CN109541412A - 基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统及方法 - Google Patents

基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统及方法，该系统包括变压器套管被监测对象、过电压及局部放电综合传感器模块、同轴电缆传输模块、衰减和低通滤波模块、带通滤波和放大装置模块、数据采集装置模块、数据分析、显示、存储和传输模块和数据监控与诊断模块。与现有技术相比，本发明具有简单、实用、可靠、降低电磁干扰、能够充分发挥套管末屏多监测量等优点。

Description

基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统及方法
技术领域
本发明涉及变压器类在线监测领域，尤其是涉及一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统及方法。
背景技术
随着国家智能电网试点工程的建设，智能电网技术特别是智能变电站技术得到了迅速发展，其中变电设备在线监测技术对于促进智能变电站建设发挥了重要作用。其包括变压器局部放电在线监测、变电站绝缘子泄漏电流在线监测、电容型变电设备在线监测、MOA在线监测、GIS局部放电在线监测以及高压开关柜状态监测等技术，均已在电力系统成熟应用。其中，变压器类的在线监测，监测特征量有油中溶解气体、局部放电、绕组变形、铁芯接地电流、油中微水、高压套管的介质损耗因数和电容量等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，该系统包括变压器套管被监测对象、过电压及局部放电综合传感器模块、同轴电缆传输模块、衰减和低通滤波模块、带通滤波和放大装置模块、数据采集装置模块、数据分析、显示、存储和传输模块、以及数据监控与诊断模块；
所述的变压器套管被监测对象通过过电压及局部放电综合传感器模块依次连接同轴电缆传输模块、衰减和低通滤波模块、数据采集装置模块、数据分析、显示、存储和传输模块和数据监控与诊断模块组成基于套管末屏的变压器过电压波形检测回路；
所述的变压器套管被监测对象通过过电压及局部放电综合传感器模块依次连接连同轴电缆传输模块、带通滤波和放大装置模块、数据采集装置模块、数据分析、显示、存储和传输模块和数据监控与诊断模块，组成基于套管末屏的变压器局部放电脉冲电流信号检测回路。
优选地，所述的变压器套管被监测对象包括变压器套管、高压导杆、电容极板和套管末屏专用接口；所述的过电压及局部放电综合传感器模块通过套管末屏对接接头连接套管末屏专用接口。
优选地，所述的过电压及局部放电综合传感器模块包括电容传感器、宽频带微小电流传感器、金属导杆和金属屏蔽外壳，所述的电容传感器和宽频带微小电流传感器封装于金属屏蔽外壳内，所述的金属导杆插入金属屏蔽外壳内，所述的金属屏蔽外壳可靠接地。
优选地，所述的电容传感器依次通过金属导杆、套管末屏对接接头连接套管末屏专用接口。
优选地，所述的电容传感器为采用8个轴对称无感电容并联制作而成的电容传感器。
优选地，所述的宽频带微小电流传感器通过测量金属导杆上的高频接地电流信号来耦合变压器内部的局部放电脉冲电流信号。
优选地，所述的宽频带微小电流传感器的铁芯为采用锰锌铁氧体材质制作而成的铁芯。
优选地，所述的宽频带微小电流传感器为空心穿心式传感器。
一种采用所述的基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统的方法，包括以下步骤：
步骤1、基于套管末屏及其接地，设计专用接口，将电容传感器和宽频带微小电流传感器设计成测量过电压波形和局部放电脉冲电流信号的综合传感器；
步骤2、将综合传感器基于套管末屏接口安装布置，并连接2个监测信号的测量回路；
步骤3、变压器过电压信号基于电容分压原理，经二次分压(衰减)和低通滤波后转化为可以采集的电压波形信号；变压器内部局部放电脉冲电流信号基于套管末屏金属导杆上的高频CT转换，带通滤波和放大后转化为可以采集的电压波形信号；
步骤4、对变压器过电压波形、局部放电脉冲电流信号进行采集、数据分析、显示、存储和传输；
步骤5、分析结果传输至数据监控和故障诊断中心，为值班人员提供变压器状态评价和生产指挥的依据。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、针对变压器套管末屏设计专用接口，末屏通过金属导杆串联无感电容器后可靠接地，形成套管电容和无感电容器分压的过电压信号测量；同时并利用宽频带微电流传感器(高频CT)测量金属导杆上的局部放电脉冲电流信号；通过金属屏蔽封装后设计成一体化的具备同时测量过电压波形和局部放电脉冲电流信号的套管末屏综合传感器；
2、利用双通道数据采集装置，通过滤波放大以及数据分析和处理，形成一种基于套管末屏的变压器局部放电和过电压综合监测方法及系统；
3、本发明具有简单、实用、可靠、降低电磁干扰、能够充分发挥套管末屏多监测量等优点，用于分析变压器内部过电压幅值及局部放电信号等。
附图说明
图1为本发明的系统方框结构示意图；
图2为本发明的方法工作流程图；
图3为本发明的过电压及局部放电综合传感器模块结构示意图；
图4为本发明的电容传感器的结构示意图；
图5为本发明的过电压及局部放电综合传感器模块电压信号检测原理示意图；
图6为本发明的微小电流传感器结构示意图；
图7为本发明实施例的过电压监测的电压波形图；
图8为本发明实施例的过电压监测数字滤波低通后的电压波形图；
图9为本发明实施例的局部放电谱图。
其中1为变压器套管被监测对象，2为过电压及局部放电综合传感器模块，3为同轴电缆传输模块，4为衰减和低通滤波模块，5为带通滤波和放大装置模块，6为数据采集装置模块，7为数据分析、显示、存储和传输模块，8为数据监控与诊断模块，9为套管末屏对接接头，11为变压器套管，12为高压导杆，13为电容极板，14为套管末屏专用接口，21为电容传感器，22为宽频带微小电流传感器，23为金属导杆，24为金属屏蔽外壳。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明的原理：针对变压器套管末屏设计专用接口，末屏通过金属导杆串联无感电容器后可靠接地，形成套管电容和无感电容器分压的过电压信号测量；同时并利用宽频带微电流传感器(高频CT)测量金属导杆上的局部放电脉冲电流信号；通过金属屏蔽封装后设计成一体化的具备同时测量过电压波形和局部放电脉冲电流信号的套管末屏综合传感器。利用双通道数据采集装置，通过滤波放大以及数据分析和处理，形成一种基于套管末屏的变压器局部放电和过电压综合监测方法及系统。
如图1所示，一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，该系统包括变压器套管被监测对象1、过电压及局部放电综合传感器模块2、同轴电缆传输模块3、衰减和低通滤波模块4、带通滤波和放大装置模块5、数据采集装置模块6、数据分析、显示、存储和传输模块7和数据监控与诊断模块8；所述的变压器套管被监测对象1通过过电压及局部放电综合传感器模块2依次连接同轴电缆传输模块3、衰减和低通滤波模块4、数据采集装置模块6、数据分析、显示、存储和传输模块7和数据监控与诊断模块8组成基于套管末屏的变压器过电压波形检测回路；所述的变压器套管被监测对象1通过过电压及局部放电综合传感器模块2依次连接连同轴电缆传输模块3、带通滤波和放大装置模块5、数据采集装置模块6、数据分析、显示、存储和传输模块7和数据监控与诊断模块8，组成基于套管末屏的变压器局部放电脉冲电流信号检测回路。
所述的变压器套管被监测对象1包括变压器套管11、高压导杆12、电容极板13和套管末屏专用接口14，所述的过电压及局部放电综合传感器模块2通过套管末屏对接接头9连接套管末屏专用接口14。
如图3所示，所述的过电压及局部放电综合传感器模块2包括电容传感器21、宽频带微小电流传感器22、金属导杆23和金属屏蔽外壳24，所述的电容传感器21和宽频带微小电流传感器22和封装于金属屏蔽外壳24内，所述的金属导杆23插入金属屏蔽外壳24内，所述的金属屏蔽外壳24可靠接地。
所述的电容传感器21依次通过金属导杆23、套管末屏对接接头9连接套管末屏专用接口14。
如图4所示，所述的电容传感器21为采用8个轴对称无感电容并联制作而成的电容传感器。
如图5所示，电容传感器通过金属导杆，利用套管末屏对接接头与变压器套管末屏专用接口对接，形成了变压器套管电容C1和电容传感器C2电容分压原理的过电压波形检测耦合装置，初始分压比k＝C2/C1。通过同轴电缆传输至数据采集装置前，需进行二次分压(幅值衰减)，并进行低通滤波滤除高频背景电磁噪声信号。为确保该过电压波形检测耦合装置的暂态特性，电容传感器采用8个轴对称无感电容并联用以降低整体的电感量。
所述的宽频带微小电流传感器22通过测量金属导杆23上的高频接地电流信号来耦合变压器内部的局部放电脉冲电流信号。
如图6所示，所述的宽频带微小电流传感器22的铁芯为采用锰锌铁氧体材质制作而成的铁芯。
所述的宽频带微小电流传感器22为空心穿心式传感器。
其中，涉及的传感器、数据采集的参数等分别如下定义：
(1)、电容传感器
圆盘半径：15cm；
输入阻抗：200Ω；
电容值：以实际变压器套管电容量进行匹配，使得初始分压比为1000；
有效带宽：300MHz～3000MHz。
(2)、宽频带微小电流传感器
铁芯材料：锰锌铁氧体；
结构形式：空心穿心式；
模拟带宽：30MHz；
加工工艺：MEMS技术。
(3)过电压波形信号采集
检测频带：300MHz～10MHz；
检测通道：1CH；
低通滤波带宽：0～50MHz；
采样率：100MS/s；
(4)局部放电脉冲电流信号采集
检测频带：0～30MHz；
检测通道：1CH；
带通滤波带宽：10kHz～30MHz；
灵敏度：≤1mV；
采样率：100MS/s；
(5)显示和分析
显示：放电幅值、相位、波形，以及PRPD谱图；
分析：信号趋势分析、模式识别等。
如图7～9所示，本发明一较佳实施例基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测方法及系统采集到的监测过电压波形、局部放电脉冲电流信号及谱图。
如图2所示，一种采用所述的基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统的方法，包括以下步骤：
步骤1、基于套管末屏及其接地，设计专用接口，将电容器和宽频带微小电流传感器(高频CT)设计成测量过电压波形和局部放电脉冲电流信号的综合传感器；
步骤2、将综合传感器基于套管末屏接口安装布置，并连接2个监测信号的测量回路；
步骤3、变压器过电压信号基于电容分压原理，经二次分压(衰减)和低通滤波后转化为可以采集的电压波形信号；变压器内部局部放电脉冲电流信号基于套管末屏金属导杆上的高频CT转换，带通滤波和放大后转化为可以采集的电压波形信号；
步骤4、对变压器过电压波形、局部放电脉冲电流信号进行采集、数据分析、显示、存储和传输；
步骤5、分析结果传输至数据监控和故障诊断中心，为值班人员提供变压器状态评价和生产指挥的依据。
因此本发明针对变压器套管末屏设计专用接口，末屏通过金属导杆串联无感电容器后可靠接地，形成套管电容和无感电容器分压的过电压信号测量；同时并利用宽频带微电流传感器(高频CT)测量金属导杆上的局部放电脉冲电流信号；通过金属屏蔽封装后设计成一体化的具备同时测量过电压波形和局部放电脉冲电流信号的套管末屏综合传感器。利用双通道数据采集装置，通过滤波放大以及数据分析和处理，形成一种基于套管末屏的变压器局部放电和过电压综合监测方法及系统。其具有简单、实用、可靠、降低电磁干扰、能够充分发挥套管末屏多监测量等优点，用于分析变压器内部过电压幅值及局部放电信号等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，其特征在于，该系统包括变压器套管被监测对象(1)、过电压及局部放电综合传感器模块(2)、同轴电缆传输模块(3)、衰减和低通滤波模块(4)、带通滤波和放大装置模块(5)、数据采集装置模块(6)、数据分析、显示、存储和传输模块(7)、以及数据监控与诊断模块(8)；
所述的变压器套管被监测对象(1)通过过电压及局部放电综合传感器模块(2)依次连接同轴电缆传输模块(3)、衰减和低通滤波模块(4)、数据采集装置模块(6)、数据分析、显示、存储和传输模块(7)和数据监控与诊断模块(8)组成基于套管末屏的变压器过电压波形检测回路；
所述的变压器套管被监测对象(1)通过过电压及局部放电综合传感器模块(2)依次连接连同轴电缆传输模块(3)、带通滤波和放大装置模块(5)、数据采集装置模块(6)、数据分析、显示、存储和传输模块(7)和数据监控与诊断模块(8)，组成基于套管末屏的变压器局部放电脉冲电流信号检测回路。
2.根据权利要求1所述的一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，其特征在于，所述的变压器套管被监测对象(1)包括变压器套管(11)、高压导杆(12)、电容极板(13)和套管末屏专用接口(14)；所述的过电压及局部放电综合传感器模块(2)通过套管末屏对接接头(9)连接套管末屏专用接口(14)。
3.根据权利要求2所述的一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，其特征在于，所述的过电压及局部放电综合传感器模块(2)包括电容传感器(21)、宽频带微小电流传感器(22)、金属导杆(23)和金属屏蔽外壳(24)，所述的电容传感器(21)和宽频带微小电流传感器(22)封装于金属屏蔽外壳(24)内，所述的金属导杆(23)插入金属屏蔽外壳(24)内，所述的金属屏蔽外壳(24)可靠接地。
4.根据权利要求3所述的一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，其特征在于，所述的电容传感器(21)依次通过金属导杆(23)、套管末屏对接接头(9)连接套管末屏专用接口(14)。
5.根据权利要求4所述的一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，其特征在于，所述的电容传感器(21)为采用8个轴对称无感电容并联制作而成的电容传感器。
6.根据权利要求3所述的一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，其特征在于，所述的宽频带微小电流传感器(22)通过测量金属导杆(23)上的高频接地电流信号来耦合变压器内部的局部放电脉冲电流信号。
7.根据权利要求6所述的一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，其特征在于，所述的宽频带微小电流传感器(22)的铁芯为采用锰锌铁氧体材质制作而成的铁芯。
8.根据权利要求6所述的一种基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统，其特征在于，所述的宽频带微小电流传感器(22)为空心穿心式传感器。
9.一种采用权利要求1所述的基于套管末屏的变压器过电压和局放综合监测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、基于套管末屏及其接地，设计专用接口，将电容传感器和宽频带微小电流传感器设计成测量过电压波形和局部放电脉冲电流信号的综合传感器；
步骤2、将综合传感器基于套管末屏接口安装布置，并连接2个监测信号的测量回路；
步骤3、变压器过电压信号基于电容分压原理，经二次分压和低通滤波后转化为可以采集的电压波形信号；变压器内部局部放电脉冲电流信号基于套管末屏金属导杆上的高频CT转换，带通滤波和放大后转化为可以采集的电压波形信号；
步骤4、对变压器过电压波形、局部放电脉冲电流信号进行采集、数据分析、显示、存储和传输；
步骤5、分析结果传输至数据监控和故障诊断中心，为值班人员提供变压器状态评价和生产指挥的依据。
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