多种不同类型的存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)或ROM。
存储器235、可移动存储器和不可移动存储器均为非暂态计算机可读存储介质的示例。所述非暂态计算机可读存储介质可以以用于存储例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实施。可以存在的其他类型的非暂态计算机存储介质包括但不限于可编程随机存取存储器(PRAM)、SRAM、DRAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储装置，或者可用于存储所需信息并且可以由处理器255访问的任何其他介质。上述存储器的任何组合也应包括在非暂态计算机可读介质的范围内。
转到存储器235的内容，存储器235可以包括但不限于用于实施本说明书中所公开特征和方面的操作系统(OS)以及一个或多个应用程序或服务。所述应用程序或服务可以包括变压器健康数据生成模块(未示出)。在一个实施例中，所述变压器健康数据生成模块可以由以可配置控制块语言提供并且存储在非易失性存储器中的软件来实施。当由处理器255执行时，变压器健康数据生成模块可以实施本公开中所描述的各种功能和特征。
现在将更详细地描述诊断设备175的几个操作和应用方面。在一个示例性实施方案中，诊断设备175可以用于以预定间隔或以连续方式(例如，实时地)采样和/或收集与电力变压器120相关联的电气数据。作为采样程序的一部分，可以为检索到的电气数据分配时间戳，所述时间戳与发生电气数据采样的时间点相对应。分配时间戳之后，所述电气数据可以存储在存储器235中或者异地服务器、云服务器等(未示出)中并且可由处理器255访问以用于分析目的。
处理器255可以分析所存储的电气数据以确定是否发生相对于电力变压器120的事件以及所述事件是何时发生的。例如，处理器255可以分析所述电气数据以识别电力变压器120中超出预定容许阈值的最大或最小参数值(例如，电压)。通过这种方式，处理器255可以识别或以其他方式检测可能与电力变压器120的操作故障相关的事件，例如电气数据异常。事件还可以包括相对于电力变压器120的各种情况中的一个或多个，包括但不限于电力故障、机械故障、手动或自动跳闸、电气故障、操作故障、漏电、触发的报警、满足和/或超出预定阈值的参数等。
处理器255可以进一步生成表示所识别的电气数据异常与电力变压器120的操作故障相关的可能性的置信度分数(confidence score)。此外，至少部分基于确定事件确实已发生，诊断设备175可以向一个或多个监测装置例如变压器监测装置165和/或DGA设备170发送命令，以开始从电力变压器120采样数据。
诊断设备175可以使用所述一个或多个监测装置来检索和/或收集与电力变压器120的机械问题和/或健康条件相关的数据(例如机械的或电气的或签名数据)。例如，DGA设备170可以配置成通过分析电力变压器120中的油气体颗粒来检索数据。对油气体颗粒的示例性分析可以包括但不限于光声光谱和气相色谱。可以使用不同类型的DGA设备来检索不同类型的DGA数据(例如，基于颗粒大小、油类型等)。
在一些实施方案中，可以使用多个DGA设备。因此，与采集电力变压器120的电气健康数据相比，可能需要更多计算机处理和更多数据处理时间(例如，更多计算能力和分析)来采集DGA数据。在所述应用中，处理器255可以使用或确定要添加到先前的带时间戳电气数据或先前采集的DGA数据中的至少一者的时间戳偏移。通过这种方式，诊断设备175可以确保所有接收到的数据(例如，电气数据和DGA数据)的时间戳相对于彼此精确同步。
此外，由于使用多个DGA设备从电力变压器120采集DGA数据可能是一个耗时的过程，因此可以由诊断设备175预先调度采样例程。例如，诊断设备175可以通过连续(或间歇)地监测DGA设备中的一个或多个DGA设备的状态来确定多个DGA设备中的任一DGA设备当前是否正从电力变压器120获得DGA数据样本(例如，确定一个或多个DGA设备的状态)。如果确定DGA设备当前正从电力变压器120获得DGA数据(例如，通过确定DGA设备不处于备用操作模式)，则诊断设备175可以为DGA设备分配下一个可用时间戳。另一方面，如果确定DGA设备当前没有正从电力变压器120获得DGA数据(例如，通过确定DGA设备处于备用操作模式)，则诊断设备175可以提示处于备用状态的DGA设备立即开始采样或者在预定未来时间点开始采样。
处理器255可以进一步配置成为一个或多个分析调用(recall)和/或检索(retrieve)所存储的数据(例如，电气数据和DGA数据)。例如，响应于确定相对于电力变压器120的事件已经发生，处理器255可以调用时间戳紧接在确定发生事件的时间戳之前的数据(例如，在先电气数据和在先DGA数据)以及/或者时间戳紧接在确定发生事件的时间戳之后的数据(例如，在后电气数据和在后DGA数据)。在一些实施例中，调用在先数据(pre-data)和在后数据(post-data)可以包括确定存储在存储器中的电气数据和DGA数据的时间戳，并且至少部分基于它们各自的时间戳将存储在存储器中的电气数据和DGA数据识别为在先电气数据、在后电气数据、在先DGA数据和/或在后DGA数据。
所述处理器255可以出于各种目的来分析在先数据和在后数据。例如，可以分析在先数据和在后数据以确定相对于电力变压器120的事件的发生原因，或者理解电力变压器120由于所述事件所经受的应力量。通过这种方式，由于在先数据和在后数据可以指示特定极端参数或者导致所述事件发生的其他因素(例如，故障)，因此可以利用在先数据和在后数据来理解电力变压器120在紧接事件发生之前和紧接时间发生之后的的状态。处理器255还可以至少部分基于对数据(例如，电气数据、DGA数据、在先数据和/或在后数据)的分析来确定事件类型。
在一些实施例中，处理器255对数据的分析可以包括将最近接收到的电气数据和/或DGA数据与存储在存储器中的历史数据(例如，历史电气数据和/或历史DGA数据)进行比较。通过这种方式，处理器255可以配置成将最近接收到的数据与指示相对于电力变压器120的特定历史事件的发生的历史数据进行比较。至少部分基于确定最近接收到的数据与指示同一电力变压器120或另一变压器发生历史事件的历史数据之间匹配，处理器255可以确定事件与电力变压器120最近发生的历史事件的事件类型相同。处理器255还可以实施类似的分析以确定最近发生事件的事件类型和/或事件原因。
至少部分基于对数据的分析，处理器255可以配置成确定和/或预测确定成已经相对于电力变压器120发生的事件的原因。在一些实施例中，处理器255可以进一步配置成预测电力变压器120的未来事件例如故障、未来事件的原因和/或未来事件的类型。响应于预测电力变压器120的未来事件，处理器255可以生成和/或调度维护请求以修理电力变压器120、将其作为事件记录在数据库中，并且在所预测的未来事件发生之前发出报警/提醒/警告。诊断设备175可以经由线路117向维护服务器和/或一个或多个指定授权人员发送维护或频繁监测请求。
在一些实施例中，分析数据可以包括确定电力变压器120的一个或多个参数(例如，电气参数、DGA相关参数等)不再符合一个或多个监管标准和/或故障代码。为此，处理器255可以将电力变压器120的接收到的数据和/或历史数据与不符合一个或多个监管标准和/或故障代码的变压器关联的数据进行比较。至少部分基于确定电力变压器120的接收到的数据和/或历史数据与不符合一个或多个监管标准和/或故障代码的变压器关联的数据之间至少部分匹配，处理器255可以确定电力变压器120需要维护和/或更换。
另外，处理器255可以配置成至少部分基于数据分析来生成一个或多个报告。例如，处理器255可以至少部分基于与接收到的电气数据相关联的参数，例如电力故障、电流极端波动等来生成强调电力变压器120的所识别出的电力和/或电气问题的通电记录。通电期间捕获的其他DGA数据可以与电气数据相关联。
在另一个示例中，处理器255可以生成习得数据记录，所述习得数据记录包括电力变压器120的实际接收到的数据和实际数据的图表。处理器255可以至少部分基于实际数据的分析和/或图表来识别和/或预测变压器性能的一个或多个趋势。
在另一个实施例中，处理器255可以生成故障报告，所述故障报告可以包括对在发生事件之前、期间和之后由电力变压器120引起的应力级的分析。故障报告还可以包括介于在先数据和在后数据之间的所确定的电力变压器120的参数级的变化。处理器255可以至少部分基于对数据和/或计算的数据点的分析来确定电力变压器120的使用寿命，例如事件数量(例如故障)、它们的事件类型、事件频率和/或由电力变压器120引起的类似情况。
处理器255也可以生成历史最大值记录。处理器255可以配置成将每个接收到的数据值(例如，输入电气数据和变压器健康数据)与存储在类似数据和/或参数类型的存储器中的历史最大值进行比较。处理器255可以确定两个数据值中的哪一个是最大值(或最小值、平均值等)，并且可以将对应的最大值标记分配给所确定的最大值。通过这种方式，诊断设备175可以根据需要来跟踪(例如，通过存储在存储器235中)变压器的每个参数的极值以及时间戳。
处理器255还可以生成变压器健康报告，所述变压器健康报告中可以汇总对电力变压器120的一些或全部数据的分析。所述变压器健康报告可以包括电力变压器120在每个时间点的一些或全部测得参数、维护和/或维护请求的建议和/或状态等等。
变压器组报告也可以由处理器255生成。所述变压器组(transformer fleet)报告可以包括电力系统或公用电网中的多个变压器的一个或多个变压器健康报告。所述变压器组报告还可以包括发电厂和/或输电和配电系统地理区域的确定容量、所识别出的事件和/或存在问题的变压器，等等。
每个报告和/或数据本身可以发送到另一个计算装置(未示出)以供审查、附加处理和/或显示。在一些实施例中，数据和/或报告可以经由移动计算装置和/或通信装置的显示器呈现给用户。在其他实施例中，数据和/或报告可以以文档、电子邮件、消息、推文、文本等形式生成和发送。所述数据和/或报告也可以上传到基于网络的服务器或基于云的服务器，以使得它们可以供一个或多个用户访问。可能需要用户认证以访问数据和/或报告。
诊断设备175可以进一步配置成利用处理器255来控制电力变压器120的操作。例如，如果诊断设备175至少部分基于对电力变压器120的数据的分析确定电力变压器120已经经历包括电力变压器120的机械部件的故障的事件，则诊断设备175可以(响应于确定特定事件类型)切断操作或以其他方式控制电力变压器120的操作(通过操作一个或多个断路器，例如断路器115、断路器125和/或断路器160)。在此情况下，请注意图1，其中示出馈线116上发生了雷击，这可能导致电力变压器120中发生故障，所述故障由DGA设备170检测到并且传送到诊断设备175。诊断设备175然后启动断路器160来隔离馈线116。
除了电力变压器120之外，诊断设备175还可以连接到一个或多个电力变压器。通过这种方式，诊断设备175可以实现变压器和/或变压器控制系统之间的数据传送、发送、接收和/或共享。在一些实施例中，诊断设备175可以配置成监测一个或多个变压器，分析与多个变压器相关联的数据，和/或控制一个或多个变压器。
现在注意图3，其中示出指示变压器例如电力变压器120中的限制电流与差动电流之间关系330的图表。根据本公开的示例性实施例，此图表中示出的关系330可以用于检测穿越故障(through-fault-fault)。在广义上，当检测到小差动电流(或无差动电流)与高限制电流一起共存于电力变压器120中时，可以识别并且声明穿越故障。所述事件通常可以与在电力变压器120中故障开始之后的最初几毫秒期间发生的无饱和时间重合。
图3中所示的示例性图表中以图形形式示出类似于电力变压器120中的示例性穿越故障和电流饱和的轨迹320。采用定向原理检查是否存在一个或多个相当大量值(与故障电流相比)的电流沿一个方向流动(指示电力变压器120中的内部故障)，或者一个电流沿与其他电流之和相反的方向流动(指示电力变压器120外部的故障)。根据本公开的实施例，诊断设备175执行程序，所述程序连续地计算每相(per-phase)差动和限制电流值，并且将一个每相差动电流值和一个限制电流值之间的比率与用户预定义的差动/限制特性进行比较。所述程序可以用于限定差动保护操作的区域和/或无操作的区域，并且还可以确定与电力变压器120在各种类型故障下的灵敏度、可靠性和安全性相关的一个或多个设定点。所述设定点可以由诊断设备175的操作员编程，以反映各种变压器差动保护应用。
在提供量值(magnitude)和角度补偿之后，可以基于每相来以来自电力变压器120所有绕组的电流的矢量和的形式计算差动电流值。所述操作可以由以下等式限定：
所述限制电流值可以计算为电力变压器120的内部补偿电流的最大值，并且可以由以下等式限定：
根据本公开的用于基于差动保护百分比来声明穿越故障检测条件的示例性条件可以由下式限定：
Id/Ir<0.3和Ir>2x CT，
其中CT表示从经由第一电流监测元件110获得的电流测量值导出的一次绕组电流值、或者从经由第二电流监测元件130获得的电流测量值导出的二次绕组电流值中的至少一者。
图3中所示的图表可以相对于图1中所示的示例性变压器健康监测系统100更好地描述。在电力变压器120的正常操作期间，可以由诊断设备175使用经由线路101和109提供的电流测量值计算的差动电流值具有低幅度。但是，当发生外部故障(例如馈线116上的雷击)时，所述差动电流值具有显著更高的幅度。诊断设备175可以使用差动电流值以及其他测量值例如差动电流值与限制电流值之间的比率来限定一个或多个断路器例如断路器115、125、140、150和160的操作区域和阻断区域。
在电力变压器120的正常负载条件下，所述差动电流值大体上为零(如点305所示)。与点305对应的限制电流值通常设定为小于电力变压器120的额定电流。当发生外部故障时，Id/Ir比率的轨迹320总是朝向初始正常负载条件的右侧移动。此外，在一个示例性实施方案中，当轨迹320指示Id/Ir比率小于0.3×CT额定值并且限制电流高于电力变压器120的2×CT额定值时，可以生成变压器穿越故障标记310。在其他示例性实施方案中，可以使用其他Id/Ir比率和限制电流的值来生成穿越故障标记310。例如，可以使用其他整数来替代上文参照第一示例实施方案所描述的在0.3×CT额定值和2×CT额定值中使用的整数0.3和2。这些其他整数可以基于与穿越故障相关联的各种灵敏度特性。当生成穿越故障标记310时，诊断设备175可以开始获得上述与电力变压器120相关的触发前和触发后数据。位于断点315与325之间的轨迹320区域指示电力变压器120的无饱和操作时段。
上文参照图1和图3所描述的穿越故障检测程序之后，诊断设备175可以不仅在电力变压器120上而且在相关联的部件上执行各种类型的分析程序。例如，所述关联部件可以包括套管和其他固定装置。所述分析程序通常可以包括监测与一个或多个断路器相关联的各种热参数、绝缘参数、套管参数、DGA参数、有载开关切换(LTC)以及保护总校验。
上文描述与示例性变压器健康监测系统100以及确切地说诊断设备175相关联的各种特征和动作，现在将在下文提供根据本公开的各种其他方面的总体概述。
在示例性实施方案中，诊断设备175还可以以通信方式连接到适当示波设备以执行各种类型的示波程序。例如，诊断设备175可以在检测到电力变压器120中的穿越故障之后将触发信号发送到示波设备。然后可以以每周期“n”个样本的采样率来捕获示波数据，其中“n”是为在“m”个整数周期内(over“m”integer number of cycles)捕获数据而选择的任何适当整数。例如，一些实施方案中可以使用每周期50个样本或每周期60个样本的采样率。
可以由诊断设备175使用来自示波程序以及其他程序的所捕获数据来执行故障前和故障后条件的统计分析。所述统计分析可以包括计算与方差和偏差相关的各种值，并且与阈值进行比较。
在另一个示例性实施方案中，诊断设备175可以配置成例如在检测到穿越故障时基于采样程序来捕获与一个或多个套管相关联的数据。所述采样程序可以包括从一个或多个套管收集故障前和故障后数据。
图4示出根据本公开的示例性实施例的使用诊断设备175来检测电力变压器120中的穿越故障的示例性方法的流程图。在框405中，由诊断设备175执行电力变压器120的电流量分析。所述电流量分析至少部分基于与所述变压器的一次绕组电流成比例的第一监测电流以及与所述变压器的二次绕组电流成比例的第二监测电流。如图1所示，所述第一监测电流可以经由线路101从第一电流监测元件110提供给诊断设备175，并且第二监测电流可以经由线路109从第二电流监测元件130提供给诊断设备175。在框410中，基于所述电流量分析来检测穿越故障条件。在框415中，诊断设备175使用由DGA设备170提供的DGA数据来检测电力变压器120中的异常气体相关条件。在框420中，至少基于所述电流量分析和异常气体相关条件来生成变压器健康数据。在框425中，由诊断设备175基于变压器健康数据发送变压器健康相关信号和/或控制信号。
受益于以上说明及相关附图中提出的教义的人员将了解本说明书中所阐述的示例性描述的许多修改以及与这些描述相关的其他实施例。因此，应理解，本公开可以以许多形式实施，并且不应限于上述示例性实施例。因此，应理解，本公开不限于所公开的具体实施例，并且所述修改和其他实施例旨在包括在随附权利要求书的范围内。尽管本说明书中采用了特定术语，但它们仅在通用和描述性意义上使用，并不用于限制目的。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
连接到变压器的至少一个电流感测元件；
连接到所述变压器的溶解气体分析(DGA)设备；以及
连接到所述至少一个电流感测元件和所述DGA设备的诊断设备，所述诊断设备配置成：
至少部分基于从所述至少一个电流感测元件接收的电流值执行所述变压器的电流量分析；基于所述电流量分析来检测穿越故障条件；从所述DGA设备接收DGA数据并且基于所述DGA数据检测异常气体相关条件；至少部分基于所述穿越故障条件和所述异常气体相关条件生成变压器健康数据；以及基于所述变压器健康数据发送变压器健康相关信号或控制信号中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个电流感测元件包括第一电流感测元件和第二电流感测元件，所述第一电流感测元件配置成感测所述变压器的一次绕组电流，并且所述第二电流感测元件配置成感测所述变压器的二次绕组电流，并且其中所述电流量分析包括：
基于所述变压器的所述一次绕组电流和所述二次绕组电流计算差动电流值和限制电流值；
将所述差动电流值和所述限制电流值之间的比率与阈值进行比较；以及
当所述比率超出所述阈值时声明所述穿越故障条件。
3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括连接到所述诊断设备的套管监测器、局部放电监测器或有载分接开关(OLTC)监测器中的至少一者，所述诊断设备进一步配置成至少部分基于从所述套管监测器、所述局部放电监测器或OLTC中的所述至少一者接收到的事件数据生成变压器健康数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制信号配置成当第一馈线中发生故障条件时执行以下项中的至少一者：启动连接到所述变压器的一次绕组或所述变压器的二次绕组中的一者的第一断路器，或者启动第二断路器以断开至少所述第一馈线，所述第一馈线是连接到所述变压器的二次绕组的多个馈线中的一个馈线。
5.根据权利要求4所述的系统，其中当所述第一馈线中发生所述故障条件时，所述多个馈线中的至少第二馈线处于非故障条件。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述变压器健康相关信号是以下项中的至少一者：指示所述变压器不再符合一个或多个监管标准的超标(out-of-specification)警告信号；指示所述变压器寿命减少的劣化警告信号；或者指示所述变压器的未来故障的原因或特性中的至少一者的预警信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述诊断设备进一步配置成：
从保护继电器接收事件数据；
至少部分基于从所述保护继电器接收的所述事件数据以及从所述DGA设备接收的所述DGA数据来生成记录；以及
经由所述诊断设备的用户接口或通信链路中的至少一者输出所述记录的至少一部分。
8.一种诊断设备，包括：
第一输入接口，所述第一输入接口配置成接收与变压器的一次绕组电流成比例的第一监测电流；
第二输入接口，所述第二输入接口配置成接收与所述变压器的二次绕组电流成比例的第二监测电流；
第三输入接口，所述第三输入接口配置成从DGA设备接收DGA数据；
至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成：
至少部分基于所述第一监测电流和所述第二监测电流执行所述变压器的电流量分析；基于所述电流量分析来检测穿越故障条件；从接收到的DGA数据中检测异常气体相关条件；并且至少部分基于所述穿越故障条件和所述异常气体相关条件生成变压器健康数据；以及输出接口，所述输出接口配置成基于所述变压器健康数据从所述诊断设备发送变压器健康相关信号或控制信号中的至少一者。
9.根据权利要求8所述的诊断设备，其中所述电流量分析包括：
基于所述变压器的所述一次绕组电流和所述二次绕组电流计算差动电流值和限制电流值；
通过将所述差动电流值和所述限制电流值之间的比率与阈值进行比较来导出所述变压器的实时电流量数据；以及
识别所述比率超出所述阈值的第一时间点；
从存储元件提取所述变压器的历史电流量数据；
通过将所述历史电流量数据和在所述第一时间点以及所述第一时间点之后获得的实时电流量数据进行组合来生成所述变压器的累积电流量数据；以及
基于所述变压器的所述累积电流量数据来检测所述穿越故障条件。
10.根据权利要求9所述的诊断设备，进一步包括：
保护继电器，所述保护继电器配置成接收所述控制信号并且通过启动连接到所述变压器的一个或多个保护元件来改变或消除流动通过所述变压器的一次绕组或所述变压器的二次绕组中的至少一者的电流量。
11.根据权利要求9所述的诊断设备，其中至少所述第一输入接口、所述第二输入接口、所述第三输入接口、所述输出接口、所述至少一个处理器和所述存储元件共同容纳在外壳中。
12.根据权利要求11所述的诊断设备，其中所述外壳包括允许用户设定所述阈值的通信端口或用户接口中的至少一者。
13.根据权利要求8所述的诊断设备，其中所述第一监测电流由与所述变压器的所述一次绕组电流以串联方式连接的第一电流变压器提供给所述故障检测设备，并且所述第二监测电流由与所述变压器的所述二次绕组电流以串联方式连接的第二电流变压器提供给所述故障检测设备。
14.一种方法，包括：
在诊断设备中执行变压器的电流量分析，所述电流量分析至少部分基于与所述变压器的一次绕组电流成比例的第一监测电流以及与所述变压器的二次绕组电流成比例的第二监测电流；
基于所述电流量分析来检测穿越故障条件；
在从DGA设备接收的溶解气体分析(DGA)数据中检测所述变压器中的异常气体相关条件；
至少部分基于所述穿越故障条件和所述异常气体相关条件生成变压器健康数据；以及
基于所述变压器健康数据发送变压器健康相关信号或控制信号中的至少一者。
15.根据权利要求14所述的方法，其中执行所述电流量分析包括：
基于所述第一监测电流和所述第二监测电流计算差动电流值和限制电流值；
通过将所述差动电流值和所述限制电流值之间的比率与阈值进行比较来导出所述变压器的实时电流量数据；以及
识别所述比率超出所述阈值的第一时间点；
从存储元件提取所述变压器的历史电流量数据；以及
通过将所述历史电流量数据和在所述第一时间点以及所述第一时间点之后获得的实时电流量数据进行组合来生成所述变压器的累积电流量数据。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述历史电流量数据是带时间戳的，并且其中提取所述历史电流量数据至少部分基于所述第一时间点之前的可定义时段。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
在所述故障检测设备中接收用户输入，所述用户输入包括所述阈值或指定所述可定义时段的时间段中的至少一者。
18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
在所述诊断设备的显示器上显示变压器健康状态、所述比率超出所述阈值的所述第一时间点或者所述累积电流量数据的至少一部分中的至少一者。
19.根据权利要求14所述的方法，其中从所述DGA设备提取的所述DGA数据包括以下项中的至少一者：由所述DGA设备在所述第一时间点之前收集的DGA数据，或者由所述DGA设备在所述第一时间点之后收集的DGA数据。
20.根据权利要求19所述的方法，其中由所述DGA设备在所述第一时间点之后收集的所述DGA数据指示所述变压器存在以下项中的至少一者：性能降低、性能受损、寿命减少或者即将发生灾难性故障。
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