CN108614170A - 一种电力变压器综合监护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器综合监护系统，包括能够快速检测和故障定位的多种监测装置及其外置传感器，户外用柜体，移动无线通讯网络以及变压器内部绝缘缺陷诊断系统软件。该变压器综合监护系统能够提高大型电力变压器面对未来智能电网更加复杂的运行工况的应对能力，减少新生隐患产生的几率，从而提高整个电网系统的可靠性；同时可以对大型电力变压器绝缘状态、运行寿命做出快速有效的评估，并有效的指导运行和维护，减少运行维护人员的工作量，降低运行管理成本。
Description
技术领域
本发明设计一种变压器保护设备，具体的说，涉及了一种变压器综合监护系统。
背景技术
变压器是电力系统的重要设备，一旦出现严重故障可能会导致电力系统的瘫痪，因此当变压器出现疑似缺陷又无法确定其严重程度及发展趋势时，大多数时候变压器都会带“病”继续运行，以便确定故障性质，等待检修或为调用备用变压器争取时间。在这段时间内需要对带“病”变压器及时监测、记录、分析、诊断并采取紧急处置措施以及长时间的连续观察与跟踪。
当前电力变压器设备状态检测主要包括带电检测及在线监测两种方式，虽然相应技术已有较广泛应用，但仍面临以下几方面问题：
一、带电检测方面
1)大量试验人员缺乏局部放电等状态检测技术能力，未能根据检测到的信号发现潜伏性缺陷；
2)检测到疑似缺陷或非紧急缺陷时，往往需采取跟踪检测模式，检测工作量大，跟踪检测的频率难以保证；
3)部分设备缺陷存在一定随机性，如局部放电信号可能间歇性出现，而传统带电检测持续时间短，漏检现象频发。
二、在线监测方面
1)传统在线监测系统投入成本高，限制了其应用范围的扩大；
2)当前在线监测系统缺陷检出率低，大量在线监测系统处于闲置状态。系统的安装针对性不足，投入产出率低。
3)针对于主变的在线监测都是以单一监测模式为主，无法覆盖变压器本体故障产生的位置和形态，采取单一的被动监测模式无法为设备管理者提供相应的辅助决策手段。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变压器综合监护系统，可以对带“病”变压器及时监测、记录、分析、诊断并采取紧急处置措施以及长时间的连续观察与跟踪。从而实时跟踪变压器疑似缺陷、非紧急缺陷发展情况，防止设备失修、过修情况的发生，降低电网生产成本、提高效率、保障设备运行安全。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种变压器综合监护系统，它包括能够快速检测和故障定位的多种监测装置及其外置传感器，户外用柜体，移动无线通讯网络以及变压器内部绝缘缺陷诊断系统软件。该变压器综合监护系统可以同时监测变压器高频局放、超声局放、特高频局放振动、铁芯接地电流、温度、油色谱等多种参量数据，并利用这些参量进行综合诊断，充分利用“大数据、云计算、物联网和移动网络”进行数据整合，同时优化各监测参量的权重实时参与内部缺陷分析。将分析数据和分析结论通过无线方式传送至云平台，实现远程诊断和辅助决策。
所述的监测装置包括局部放电在线监测装置、油气在线监测装置、振动在线监测装置、铁芯接地电流监测装置、视频和红外监控装置以及高压套管监测装置。
所述的局部放电在线监测装置：为了提高局放测量及准确性，全面监测变压器内部局放信号，本成果提出了一种综合多种局放监测手段的分析方法。主要包括局放监测IED和传感器，4个超声传感器在变压器油箱外侧周身布置，一个HFCT传感器穿心于铁心接地线上，一个HFCT传感器穿心于夹件接地线上，一个UHF传感器安装与放油阀。其中局放监测IED安装在柜体内使用，采集的变压器内部局部放电信号通过通讯送至变压器智能化诊断单元。本监测装置采用单一的局部放电监测模式具有局限性，与之相比，综合多种检测手段变压器局部放电在线监测分析的方法，融合了各种传感器的优点，可以全面地对变压器进行监测，覆盖变压器所有放电形态和位置，实现多模式的优势互补极大提升了监测结果的可靠性，有效的消除外部干扰信号对监测结果的影响，实时监测发生局部放电的各种可能，有效保障变压器的安全运行。
所述的油气在线监测装置：采用基于非分散性红外线技术(NDIR)的油气监测设备。能够实现对九种气体和微水的快速准确检测。非分散性红外线技术(NDIR)是一种基于气体吸收理论的方法。红外光源发出的红外辐射经过一定浓度待测的气体吸收之后，与气体浓度成正比的光谱强度会发生变化，因此求出光谱光强的变化量就可以反演出待测气体的浓度。与传统的油色谱在线监测相比，采用NDIR原理的油气在线监测技术具备以下优势：
1)可靠性高：采用NDIR红外测量技术，油气分离技术经过20年的验
证，平均无故障时间超过20年(光源超过50年)
2)免维护设计：无载气，不需要定期更换载气的日常维护
3)无标气，无需定期校准
所述的振动在线监测装置：为了解决振动法监测变压器内部机械类故障在实用化过程中存在的问题，本成果将向量机(Support Vector Machine,SVM)与小波算法相结合，提出一种支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的小波算法。这种方法首先将不同频段的振动信号通过小波变换构成一个特征矢量，然后利用SVM求出各个频段能量对应的权重，作为变压器故障诊断的依据。
与传统的采用小波算法提取振动特征的方法相比，本成果采用支持向量机的小波算法解决了小波变换计算复杂、实时性差的缺点。通过实体变压器试验和对其它算法的比较证明，该算法能够精确的得出训练样本每维特征的权重，其检测结果准确可信。由试验结果可知，采用支持向量机的小波算法来提取振动信号特征的方法可靠有效。
采用四个外置磁吸附式加速度振动传感器，在变压器油箱外侧安装，主要包括振动监测IED和振动传感器，其中振动监测IED安装在柜体内使用，采集的振动信息通过通讯送至变压器智能化诊断单元。
所述的铁芯接地电流监测装置：通过连续监测接地电流，可及时发现由于铁心多点接地或铁心与夹件短接所引起的铁心局部过热，可有效避免由于铁心局部过热引起的变压器故障。
采用2个工频电流传感器实现对铁心和夹件接地电流的采集，分别安装在变压器的铁心和夹件接地线上。传感器经过三重屏蔽处理，具有极强的抗干扰能力，最小监测电流2mA。监测到的工频电流信号经该装置内置的采集处理单元后被转换成数字信号，然后通过RS485总线传到变压器智能化诊断单元。
所述的视频和红外监控装置：视频和红外摄像头全部采用以太网供电和通讯，通过主变本体近侧的组件柜内的交换机直接联网。视频和红外摄像头由安装在电控数字化云台上，云台可水平连续旋转和俯仰角度调整，选择合适的监测位置和监测点数量，确保能够全面监测整个区域，可以实现工作人员在主控室完成例行巡视，了解现场环境、设备外观和工作状态。
所述的高压套管监测装置：监测高压套管的电容量和介损。套管在线监测系统采用分布式测量，电容量的测量采用绝对值法，既分别测量系统电压的幅值U和电容电流I，计算电容量C＝I/2πfU。介损测量采用相对值法。即测量电容型设备的电容电流与相同母线段上的一组电容型设备1的电容电流Ic1的相位差，计算相对介损值tgδ相对＝tg(δIcn-δIc1)。每个监测单元都设有基准电流传感器，通过取样电阻将220V的供电电源电压变换成电流信号。
所述的“大数据、云计算、物联网和移动网络”技术包括大数据分析技术、智能评估技术、物联网技术、移动互联技术。
所述的大数据分析技术:基于云平台的数据分析系统，利用数据挖掘、数据分析、数据预测等大数据分析技术，对实时获取的各种运行状态参数、例行试验数据进行综合分析；单一复杂信号分析、多参数动态联合分析、关键信号及辅助信号的相关性分析；专家团队对数据进一步分析处理，出具专家诊断建议，形成变压器综合状态信息库。
所述的智能评估技术：智能评估诊断系统以数据分析为基础，建立数学模型提取分析特征量，运用神经网络、范例推理、深度学习等人工智能算法，进行信息的综合处理；评估类型：变压器健康指数、热性能、绝缘性能；形成科学、有效的变压器综合评估报告。
所述的物联网技术：应用二维码和射频标签等物联网技术，可以通过扫描二维码或者PDA感应RFID获取变压器实时数据和波形形态。
所述的移动互联技术：通过3G、4G移动网络，实现实时数据加密上传云服务器；或者通过USBKEY组合3G、4G移动网络布设VPN专用网络实现数据加密接入国家电网内部网络。
本发明的优点和积极效果在于：
变压器综合监护系统是一种基于云平台存储诊断的移动式在线监测系统，变压器综合监护系统采用模块化设计理念，监测数据采用无线传输和云端存储的方式，可利用后台计算机和手机客户端随时查看监测数据，并为现场检测人员提供辅助决策。尤其是当高压设备出现内部缺陷但无法利用现有技术确定其严重程度和发展特征时，一般都会持续运行一段时间以便确定故障性质并为调用备用设备争取时间，在此过程中对于高压设备内部缺陷的动态跟踪就显得尤为重要。系统优化了监测数据的权重并对内部缺陷进行跟踪评估实时监测缺陷发展的严重程度，并在内部绝缘缺陷出现恶化或者突发性变化的的时候进行提前预警避免突发性故障的发生。变压器综合监护系统采用“移动式监测”模式一方面降低了一次设备的辅助监测系统的资金投入，另一方面解决了一线检测人员结构性缺员的问题，变革当前“以跟踪检测方式应对设备疑似缺陷”的现状，彻底解决“跟踪检测”存在的工作量大、操作复杂、时效性低的不足。该系统的应用提升了生产一线的精细化管理水平，提升了生产运维效率。该系统采用全面集成化管理实现了监测数据的标准化，便于流程化的管理，这为提高监测数据的多元化应用和大数据管理的实施奠定了基础。变压器综合监护系统的应用实时跟踪变压器疑似缺陷、非紧急缺陷发展情况，防止设备失修、过修情况的发生，降低电网生产成本、提高效率、保障设备运行安全。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例和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做简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是系统结构框图，如图所示，监测装置包括局部放电在线监测装置、油气在线监测装置、振动在线监测装置、铁芯接地电流监测装置、视频和红外监控装置以及高压套管监测装置；
图2是油气在线监测装置中，非分散性红外线技术(NDIR)的检测原理图；
图3是传感器节点结构框图；
图4是大数据分析流程图；
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
一种变压器综合监护系统，它包括能够快速检测和故障定位的多种监测装置及其外置传感器，户外用柜体，移动无线通讯网络以及变压器内部绝缘缺陷诊断系统软件。变压器综合监护系统可以同时监测变压器高频局放、超声局放、特高频局放振动、铁芯接地电流、温度、油色谱等多种参量数据，并利用这些参量进行综合诊断，充分利用“大数据、云计算、物联网和移动网络”进行数据整合，同时优化各监测参量的权重实时参与内部缺陷分析。将分析数据和分析结论通过无线方式传送至云平台，实现远程诊断和辅助决策。如图1所示，为变压器综合监护系统结构框图。
基于上述，监测装置由局部放电在线监测装置、油气在线监测装置、振动在线监测装置、铁芯接地电流监测装置、视频和红外监控装置以及高压套管监测装置组成。局部放电在线监测装置主要包括局放监测IED和传感器，4个超声传感器在变压器油箱外侧周身布置，一个HFCT传感器穿心于铁心接地线上，一个HFCT传感器穿心于夹件接地线上，一个UHF传感器安装与放油阀，图3为传感器节点结构框图。其中局放监测IED安装在柜体内使用，采集的变压器内部局部放电信号通过通讯送至变压器智能化诊断单元。油气在线监测装置采用基于非分散性红外线技术(NDIR)的油气监测设备。能够实现对九种气体和微水的快速准确检测，图2为NDIR的检测原理。振动在线监测装置：当变压器内部存在故障时，振动信号的幅值、频域信号都会发生相应的改变，通过检测变压器本体上的振动信号的幅值、频率、能量等相应参量可以对变压器的运行状态进行评估。铁芯接地电流监测装置是检查变压器是否存在铁心多点接地的有效手段。通过在变压器铁芯接地线安装接地电流在线监测传感器，可以实时监测变压器铁芯接地电流的幅值和变化趋势。视频和红外监控装置安装在电控数字化云台上，云台可水平连续旋转和俯仰角度调整，选择合适的监测位置和监测点数量，确保能够全面监测整个区域，可以实现工作人员在主控室完成例行巡视，了解现场环境、设备外观和工作状态。高压套管监测装置用来监测高压套管的电容量和介损。
基于上述，检测的变压器数据通过变压器综合监护系统户外用柜体以及物联网技术采集数据。物联网技术应用二维码和射频标签等物联网技术，可以通过扫描二维码或者PDA感应RFID获取变压器实时数据和波形形态。
基于上述，移动互联技术通过3G、4G移动网络，实现实时数据加密上传云服务器；或者通过USBKEY组合3G、4G移动网络布设VPN专用网络实现数据加密接入国家电网内部网络。
基于上述，通过大数据分析技术对接收到的变压器数据进行分析诊断，大数据分析为基于云平台的数据分析系统，利用数据挖掘、数据分析、数据预测等大数据分析技术，对实时获取的各种运行状态参数、例行试验数据进行综合分析；单一复杂信号分析、多参数动态联合分析、关键信号及辅助信号的相关性分析；专家团队对数据进一步分析处理，出具专家诊断建议，形成变压器综合状态信息库。大数据分析流程图如图4所示。
基于上述，智能评估诊断系统以数据分析为基础，建立数学模型提取分析特征量，运用神经网络、范例推理、深度学习等人工智能算法，进行变压器信息的综合处理；评估类型：变压器健康指数、热性能、绝缘性能；形成科学、有效的变压器综合评估报告。
通过采用变压器综合监护系统，能够提高大型电力变压器面对未来智能电网更加复杂的运行工况的应对能力，减少新生隐患产生的几率，从而提高整个电网系统的可靠性；同时可以对大型电力变压器绝缘状态、运行寿命做出快速有效的评估，并有效的指导运行和维护，减少运行维护人员的工作量，降低运行管理成本。
Claims (10)
1.一种变压器综合监护系统，其特征在于：它包括能够快速检测和故障定位的多种监测装置及其外置传感器，户外用柜体，移动无线通讯网络以及变压器内部绝缘缺陷诊断系统软件。该变压器综合监护系统可以同时监测变压器高频局放、超声局放、特高频局放振动、铁芯接地电流、温度、油色谱等多种参量数据，并利用这些参量进行综合诊断，充分利用“大数据、云计算、物联网和移动网络”进行数据整合，同时优化各监测参量的权重实时参与内部缺陷分析。将分析数据和分析结论通过无线方式传送至云平台，实现远程诊断和辅助决策。
2.根据权利要求1所述的变压器综合监护系统，其特征在于：所述的能够快速检测和故障定位的多种监测装置及其外置传感器包括局部放电在线监测装置、油气在线监测装置、振动在线监测装置、铁芯接地电流监测装置、视频和红外监控装置以及高压套管监测装置。
3.根据权利要求2所述的变压器综合监护系统，其特征在于：所述的局部放电在线监测装置包括主要包括局放监测IED和传感器，4个超声传感器在变压器油箱外侧周身布置，一个HFCT传感器穿心于铁心接地线上，一个HFCT传感器穿心于夹件接地线上，一个UHF传感器安装于放油阀。
4.根据权利要求2所述的变压器综合监护系统，其特征在于：所述的油气在线监测装置采用基于非分散性红外线技术(NDIR)的油气监测设备。
5.根据权利要求2所述的变压器综合监护系统，其特征在于：所述的振动在线监测装置采用四个外置磁吸附式加速度振动传感器，在变压器油箱外侧安装，主要包括振动监测IED和振动传感器。
6.根据权利要求2所述的变压器综合监护系统，其特征在于：所述的铁芯接地电流监测装置采用2个工频电流传感器实现对铁心和夹件接地电流的采集，分别安装在变压器的铁心和夹件接地线上。
7.根据权利要求2所述的变压器综合监护系统，其特征在于：所述的视频和红外监控装置安装在电控数字化云台上，云台可水平连续旋转和俯仰角度调整，选择合适的监测位置和监测点数量，确保能够全面监测整个区域。
8.根据权利要求1所述的变压器综合监护系统，其特征在于：所述的户外用柜体采用全密封模块化分层设计，外壳为不锈钢材料。底部带轮，带两个手柄，方便移动和携带。内置减震器，能够保护各种监测设备稳定可靠运行。
9.根据权利要求1所述的变压器综合监护系统，其特征在于：所述的移动无线通讯网络采用4G(兼容3G网络)移动无线网络通讯，同时具备以太网通讯接口。能够实现与电力系统SCADA系统的无缝连接，能够及时、快速、准确的反馈被监测变压器的运行状态。
10.根据权利要求1所述的变压器综合监护系统，其特征在于：所述的变压器内部绝缘缺陷诊断系统软件通过实时获取监测变压器关键运行参数(局部放电、油气、温度、接地电流等)，实现在线跟踪异常变压器的缺陷发展过程，及时锁定故障类型和形成状态评估诊断结果，为运维人员提供科学有效的参考依据，并能够有效延长设备运行时间，制定合理检修计划，防范突发故障的发生。
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