CN109827679B - 配电变压器绕组温升在线监测系统以及在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于配电设备运行状态检测技术领域，具体涉及一种配电变压器绕组温升在线监测系统以及在线监测方法，包括信号采集单元、逻辑处理单元、通讯单元、电流互感器、电压互感器、室温计和客户端，所述电流互感器、电压互感器和室温计的输出端同时连接信号采集单元的输入端，信号采集单元的输出端连接逻辑处理单元的输入端，逻辑处理单元的输出端连接通讯单元的输入端，通讯单元的输出端连接客户端，本发明可以在配电变压器运行时对配线变压器三相绕组的温升变化情况进行监测，大大提高了检测的可靠性。

Description

配电变压器绕组温升在线监测系统以及在线监测方法

技术领域

本发明属于配电设备运行状态检测技术领域，具体涉及一种配电变压器绕组温升在线监测系统以及在线监测方法。

背景技术

近年来，我国电力工业迅速发展，作为电能输送的重要设备之一，变压器的安全性已经成为一个重要课题。由于配电变压器分布广、数量多、能耗占比大，其运行状况对电网供电的稳定性至关重要。其中，绕组温度异常引起的配电变压器故障非常普遍，直接影响到工业生产和用户生活用电的正常供应，很大程度上制约了国民经济的发展。

变压器绕组的热点温升是衡量变压器绕组设计优劣的一个重要指标。由于线圈绕组存在等效电阻，线圈绕组上就会消耗一定大小的有功功率损耗。这些损耗都会转化成热能，在配电变压器发生故障时，会因其过热致使设备绝缘能力遭到破坏，最终导致设备的损坏。而影响绝缘能力的最主要因素是变压器运行时的绕组温度。如果变压器运行时的绕组温度过低，变压器的能力就得不到充分利用，经济效益降低；而温度过高，不仅会使绕组或开关触头发热、绝缘材料发生老化，严重情况下会烧毁连接导体及其相关设备，发生火灾事故，引起供电中断。

鉴于此，该方法提出对配电网中常用的Dyn11型三相配电变压器实际运行工况下的绕组温升进行实时测量和估算分析，包括：实际负载下的电流、电压、环境温度等。能够真实反映其运行状态，测量结果可信度更高。同时，根据监测三相绕组的温升变化范围，发现一些常规监测方法不能发现的缺陷，准确快速的根据温升变化情况判断故障点位置，有效防范因绝缘老化造成的变压器烧毁事故发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可以在配电变压器运行时对配线变压器绕组的温升情况进行监测，大大提高了检测可靠性的配电变压器绕组温升在线监测系统以及在线监测方法。

本发明所述配电变压器绕组温升在线监测系统，包括信号采集单元、逻辑处理单元、通讯单元、电流互感器、电压互感器、室温计和客户端，所述电流互感器、电压互感器和室温计的输出端同时连接信号采集单元的输入端，信号采集单元的输出端连接逻辑处理单元的输入端，逻辑处理单元的输出端连接通讯单元的输入端，通讯单元的输出端连接客户端。

所述的配电变压器绕组温升在线监测系统的温升在线监测方法，步骤如下：

步骤1：信号采集单元获得t₁时刻配电变压器T一次侧、二次侧实际运行的三相电流、电压信号I_i1、U_i1(i＝A、B、C、a、b、c)，并同时将电流、电压信号送入逻辑处理单元；

步骤2：调节配电变压器T负载，信号采集单元获得不同负载状态下，t₂时刻配电变压器T一次侧、二次侧实际运行的三相电流、电压信号I_i2、U_i2(i＝A、B、C、a、b、c)，并将电流、电压信号送入逻辑运算单元；

步骤3：信号采集单元获得t₂时刻配电变压器T运行时的环境温度θ₂，并将t₂时刻的温度信号送入逻辑运算单元；

步骤4：逻辑运算单元将配电变压器T一次侧测得的线电流转换为相电流；

步骤5：逻辑运算单元根据T型等效电路方程式，计算得出配电变压器等效电阻R_Ak、R_Bk、R_Ck；

步骤6：逻辑运算单元根据计算得到的等效电阻值反推出配电变压器T绕组的温升；

步骤7：信号输出单元将检测结果上传，并将估算分析结果发给客户终端。

优选的，信号采集单元测量不同负荷状态下t2时刻配电变压器T的电压、电流及温度信号，应满足t₂-t₁＜4min，以保证绕组在t₁～t₂内的绕组温度不变。

优选的，逻辑运算单元将配电变压器T一次侧测得的线电流转换为相电流，计算公式为：

其中：

为配电变压器T的线电流；

为配电变压器T的相电流。

优选的，步骤5中逻辑运算单元根据T型等效电路方程式，计算得出配电变压器等效电阻R_Ak、R_Bk、R_Ck具体过程为：

则三相变压器各相的等效电阻R_AK、R_BK、R_CK可表示为：

R_Ak＝R_A+k²R_a＝R_A+R_a1

R_Bk＝R_B+k²R_b＝R_B+R_b1

R_Ck＝R_C+k2R_c＝R_C+R_c1

其中：

为配电变压器T一、二次侧三相绕组相电压值；

为配电变压器T一、二次侧各相相电流值；RA、XA为配电变压器T的A相一次侧短路电阻、电抗；R_a1、X_a1为配电变压器T二次侧折算至高压侧的短路电阻、电抗；RB、XB为配电变压器T的B相一次侧短路电阻、电抗；R_b1、X_b1为配电变压器T二次侧折算至高压侧的短路电阻、电抗；R_C、X_C为配电变压器T的C相一次侧短路电阻、电抗；R_c1、X_c1为配电变压器T二次侧折算至高压侧的短路电阻、电抗；k为配电变压器的变比，其中，m＝1，2，…，n，m为测量次数。

优选的，逻辑运算单元根据计算得到的等效电阻值反推出配电变压器T绕组的温升；计算公式为：

式中，i＝A、B、C。

τ_i——三相绕组线圈的温升，℃；

θ₁——变压器投入运行时线圈的参考温度，默认为75℃；

θ₂——t₂时刻的环境温度，℃；

R_iK——被测变压器负载运行状态下的等效电阻，Ω

R_i——被测变压器绕组温度为参考温度75℃所测得的直流电阻值，Ω。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

本发明可以在配电变压器运行时对配线变压器三相绕组的温升变化情况进行监测，大大提高了检测的可靠性。本配电变压器绕组温升在线监测方法，是在配电变压器实际运行工况下实时测量和估算分析，包括：实际负载电流、实际环境温度等等，更能真实反映其运行状态，测量结果可信度更高，而且能发现一些常规检测方法不能发现的缺陷，如果某一相绕组温升变化过大，可以给配电变压器运行管理者实时发出告警信号，及时准确的判断故障点，有效防范事故发生。能够间接监测配电变压器绝缘材料老化情况，防止过热故障造成变压器绝缘被破坏等事故的发生，保障安全可靠供电。

附图说明

图1为本发明电气原理图。

图2为本发明原理方框图。

图3为本发明监测流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1-3所示，本发明所采用的配电变压器绕组温升在线监测系统，包括：信号采集单元、逻辑处理单元以及通讯单元，电流互感器、电压互感器和室温计的输出端同时连接信号采集单元的输入端，信号采集单元的输出端连接逻辑处理单元的输入端，逻辑处理单元的输出端连接通讯单元的输入端，通讯单元的输出端连接客户端。具体的，电气原理结构包括配电变压器T，进线L₁连接配电变压器T的一次侧(高压侧)，配电变压器T的二次侧(低压侧)连接低压母线L₂，在进线L₁与配电变压器T的一次侧之间依次串联有电源侧隔离开关QS₁、电源侧断路器QF₁以及电源侧电流互感器TA₁；在配电变压器T的二次侧与低压母线L₂之间依次串联有负载侧电流互感器TA₂、负载侧断路器QF₂以及负载侧隔离开关QS₂。在配电变压器T的一次侧还设置有电压互感器，在配电变压器T的二次侧同时设置有电压互感器。

其中，配电变压器绕组温升在线监测系统中的电流互感器包括电流互感器TA₁和二次侧电流互感器TA₂；电压互感器即为上述设置在进线L₁与配电变压器T之间的一次侧电压互感器以及设置在配电变压器T与低压母线L₂之间的负载侧电压互感器(图中未画出)；温度计即为上述设置在配电室的室温计。

另外，信号采集单元用于接收电流互感器、电压互感器和温度计送入的数据，并将数据送入逻辑处理单元，逻辑处理单元接收到相应的数据之后进行计算，并对计算结果进行分析然后将分析得到的信息送入通讯单元，由通讯单元送入客户端。

所述配电变压器绕组温升在线监测方法，包括如下步骤：

步骤1001，获得t₁时刻负载状态下配电变压器T三相绕组一次侧、二次侧实际运行的电压信号(相电压)U_A1、U_B1、U_C1、U_a1、U_b1、U_c1和电流信号(相电流)I_A1、I_B1、I_C1、I_a1、I_b1、I_c1；

信号采集单元通过电流互感器TA₁、TA₂获得配电变压器T的实际运行的电流信号，并同时将配电变压器T实际运行的电流信号送入逻辑处理单元。

步骤1002，调节配电变压器T负载，获得t₂时刻配电变压器T三相绕组一次侧、二次侧实际运行的电压信号(相电压)U_A2、U_B2、U_C2、U_a2、U_b2、U_c2和电流信号(相电流)I_A2、I_B2、I_C2、I_a2、I_b2、I_c2；

信号采集单元通过电流互感器TA₁、TA₂获得配电变压器T不同负载状态下的实际运行电流信号，并同时将配电变压器T实际运行的电流信号送入逻辑处理单元。

步骤1003，获得t₂时刻配电变压器T运行时的环境温度θ₂；

信号采集单元通过室温计采集t₂时刻配电变压器T的环境温度，并同时将温度信号送入逻辑处理单元。

步骤1004，逻辑处理单元将配电变压器T一次侧测得的线电流转换为相电流

计算公式为：

其中：

为配电变压器T的线电流；

为配电变压器T的相电流。

步骤1005，逻辑处理单元根据T型等效电路计算得到配电变压器T三相绕组的等效电阻R_Ak、R_Bk、R_Ck，计算公式为：

则三相变压器各相的等效电阻R_Ak、R_Bk、R_Ck可表示为：

R_Ak＝R_A+k²R_a＝R_A+R_a1

R_Bk＝R_B+k²R_b＝R_B+R_b1

R_Ck＝R_C+k²R_c＝R_C+R_c1

其中：

为配电变压器T一、二次侧三相绕组相电压值；

为配电变压器T一、二次侧各相相电流值；RA、XA为配电变压器T的A相一次侧短路电阻、电抗；R_a1、X_a1为配电变压器T二次侧折算至高压侧的短路电阻、电抗；RB、XB为配电变压器T的B相一次侧短路电阻、电抗；R_b1、X_b1为配电变压器T二次侧折算至高压侧的短路电阻、电抗；R_C、X_C为配电变压器T的C相一次侧短路电阻、电抗；R_c1、X_c1为配电变压器T二次侧折算至高压侧的短路电阻、电抗；k为配电变压器的变比，其中，m＝1，2，…，n，m为测量次数。

步骤1006，逻辑运算单元计算得到配电变压器T绕组的温升；计算公式为：

式中，i＝A、B、C。

τ_i——三相绕组线圈的温升，℃；

θ₁——变压器投入运行时线圈的参考温度，默认为75℃；

θ₂——t₂时刻的环境温度，℃；

R_iK——被测变压器负载运行状态下的等效电阻，Ω

R_i——被测变压器绕组温度为参考温度75℃所测得的直流电阻值，Ω。

步骤1007，信号输出单元将温升分析结果发给客户终端。

逻辑处理单元将检测结果通过通讯单元发送至客户端。

本发明具体工作过程及工作原理如下：

信号采集单元根据预设定的采集时间对配电变压器T一次侧和二次侧的信号进行采集，采集的数据包括：通过一次侧电流互感器TA₁、二次侧电流互感器TA₂采集得到配电变压器T一次侧、二次侧实际运行的电流、电压及温度信号，并将上述信号送至逻辑处理单元。

逻辑处理单元根据信号采集单元送入的数据进行计算，计算得到配电变压器T的等效电阻，并根据所测的室温环境，计算得出三相绕组的温升变化。最后从逻辑处理单元通过通讯单元发送至客户端。逻辑处理单元可通过常规的控制器实现，如PLC，信号采集单元可通过常规的信号采集电路实现。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：在本实施例中，在配电变压器T绕组温升在线监测方法的步骤1002中，通过设置在配电变压器T一次侧的电流互感器TA₁、二次侧电流互感器TA₂、一次侧电压互感器以及二次侧电压互感器获得相应的电流值和电压值，然后通过改变负载，获得电流值和电压值，计算得到配电变压器T的等效电阻，最终反推出三相绕组的温升。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种配电变压器绕组温升在线监测方法，包括信号采集单元、逻辑处理单元、通讯单元、电流互感器、电压互感器、室温计和客户端，其特征在于,所述的配电变压器绕组温升在线监测系统的温升在线监测方法，步骤如下：

步骤1：信号采集单元获得t₁时刻配电变压器T一次侧、二次侧实际运行的三相电流、电压信号I_i1、U_i1(i＝A、B、C、a、b、c)，并同时将电流、电压信号送入逻辑处理单元；

步骤2：调节配电变压器T负载，信号采集单元获得不同负载状态下，t₂时刻配电变压器T一次侧、二次侧实际运行的三相电流、电压信号I_i2、U_i2(i＝A、B、C、a、b、c)，并将电流、电压信号送入逻辑运算单元；

步骤3：信号采集单元获得t₂时刻配电变压器T运行时的环境温度θ₂，并将t₂时刻的温度信号送入逻辑运算单元；

步骤4：逻辑运算单元将配电变压器T一次侧测得的线电流转换为相电流；

步骤5：逻辑运算单元根据T型等效电路方程式，计算得出配电变压器等效电阻R_Ak、R_Bk、R_Ck；

步骤6：逻辑运算单元根据计算得到的等效电阻值反推出配电变压器T绕组的温升；计算公式为：

式中，i＝A、B、C

τ_i——三相绕组线圈的温升，℃；

θ₁——变压器投入运行时线圈的参考温度；

θ₂——t₂时刻的环境温度，℃；

R_iK——被测变压器负载运行状态下的等效电阻，Ω

R_i——被测变压器绕组温度为参考温度75℃所测得的直流电阻值，Ω

步骤7：信号输出单元将检测结果上传，并将估算分析结果发给客户终端。

2.根据权利要求1所述的配电变压器绕组温升在线监测方法，其特征在于，信号采集单元测量不同负荷状态下t2时刻配电变压器T的电压、电流及温度信号，应满足t₂-t₁＜4min，以保证绕组在t₁～t₂内的绕组温度不变。

3.根据权利要求1所述的配电变压器绕组温升在线监测方法，其特征在于，逻辑运算单元将配电变压器T一次侧测得的线电流转换为相电流，计算公式为：

其中：

为配电变压器T的线电流；

为配电变压器T的相电流。

4.根据权利要求1所述的配电变压器绕组温升在线监测方法，其特征在于，步骤5中逻辑运算单元根据T型等效电路方程式，计算得出配电变压器等效电阻R_Ak、R_Bk、R_Ck具体过程为：

则三相变压器各相的等效电阻R_Ak、R_Bk、R_Ck可表示为：

R_Ak＝R_A+k²R_a＝R_A+R_a1

R_Bk＝R_B+k²R_b＝R_B+R_b1

R_Ck＝R_C+k²R_c＝R_C+R_c1

其中：

为配电变压器T一、二次侧三相绕组相电压值；

为配电变压器T一、二次侧各相相电流值；R_A、X_A为配电变压器T的A相一次侧短路电阻、电抗；R_a1、X_a1为配电变压器T二次侧折算至高压侧的短路电阻、电抗；R_B、X_B为配电变压器T的B相一次侧短路电阻、电抗；R_b1、X_b1为配电变压器T二次侧折算至高压侧的短路电阻、电抗；R_C、X_C为配电变压器T的C相一次侧短路电阻、电抗；R_c1、X_c1为配电变压器T二次侧折算至高压侧的短路电阻、电抗；k为配电变压器的变比，其中，m＝1，2，…，n，m为测量次数。

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