CN109643889A - 监测包括抽头变换器的变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测包括抽头变换器的变压器的监测装置、方法和计算机程序产品。该变压器具有至少两个磁耦合绕组和抽头变换器，该抽头变换器包括阻抗元件和转换开关，该转换开关被配置为当在抽头变换操作期间在两个抽头变换器位置之间变换时逐渐地通过该阻抗元件。该方法在该监测装置中被执行，并且包括：获得(50)在第一变压器侧和第二变压器侧处记录的测量的功率传输特性的波形，处理(52、54、56)记录的波形以用于获得表示抽头变换操作的至少一个波形(Ploss)，以及从表示该抽头变换操作的该至少一个波形中提取(56、60)指示该抽头变换的性能的信息。

Description

监测包括抽头变换器的变压器
技术领域
本发明涉及一种用于监测包括抽头变换器的变压器的监测装置、方法和计算机程序产品。
背景技术
配备有抽头变换器(tap changers)的变压器频繁用于不同类型(诸如，在10kV及以上)的功率传输环境。包括抽头变换器的变压器能够改变绕组之间的匝数比，从而改变电压水平。这种能力存在于用于控制功率递送的许多系统中。
变压器通常是可靠的。它们失灵的可能性较低，诸如大约1％。然而，在失灵的那些1％的变压器中，通常20％至40％是由于抽头变换器的失灵。
这种情况的原因在于抽头变换器是变压器的具有机械移动元件的唯一部分。因此，变压器的这部分比变压器的其余部分更可能引起失灵。
因此，当监测变压器时，在匝数比改变时监测抽头变换(tap change)操作将是有意义的。如果执行这种监测，那么可能能够预测抽头变换器何时将要磨损。由此，可以更容易地计划维护，这在可靠性和经济性方面都是有利的。
在许多文档中描述了抽头变换器监测。
例如，US 2012/0173180公开了一种用于评估抽头变换器的健康的方法和设备。该健康通过使用第三放电信号来将第二放电信号与第一放电信号分离、并且通过将第二放电信号与第一初始值作比较来确定健康而被评估。第三放电信号可以是第二初始值或第四放电信号。第一初始值是在抽头变换器中生成的信号，并且第二初始值是在变压器的主油箱中生成的信号，而第一和第四放电信号是在抽头变换器的接地线中的高频电流。该文档还提到了输出电压检测器检测次级线圈的输出电压并且用于控制抽头变换器的用途。
EP 2541 572公开了一种用于抽头变换器的保护装置，其中通过抽头变换器的电流被检测并且用于生成电流指示信号。然后将电流指示信号的持续时间与阈值和所生成的故障指示信号(如果存在的话)作比较。
JPH 08-213257涉及基于与通过抽头变换器的电流相对应的电流信号来获得抽头变换的健康的度量。
JP 2000-208340涉及使用通过测量变压器的一侧上的功率传输特性而获得的波形。
然而，在可用于监测目的的波形中不容易检测到抽头变换。当变压器在高负载时使用时尤其如此。此外，仅仅在波形中检测的抽头变换通常是不够的。可能还需要从这种波形提取指示抽头变换器的健康的信息。由此可以看出，使用可用波形来确定变压器的健康可能非常困难。
因此，有意义的是以这种方式监测配备有抽头变换器的变压器，使得指示抽头变换器的性能的信息可以使用可用波形被提取并且用于状态监测目的。
本发明涉及这种变压器监测。
发明内容
本发明因此涉及关于抽头变换器操作来监测变压器。
根据本发明的第一方面，该目的通过一种用于监测包括抽头变换器的变压器的监测装置来实现，其中变压器具有被布置在第一变压器侧和第二变压器侧的至少两个磁耦合绕组，并且抽头变换器包括阻抗元件和开关，该开关被配置为当在抽头变换操作期间在两个抽头变换器位置之间变换时逐渐地通过阻抗元件。该监测装置又包括：
波形分析器，该波形分析器可操作以
获得在第一变压器侧和第二变压器侧处记录的测量的功率传输特性的波形，所述测量的功率传输特性是电流和/或电压，
处理记录的波形以用于获得表示抽头变换操作的至少一个波形，以及
从表示抽头变换操作的所述至少一个波形提取指示抽头变换的健康的信息，
其中所提取的信息包括覆盖抽头变换操作的至少一部分的操作持续时间和/或表示抽头变换操作的所述至少一个波形的幅度。
根据第二方面，该目的通过一种用于监测包括抽头变换器的变压器的方法来实现。变压器具有至少两个磁耦合绕组，并且抽头变换器包括阻抗元件和开关，该开关被配置为当在抽头变换操作期间在两个抽头变换器位置之间变换时逐渐地通过阻抗元件。该方法在保护装置中被执行，并且包括：
获得在第一变压器侧和第二变压器侧处记录的测量的功率传输特性的波形，所述测量的功率传输特性是电流和/或电压
处理记录的波形以用于获得表示抽头变换操作的至少一个波形，以及
从表示抽头变换操作的所述至少一个波形提取指示抽头变换的健康的信息，
其中所提取的信息包括覆盖抽头变换操作的至少一部分的操作持续时间和/或表示抽头变换操作的所述至少一个波形的幅度。
根据本发明的第三方面，该目的通过一种用于监测包括抽头变换器的变压器的计算机程序产品实现。变压器具有至少两个磁耦合绕组，并且抽头变换器包括阻抗元件和开关，该开关被配置为当在抽头变换操作期间在两个抽头变换器位置之间变换时逐渐地通过阻抗元件。计算机程序产品包括具有计算机程序代码的数据载体，该计算机程序代码被配置为使监测装置的波形分析器
获得在第一变压器侧和第二变压器侧处记录的测量的功率传输特性的波形，所述测量的功率传输特性是电流和/或电压，
处理记录的波形以获得表示抽头变换操作的至少一个波形，以及
从表示抽头变换操作的所述至少一个波形提取指示抽头变换的健康的信息，
其中所提取的信息包括覆盖抽头变换操作的至少一部分的操作持续时间和/或表示抽头变换操作的所述至少一个波形的幅度。
本发明具有许多优点。它提供了配备有抽头变换器的变压器的改进监测，其中可以评估抽头变换器的性能。由此，可以进行更可靠的维护计划。这也可以在不需要监测专用抽头变换器特性的情况下完成，而是仅使用传统上可用于变压器的测量量。由此，还获得了使用最少的附加硬件并且避免引入附加传感器且改造波形记录器的改进监测。
附图说明
在下文中将参照附图描述本发明，其中
图1示意性地示出了配备有抽头变换器的变压器，
图2示意性地示出了图1中的变压器的抽头变换器和一个绕组，
图3示意性地示出了在抽头变换操作期间发生的变压器中的功率损耗，
图4示意性地示出了波形记录器以及用于监测变压器的波形分析器，
图5示出了波形分析器中的功率损耗处理块的框示意图，
图6示出了由波形分析器中的功率损耗处理块执行的监测变压器的方法的第一实施例中的方法步骤的流程图，
图7示出了波形分析器中的电流差异处理块的框示意图，
图8示出了由波形分析器中的电流差异处理块执行的监测变压器的方法的第二实施例中的方法步骤的流程图，
图9示出了波形分析器中的频域处理块的框示意图，
图10示出了由波形分析器中的频域处理块执行的监测变压器的方法的第三实施例中的方法步骤的流程图，以及
图11示意性地示出了呈包括用于实现波形分析单元的计算机程序代码的数据载体形式的计算机程序产品。
具体实施方式
在下文中，将给出本发明的优选实施例的详细描述。
图1示出了具有彼此磁耦合的第一绕组12和第二绕组14的变压器10。这些绕组因此形成一对绕组，通常表示为初级和次级绕组。此外，第一绕组12连接至抽头变换器16。在附图中，还示出了可以在操作期间测量的变压器的多个功率传输特性。存在馈送到第一绕组12中的输入电流In以及施加在第一绕组12上的输入电压Uin。还存在从第二绕组14递送的输出电流Iout和由第二绕组14提供的输出电压Uout。输入电流In和输入电压Uin是在第一绕组12的第一测量端子MT1和第二测量端子MT2处所测量的测量量，其中第一测量端子MT1设置在第一绕组12的第一端，并且第二测量端子MT2设置在第一绕组12的第二端。输出电流Iout和输出电压Uout是在第二绕组14的第三测量端子MT3和第四测量端子MT4处所测量的测量量，其中第三测量端子MT3设置在第二绕组14的第一端，并且第四测量端子MT4设置在第二绕组14的第二端。因此可以看出，电力在测量端子处进入和离开变压器。上述示例假设通过变压器从第一绕组到第二绕组的功率递送。由此，第一绕组12形成变压器10的输入侧，并且第二绕组形成变压器10的输出侧。然而，应该意识到功率可以在相反方向上递送，在这种情况下，将在第三测量端子MT3和第四测量端子MT4处测量输入电流和输入电压，同时将在第一测量端子MT1和第二测量端子MT2处测量输出电流和输出电压。然后，第二绕组14将形成输入侧，并且第一绕组12将形成输出侧。因此，测量量也是在测量端子处所测量的功率传输特性。
所示的变压器被示意性地表示。应该意识到它还可以包括铁芯。还应该意识到，在许多情况下变压器是三相变压器。这意味着将存在三对绕组。变压器还可以包括被磁耦合至同一初级绕组的多于一个次级绕组。作为备选方案，抽头变换器也可以连接至第二绕组。
图2示意性地示出了第一绕组12以及包括调节绕组19的抽头变换器。第一绕组具有第一端和第二端，其中第一端连接至第一测量端子MT1并且第二端可连接至调节绕组19。调节绕组19也具有第一端和第二端。此外，抽头变换器包括分流器20和选择器18，该选择器18选择调节绕组19要连接至初级绕组12的匝数。
选择器18具有选择器开关24，该选择器开关24用于反转调节绕组19的定向，并且因此具有连接至第一绕组12的第二端的第一端和可在两个位置(调节绕组19的第一端处的第一位置和调节绕组19的第二端处的第二位置)之间移动的第二端。每个绕组12和19都包括多匝电导体。此外，调节绕组19包括多个抽头点，其中示出了六个抽头点1、2、3、4、5和6作为示例。抽头点用于通过连接至第一分流器端子DT1的第一选择器臂和连接至第二分流器端子DT2的第二选择器臂，来确定调节绕组19要连接至第一绕组12的匝数。
分流器20又包括分流器开关22，该分流器开关22具有连接至第二测量端子MT2的第一端和可连接在四个触点位置之间的第二端，其中第一触点位置P1经由第一分流器臂而通向第一分流器端子DT1，第二触点位置经由呈第一电阻器R1形式的阻抗元件而通向第一分流器端子DT1，第三触点位置经由呈第二电阻器R2形式的阻抗元件而通向第二分流器端子DT2，并且第四触点位置P4经由第二分流器臂而直接通向第二分流器端子DT2。分流器20被设置用于在两个选择器臂之间使负载换向。
此处应该意识到，这仅仅是选择器和分流器抽头变换器的一种实现。存在若干其它类型的选择器和分流器抽头变换器。还存在其它类型的抽头变换器。另一类型例如是选择器-开关抽头变换器，该选择器-开关抽头变换器将选择和换向在一次移动中进行组合，但是具有与选择器和分流器抽头变换器类似的触点顺序。又一示例是真空抽头变换器，其中触点顺序通常被修改，但是仍包括功率在阻抗元件中损耗的时间。所示的抽头变换器还包括电阻器作为阻抗元件。然而，还已知使用其它类型的阻抗元件，诸如，电感器。此外，在所示的抽头变换器中，存在两个阻抗元件。应该意识到，还可以具有更少的阻抗元件、诸如一个，或者具有甚至更多的阻抗元件、诸如三个或四个。
所有这些抽头变换器的共同之处在于，在抽头变换期间，存在开关在两个位置之间的逐渐移动，在图2中的抽头变换器的情况下，分流器开关22在第一位置P1与第四位置P4之间移动。当需要抽头变换时，其中一个选择器臂最初连接在抽头位置与对应的分流器端子之间。作为示例，第一选择器臂可以连接在图2中所示的第二抽头位置2与第一分流器端子DT1之间，并且同时分流器开关22处于第一触点位置P1。由此，第一选择器臂被加载，即，负载电流因此穿过第一分流器臂并且进入第一选择器臂。然后为未加载的选择器臂选择获得期望匝数比变换的抽头位置，该未加载的选择器臂在该示例中是第二选择器臂。因此，第二分流器端子DT2将未加载的第二选择器臂连接至所选择的抽头位置，该所选择的抽头位置在图2的示例中是第一抽头位置1。为了使负载换向，即，执行匝数比的变换，分流器开关22然后逐渐地从第一触点位置移动到第四触点位置。在该逐渐的移动中，分流器开关22首先在与第一触点位置P1接触的同时与第一电阻器R1建立接触。然后，分流器开关22断开与第一触点位置P1和第一分流器臂的接触。现在，负载电流将仅通过第一电阻器R1流到第一选择器臂。此后，分流器开关连接至第二电阻器R2。此时，负载电流将通过电阻器R1和R2两者流到第一和第二选择器臂两者。还将存在通过分流器端子DT1与DT2之间的电压差异所生成的循环电流。分流器开关22接着断开与第一电阻器R1的连接，从而负载电流仅通过第二电阻器R2流到第二选择器臂。最后，分流器开关将到达第四触点位置P4，并且然后负载电流将通过第二分流器臂流到第二选择器臂。由此完成了抽头变换操作。可以看出，在这种移动期间，能量被加载或沉积到至少一个阻抗元件中，并且在图2的示例中，能量被加载或沉积到两个电阻器R1和R2中，该能量在电阻器的情况下被消耗，但是在电感器的情况下仅被暂时存储。
通过图2中的抽头变换器的上述操作(即，在位置P1与P4之间的逐渐变化期间)，阻抗R1和R2将连接在测量端子MT3与MT4之间，并且因此能量将沉积在阻抗R1和R2中。在该示例中，有功功率被损耗，因为阻抗是电阻器。如果阻抗是电感性的，那么无功功率将反而被存储。
例如，瞬时功率损耗可以根据下面的等式(1)确定
Ploss(t)＝Pin(t)-Pout(t)＝∑phases(Vin(t)Iin(t)-Vout(t)Iout(t)) (1)
为三相系统提供的该等式由此限定了三相变压器的功率损耗。由此，基于在第一、第二、第三和第四测量端子MT1、MT2、MT3和MT4处获得的功率传输特性测量值，来将瞬时功率损耗Ploss计算为输入电压Uin乘以输入电流In减去输出电压Uout乘以输出电流Iout，其中获得三个这种差异，每相一个。
可以从等式(1)将有功功率损耗获得为周期中的瞬时功率损耗的平均值，并且将无功功率损耗获得为平均值为零的振荡。
可以在图3中看到在配备有抽头变换器的这种三相变压器的低负载下出现功率损耗的方式。在该附图中，示出了在所有三个相中通过协调的抽头变换操作的针对每个相的功率损耗。在第一相中存在功率Ploss_A，在第二相中存在功率损耗Ploss_B，并且在第三相中存在功率损耗Ploss_C。此外，这三个功率损耗总计为总功率损耗Ploss，并且总功率损耗Ploss具有“脉冲”的形状。在该图中可以看出，抽头变换操作在时间0.00与0.02秒之间执行。可以看出，作为示例的“脉冲”或该间隔具有20ms的宽度，并且该宽度是能量沉积的峰值持续时间或者峰值持续时间能量沉积时间，并且在该间隔中，每个相都经历功率损耗。该峰值持续时间是“脉冲”的上升沿与下降沿之间的操作持续时间ODT。该时间被定义为操作持续时间，因为持续时间与抽头变换器的操作中的至少一些步骤的持续时间相对应。因此，它覆盖了抽头变换操作的至少一部分。更特别地可以看出，操作持续时间ODT或多或少与分流器开关22单独连接至电阻器R1和R2的时间相对应。还可以看出，抽头变换器操作期间的功率损耗具有幅度AMP。幅度和操作持续时间ODT是指示抽头变换器性能或抽头变换器健康的信息的示例，该信息可经由记录的波形获得并且可以用于监测目的。
变压器通常是可靠的。它们失灵的可能性较低，诸如大约1％。然而，在失灵的那1％的变压器中，通常20％至40％是由于抽头变换器的失灵。
如上所述，变压器的唯一的移动元件被包括在抽头变换器中。由此可以看出，抽头变换器与可靠性相关。
如果关于抽头变换器的操作来监测变压器，例如，通过分析随时间变化的抽头变换“脉冲”中的操作持续时间和幅度的变化，则可以确定抽头变换器的健康以及变压器的健康。这可以用于更好地计划变压器的维护。由于可能的电弧在电流过零点处被最可靠地淬火的这一事实，换向时间太短可能是有风险的。这意味着操作持续时间应该长于半个周期。如果电弧能够在操作中存活，则调节绕组将被短路，这反过来将产生大量能量并且导致变压器损坏。因此，太短的操作持续时间可能对应于失灵的抽头变换器。另一方面，换向时间太长指示系统中存在摩擦，但是没有损坏迹象。因此，操作持续时间长是需要维修的指示。通过监测操作持续时间的变化，由此可以预测何时将发生故障以及何时计划变压器的维修。幅度AMP又指示电阻的大小。如果幅度改变，那么电阻改变。此外，高幅度对应于小电阻，并且低幅度对应于高电阻。如果根本无法看到“脉冲”，则幅度可能是重要的，这将意味着抽头变换器尚未移动或者电阻接近无限大，即，电阻器损坏。这两种情况都是重要的故障情况，其中后者可能会产生使调节绕组短路的电弧。
然而，存在的问题是无法直接地监测抽头变换器。变压器通常没有与抽头变换操作直接相关的任何测量量。因此，必须使用通用变压器测量量(诸如，输入/输出电流和电压)来监测变压器关于抽头变换器的健康。
而且，这些通用测量量并不总是那么容易使用。如在图3中可以看出，可以例如基于功率损耗来获得能够用于抽头变换器监测目的的信息。然而，如前所述，图3示出了低负载时的功率损耗。如果变压器经历高负载，那么从可用的测量波形中提取指示抽头变换器性能的信息并不容易，如图3似乎表明的。然后，由于与负载电流成比例的、由电感引起的绕组中的无功损耗，指示抽头变换器性能的信息可能被“淹没(drowned)”在稳态数据中。
因此可以看出，需要处理可用的通用变压器波形以便获得指示抽头变换操作的性能的信息，可以研究该信息以便例如计划维护。
本发明解决了这个问题。
解决这个问题的一种方式是通过使用监测装置。
在图4中示出了实现监测装置25的一种方式。监测装置25包括波形记录器26，该波形记录器26包括波形记录块WFR 28，该WFR 28接收呈测量的功率传输特性In、Uin、Iout和Oout形式的变压器的测量量以及抽头变换器控制信号TC_CTRL，该抽头变换器控制信号TC_CTRL是被发送到抽头变换器以便实行或开始抽头变换操作的控制信号。这种控制信号通常从抽头变换器控制单元发送，该抽头变换器控制单元作为示例可以与功率传输系统的功率控制相关联。波形记录器26还包括存储记录的波形的波形存储器WFM 30。当抽头变换器控制信号TC_CTRL由波形记录器26获得时，波形记录块28记录输入和输出电流以及输入和输出电压(如果可用)的多个波形，并且将这些波形存储在波形存储器30中。因此抽头变换器控制信号TC_CTRL的获得或接收触发了波形的记录，然后该记录继续预定时间，诸如10秒。这具有提供与抽头变换器操作明显一致的波形的优点。此外，将长度设置为使得该长度能够安全地允许进行波形预测。而且，控制信号通常在实际抽头变换操作之前，使得可以进行稳态操作波形的可靠预测。
监测装置25还包括波形分析器34，该波形分析器34包括功率损耗处理块PLH 36、电流差异处理块CDH 38和频域处理块FDP 40。这些块中的每个块都提供了获得至少一个波形的单独方式，从该至少一个波形可以提取指示抽头变换的信息。最后，波形分析器34包括信息分析块IA 43和健康数据存储器HDM 42，在该HDM 42中，存储有(加盖时间戳的)波形和/或(加盖时间戳的)抽头变换器性能指示信息以用于状态监测目的。
波形分析器34可以通过计算机或者具有相关联的程序存储器的处理器来实现，该程序存储器包括实现上述块的计算机指令。它还可以通过一个或多个专用组件来实现，诸如，实现各块的专用集成电路(ASICS)或现场可编程门阵列(FPGA)。还应该意识到，波形分析器有时仅需要包括功率损耗处理块36、电流差异处理块38和频域处理块40中的一个处理块。还应该意识到，可以省略信息分析块43，并且可以在诸如单独的监测计算机等另一实体中提供该信息分析块43的功能。
波形记录器26的实现是已知的，但是在某些方面中也可以以与波形分析器34相同的方式实现。然而，它还可以包括模拟/数字(A/D)转换器，并且还可以包括用于缩放接收的信号中的至少一些接收的信号的缩放单元。
现在还将参照图5和图6来描述操作波形分析器26以便监测变压器10的一种方式，图5示出了功率损耗处理块36的框图，图6示出了在功率损耗处理块36中执行的监测变压器10的方法中的多个方法步骤的流程图。
功率损耗处理块36包括功率损耗确定元件PLD 44、功率损耗预测元件PLP 46、功率损耗波形元件PLWF 48和波形分析元件WFA49。
如上所述，波形记录器26记录当存在由抽头变换器控制信号TC_CTRL触发的抽头变换操作时在测量端子处出现的波形，该波形存储在波形存储器30中。
记录波形还具有开始点和结束点。
为了获得指示抽头变换的性能的波形，功率损耗处理块36的功率损耗确定44元件首先从波形记录器26的波形存储器30获得记录的波形In、Uin、Iout和Uout，步骤50，这些波形因此是在第一和第二变压器侧处记录的功率传输特性的波形。
此后，功率损耗处理块处理记录的波形，以用于获得表示抽头变换操作的至少一个波形。
该第一实施例的处理涉及使用测量的功率传输特性来处理变压器的两侧上的功率传输特性之间的差异。在该第一实施例中，所讨论的功率传输特性是功率的导出特性(derived property)，并且两侧之间的差异是被表示为功率损耗波形的通过变压器的功率损耗。此外，该第一实施例的处理涉及预测与差异波形类型相同的至少一个波形，以及获得表示抽头变换操作的每个波形，作为差异波形与对应预测波形之间的差异，其中在该第一实施例中存在一个预测波形和一个差异波形。
因此，确定元件44使用输入和输出电流In、Uin、Iout和Oout波形来确定变压器的功率损耗，步骤52。在这种情况下，功率损耗可以以上面的等式(1)所示的方式而被确定。
同时，功率损耗预测元件46预测相同的功率损耗，步骤54。
该预测可以包括对变压器10的第一侧和第二侧的电流和电压的静止波形的预测。可以通过从振荡信号生成频谱并且提取重要的频率幅度来从早期观察中预测每个这种信号Uin、In、Uout、Iout。通过这些幅度，可以预测未来时间的波形。在通过引用并入本文的US8095326中更详细地描述了预测方法。
因此，预测的波形可以对应于变压器的第一侧和第二侧处的电流和电压的静止波形，即，没有任何嵌入的抽头变换信息的波形。然后，这些预测的波形可以用于形成预测的功率损耗，步骤54。
此后，功率损耗波形形成元件48确定所确定的功率损耗与预测的功率损耗之间的差异，以用于获得限定抽头变换操作的波形，步骤56。然后该差异被用作限定抽头变换操作的波形。如上所述，功率损耗的预测将表示没有抽头变换操作的稳态功率损耗。因此，在这种差异波形中，基本上只应当存在图3的先前示出的“脉冲”，从而可以容易地从波形提取指示抽头变换性能的信息。
作为示例，可以获得差异为
可以完成获得差异的一种方式是通过
ΔPloss(t)＝∑phasesVi(t)ΔIi(t)+ΔVi(t)Ii(t)+ΔVi(t)ΔIi(t) (3)
等式(3)示出了输入或输出功率变化的确定，其中i因此对输入或输出侧进行编码，并且ΔI和ΔV是预测的电流和电压波形与实际电流和电压波形之间的差异。
因此，实际功率损耗与预测的功率损耗之间的功率损耗差异将是：
ΔPloss(t)＝APin(t)-ΔPout(t) (4)
由此，已经去除了稳态分量，并且结果是表示抽头变换操作、并且实质上仅包括由于抽头变换操作而引起的功率损耗的波形。在该波形中，因此容易地确定宽度或操作持续时间ODT(例如，通过识别波形中的上升沿与下降沿之间的时间)，步骤58，以及确定幅度AMP，步骤60，该确定可以由波形分析元件49执行。然后可以将指示抽头变换操作的性能的信息(即，幅度AMP和操作持续时间ODT)与功率损耗差异波形一起存储(可能加盖时间戳)在健康数据存储器42中，以用于变压器的状态监测，步骤62。在这方面，还可以存储其它信息，诸如，初始和最终抽头位置、负载电流等。
然后健康确定和预测可以由信息分析块43执行。信息分析块43因此可以通过波形分析元件49来分析存储在存储器42中的指示抽头变换操作的信息ODT和AMP，估计变压器的磨损，并且确定何时进行维护或者确定在哪个服务窗口处替换或维修变压器。作为备选方案，可以省略功率损耗分析元件49，并且功率损耗波形元件48将功率损耗差异波形存储在健康数据存储器42中。在这种情况下，信息分析块43可以代替地从健康数据存储器42获得功率损耗差异波形，并且在确定变压器的健康时从功率损耗差异波形中提取指示抽头变换操作的信息ODT和AMP。
通过这种方式可以看出，可以使用可用波形来识别抽头变换操作以及提取抽头变换性能指示信息，而不管负载的大小如何。由此可以改进维护计划。
总之，可以看出，获得了配备有抽头变换器的变压器的改进监测，其中可以评估抽头变换器的性能。由此，可以进行更可靠的维护计划。这也可以在不需要专用抽头变换器监测传感器的情况下完成，而是仅使用传统上可用于变压器的测量量。通过这种方式，获得了使用最少的附加硬件并且不引入附加传感器且不改造波形记录器的改进监测。
已知的是，在一些变电站中，所有电压都是不可访问的，因为可以在相同线路上的远处变电站处测量一些电压。在这种情况下，没有可用的电压波形，因此不能使用功率损耗来获得可以从中提取抽头变换指示信息的波形。
还使用了预测的第二实施例解决了这种情况。
现在将参照图7和图8描述该第二实施例，其中图7示出了电流差异处理块38的框图，并且图8示出了监测变压器并且由电流差异处理块38执行的方法中的多个方法步骤的流程图。
电流差异处理块38包括电流差异确定元件CDD 64、电流差异预测元件CDP 66、电流偏差波形确定元件CDWF 68和电流差异分析元件69。
而且，在该实施例中，使用测量的功率传输特性来处理变压器的两侧上的功率传输特性之间的差异。在该第二实施例中，所讨论的功率传输特性是电流的测量的功率传输特性，并且两侧之间的差异是两侧之间的电流差异。而且，在这种情况下，该处理涉及预测与差异波形类型相同的波形，即，预测电流差异波形。该处理还包括获得表示抽头变换操作的每个波形，作为差异波形与对应预测波形之间的差异。在该第二实施例中，从该差异波形预测两个波形(一个波形在时间上向前并且一个波形在时间上向后)，并且获得至少一个波形包括获得两个偏差波形；一个偏差波形作为差异波形与第一预测的波形之间的差异，并且另一个偏差波形作为差异波形与第二预测的波形之间的差异。
为了获得指示抽头变换器的性能的至少一个波形，电流差异处理块38的电流差异确定元件66首先从波形记录器26的波形存储器30获得所有相的记录的波形In和Iout，步骤70，其中该实施例中的测量功率传输特性的波形仅包括在第一变压器侧和第二变压器侧处所记录的电流波形。
此后，电流差异确定元件64确定变压器的两侧的电流之间的电流差异Idiff，步骤72。
该电流差异可以基于针对不同相的部分电流差异的确定。
针对相p，可以获得对应的部分电流差异为
其中，是使用电流幅度的离散傅里叶变换(DFT)计算而获得的特定相的有效比率，并且取决于匝数比和电流传感器校准误差。
此后，针对所有相的总电流差异可以被确定为：
可以使用如上所述的相同的上述预测技术来预测电流差异。
因此，在该实施例中，电流差异预测元件66预测第一差异电流。可以基于上面已经根据等式(2)和(3)修改的相同等式(5)和(6)来进行该预测。此外，在这种情况下，预测是在从波形的开头朝向记录的结束的正向方向上进行的，步骤74。
然后，电流偏差波形确定元件68获得或确定第一电流偏差波形，作为实际电流差异波形与第一预测的电流差异波形之间的差异，步骤76。在该波形中，电流差异分析元件69然后可以检测抽头变换操作的开始，步骤78，例如，通过检测波形的上升沿或高的正时间导数。电流差异分析元件69也可以检测幅度。
然而，由于静止波形已经改变，所以使用第一电流偏差波形并不容易检测抽头变换操作的结束。因此，为了检测抽头变换操作的结束，电流差异预测元件66预测反向方向上的第二电流差异，反向方向即在波形记录的结束时开始并且在时间上向后进行，步骤80。
接下来，电流偏差波形确定元件68获得或确定第二电流偏差波形，作为实际电流差异波形与第二预测的电流差异波形之间的差异，步骤82。在该波形中，电流差异分析元件69然后可以检测抽头变换操作的结束，步骤84，例如，通过检测波形的下降沿或大的负时间导数。此处电流差异分析元件69也可以检测幅度。
通过组合两个电流偏差波形，电流差异分析元件69然后可以确定“脉冲”宽度或者操作持续时间，步骤86，并且通过查看任何电流偏差波形，也可以确定或获得幅度，步骤88。然后可以将指示抽头变换性能的信息存储(可能加盖时间戳)在健康数据存储器42中，步骤90。此处还可以存储其它信息，诸如，初始和最终抽头位置、负载电流等。电流偏差波形确定元件66还可以将第一和第二电流偏差波形存储在存储器42中。
此后，信息分析块43可以分析存储的信息和/或波形以用于状态监测目的。而且，如果尚未完成，则此处信息分析块43可以从电流偏差波形提取抽头变换性能指示信息。
因此，当波形记录器26没有可用的测量的电压时，第二实施例是第一实施例的备选方案。
上述两个实施例都依赖于三相中的协调的抽头变换操作。然而，对于一些抽头变换器安装来说，最值得注意的是，当存在三个单独的抽头变换器(每相一个抽头变换器)时，不同相的抽头变换操作可能不协调。因此，可以在不同相中彼此独立地执行抽头变换操作。因此，可能需要分别针对三相、关于抽头变换操作来监测变压器。
上述功率损耗和电流差异方法难以用于这种场景。
现在将参照图9和图10来描述涉及针对不同相单独地提取指示抽头变换性能的信息的第三实施例，其中图9示出了频域处理块40的框图，并且图10示出了由频域处理块40执行的监测变压器的方法中的多个方法步骤的流程图。
频域处理块40包括DFT处理元件DFT 92、差异信号形成元件DSF 94和差异信号处理元件DSH 96。
频域处理块的DFT处理元件92从波形记录器26的波形存储器30获得所有相的记录的波形In和Iout，步骤98。
而且，在该实施例中，基于测量的功率传输特性来处理变压器的两侧的功率传输特性之间的差异。而且，在该第三实施例中，功率传输特性是电流，并且两侧之间的差异是两侧之间的电流差异。然而，与前面的实施例不同，在这种情况下，在第一变压器侧和第二变压器侧上确定时间相关的离散傅里叶变换(DFT)相量，并且将时间相关的差异相量形成为这两个DFT相量之间的差异。因此，从该时间相关的差异相量提取信息。
第三实施例的操作更具体地如下：
然后，它使用DFT变换单元来提取DFT相量，步骤100。
DFT相量可以在频率分析中作为复数时变DFT幅度获得，该频率分析是针对电流的操作频率进行的，该操作频率可以是50 Hz。
作为示例，DFT相量可以获得为：
其中N＝ts/T，其中ts是采样时间间隔，T是基本周期，tk是采样时刻，并且I(ti+k)是用于在tk周围计算的时刻ti+k处的电流。
然后可以在整个波形上重复上述计算，并且在每次计算之间增加至少为一的k。
此后，差异信号形成元件94形成每个相的一个差异信号或电流差异相量，并且这通过获得相的两个电流相量之间的差异来完成，步骤102。
更具体地，该差异可以获得为
其中IDFT再一次地是DFT相量，并且n是比率。
可以通过使用值n来补充电流差异相量，n是抽头变换操作之前和之后的复数DFT比率估计的平均值。
电流差异相量可以为具有能够被检测到的宽度和幅度的相提供波形。
然后将相量差异信号提供给差异信号处理元件96，该差异信号处理元件96针对每个相确定操作持续时间，步骤104，以及确定幅度，步骤106，并且将它们存储(可能加盖时间戳)在健康数据存储器42中以用于变压器的状态监测，步骤108。差异信号形成元件94还可以将差异信号存储在该存储器42中。在这种情况下，还可以存储其它信息，诸如，初始和最终抽头位置、负载电流等。
因此，差异信号是可以从中提取指示抽头变换器性能的信息的信号，该信息诸如为操作持续时间和幅度。由此，可以针对每个相获得幅度和操作持续时间。因此，针对每个相都这样做，并且因此也可以确定抽头变换器的健康，其中相对于不同相的抽头变换操作或多或少彼此独立。
因此，可以获得也能够用于状态监测的、每个相的抽头变换器的健康的单独的测量值。这可以与第一或第二实施例中使用的任何前述监测方法一起使用。
除了已经描述的变型之外，可以进行许多变型。例如，监测装置可以仅包括被设置为与波形记录器通信的波形分析器。监测装置也可以被设置成为变压器设置的智能电子装置(IED)的一部分。
波形分析器可以以离散组件的形式实现。然而，它也可以以具有附带程序存储器的处理器的形式来实现，该程序存储器包括在处理器上运行时执行期望控制功能的计算机程序代码。携带该代码的计算机程序产品可以被提供为数据载体，诸如携带计算机程序代码的一个或多个CD ROM盘或者一个或多个记忆棒，该计算机程序代码在被加载到波形分析器中时执行上述的波形分析器功能。在图11中示出了携带计算机程序代码102的CD ROM盘110形式的一个这种数据载体。
从前面的讨论中显而易见的是，本发明可以以多种方式变化。因此应该意识到，本发明仅受到以下权利要求的限制。

Claims (15)

1.一种用于监测包括抽头变换器(16)的变压器(10)的监测装置(25)，所述变压器(10)具有被布置在第一和第二变压器侧处的至少两个磁耦合绕组(12、14)，并且所述抽头变换器(16)包括阻抗元件(R1、R2)和开关(22)，所述开关(22)被配置为当在抽头变换操作期间在两个抽头变换器位置(P1、P4)之间变换时逐渐地通过所述阻抗元件，所述监测装置包括：
波形分析器(34)，所述波形分析器(34)可操作以：
获得在所述第一和第二变压器侧处记录的测量的功率传输特性(Iin、Uin、Iout、Uout)的波形，所述测量的功率传输特性是电流和/或电压，
处理记录的波形，以用于获得表示抽头变换操作的至少一个波形，以及
从表示所述抽头变换操作的所述至少一个波形提取指示抽头变换的健康的信息(ODT、AMP)，
其中所提取的所述信息包括覆盖所述抽头变换操作的至少一部分的操作持续时间(ODT)和/或表示所述抽头变换操作的所述至少一个波形的幅度(AMP)。
2.根据权利要求1所述的监测装置(25)，其中所述波形分析器(30)在处理所述记录的波形时进一步可操作以基于所述测量的功率传输特性来确定差异波形，所述差异波形体现了所述变压器的两侧上的功率传输特性之间的差异。
3.根据权利要求2所述的监测装置(25)，其中所述差异波形是所述变压器的所述两侧上的功率传输特性的差异波形，并且所述波形分析器在处理所述记录的波形时进一步可操作以：预测与所述差异波形类型相同的至少一个波形，并且获得表示所述抽头变换操作的每个波形作为所述差异波形与对应的预测的波形之间的差异。
4.根据权利要求3所述的监测装置(25)，其中所述测量的功率传输特性包括电流和电压，所述差异波形的所述功率传输特性是功率，所述功率差异波形是功率损耗波形，并且存在一个预测的波形和差异波形。
5.根据权利要求3所述的监测装置(25)，其中所述测量的功率传输特性包括电流，所述差异波形的所述功率传输特性是电流，并且所述波形分析器单元在预测至少一个波形时可操作以从所述差异波形预测两个波形，一个波形在时间上向前并且一个波形在时间上向后，并且在获得所述至少一个波形时可操作以获得两个偏差波形，一个偏差波形作为所述差异波形与所述预测的波形中的第一预测的波形之间的差异，并且另一个偏差波形作为所述差异波形与所述预测的波形中的第二预测的波形之间的差异。
6.根据权利要求2所述的监测装置(25)，其中所述测量的功率传输特性包括电流，所述差异波形的所述功率传输特性是电流，并且所述波形分析器(26)在处理所述测量的功率传输特性的所述波形时进一步可操作以：确定在所述第一和第二变压器侧上的时间相关的离散傅里叶变换(DFT)相量，并且其中所述差异波形是这些DFT相量之间的时间相关的差异相量；以及从所述时间相关的差异相量提取所述信息。
7.根据权利要求6所述的监测装置，其中所述变压器是三相变压器，并且所述波形分析器被配置为针对每个相单独地执行所述处理，以便获得从中提取信息的、针对每个相的所述抽头变换操作的波形。
8.一种用于监测包括抽头变换器(16)的变压器(10)的方法，所述变压器具有至少两个磁耦合绕组(12、14)并且所述抽头变换器(16)包括阻抗元件(R1、R2)和开关(22)，所述开关(22)被配置为当在抽头变换操作期间在两个抽头变换器位置(P1、P4)之间变换时逐渐地通过所述阻抗元件，所述方法在保护装置(25)中被执行并且包括：
获得(50；70；98)在第一和第二变压器侧处记录的测量的功率传输特性(Iin、Uin、Iout、Uout)的波形，所述测量的功率传输特性是电流和/或电压，
处理(52、54、56；72、74、76、78、80、82、84；100、102)记录的波形，以用于获得表示抽头变换操作的至少一个波形，以及
从表示所述抽头变换操作的所述至少一个波形提取(58、60；86、88；104；106)指示抽头变换的健康的信息(ODT、AMP)，
其中所提取的所述信息包括覆盖所述抽头变换操作的至少一部分的操作持续时间(ODT)和/或表示所述抽头变换操作的所述至少一个波形的幅度(AMP)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中记录的波形的所述处理进一步包括基于所述测量的功率传输特性来确定(52；72、102)差异波形，所述差异波形体现了所述变压器的两侧上的功率传输特性之间的差异。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述差异波形是所述变压器的所述两侧上的功率传输特性的差异波形，并且所述处理所述记录的波形进一步包括：预测(54；74、80)与所述差异波形类型相同的至少一个波形，并且获得(56；76、82)表示所述抽头变换操作的每个波形作为所述差异波形与对应的预测的波形之间的差异。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述测量的功率传输特性包括电流(In、Iout)和电压(Uin、Uout)，所述差异波形的所述功率传输特性是功率，所述功率差异波形是功率损耗波形(Ploss)，并且存在一个预测的波形和差异波形。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述测量的功率传输特性包括电流(In、Iout)，所述差异波形的所述功率传输特性是电流，并且至少一个波形的所述预测包括从所述差异波形预测(74、80)两个波形，一个波形在时间上向前并且一个波形在时间上向后，并且所述至少一个波形的所述获得包括获得(76、82)两个偏差波形，一个偏差波形作为所述差异波形与所述预测的波形中的第一预测的波形之间的差异，并且另一个偏差波形作为所述差异波形与所述预测的波形中的第二预测的波形之间的差异。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述测量的功率传输特性包括电流(In、Iout)，所述差异波形的所述功率传输特性是电流，并且所述测量的功率传输特性的所述波形的所述处理进一步包括：确定(100)在所述第一和第二变压器侧上的时间相关的离散傅里叶变换(DFT)相量，其中所述差异波形是这些DFT相量之间的时间相关的差异相量；以及所述信息的所述提取包括从所述时间相关的差异相量提取所述信息。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述变压器是三相变压器，并且所述处理针对每个相被单独地执行，以便获得从中提取信息的、针对每个相的所述抽头变换操作的波形。
15.一种用于监测包括抽头变换器(16)的变压器(10)的计算机程序产品，所述变压器具有至少两个磁耦合绕组(12、14)并且所述抽头变换器包括阻抗元件(R1、R2)和开关(22)，所述开关(22)被配置为当在抽头变换操作期间在两个抽头变换器位置(P1、P4)之间变换时逐渐地通过所述阻抗元件，所述计算机程序产品包括具有计算机程序代码(112)的数据载体(110)，所述计算机程序代码(112)被配置为使监测装置(25)的波形分析器(36)：
获得在第一和第二变压器侧处记录的测量的功率传输特性(Iin、Uin、Iout、Uout)的波形，所述测量的功率传输特性是电流和/或电压，
处理记录的波形，以用于获得表示抽头变换操作的至少一个波形，以及
从表示所述抽头变换操作的所述至少一个波形提取指示抽头变换的健康的信息(ODT、AMP)，
其中所提取的所述信息包括覆盖所述抽头变换操作的至少一部分的操作持续时间(ODT)和/或表示所述抽头变换操作的所述至少一个波形的幅度(AMP)。
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