CN110007182A - 一种配电变压器的健康状态预警方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种配电变压器的健康状态预警方法及装置，包括：采集配电变压器的负载电流及其所在环境的环境温度；根据配电变压器的负载电流及其所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度；根据配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警。本发明通过对外部温度及配电变压器电压、电流的测量实现对配电变压器绕组热点温度的准确实时监测，并预估配电变压器所处的运行状态，为配电变压器的过载控制、配电变压器的使用效率以及配电变压器的安全稳定运行了提供重要的支持。
Description
技术领域
本发明涉及配电变压器技术领域，具体涉及一种配电变压器的健康状态预警方法及装置。
背景技术
配电变压器是配电网的关键设备之一，其寿命与变压器内部绝缘变化具有紧密联系。配电变压器热点温度即变压器内绝缘区域达到的最高点温度值，是影响绕组绝缘寿命的最重要原因之一，也是变压器负载值的最主要限制因素。当负载超过额定容量或环境温度高于设计环境温度时，变压器可能遭受一定程度的危险，并且加速老化。短时增加负载会使变压器的铜损增加，绕组热点温度升高，可能使绝缘强度暂时性降低，但是接受这种短时过负载条件比失去供电更好。过高的环境温度会使配电变压器在正常负载条件下运行时的绕组热点温度有可能超出设计规范，从而影响配电变压器的安全运行。所以当这些运行状态一旦出现时，为了避免发生故障，需要以热点温度的准确监测为依据，判断变压器能否承受短时间的过负载，变压器绕组热点温度是否超出设计规范以及是否应该降低负载或切除变压器。因此配电变压器温度监测尤其是绕组热点温度监测或估计对变压器的过载控制以及寿命评估具有重要意义。
传统配电变压器的健康状态主要以定期巡视和计划检修预试等离线测试的方式进行获取，无法实时获取设备的健康状态信息，并且对健康状态的预警结果并不准确。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种配电变压器的健康状态预警方法及装置，实时获取配电变压器的运行状态信息。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种配电变压器的健康状态预警方法，其改进之处在于，所述方法包括：
采集配电变压器的负载电流及其所在环境的环境温度；
根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度；
根据所述配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警。
优选的，所述根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度，包括：
根据所述配电变压器的负载电流确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh；
利用安装于配电变压器顶部油管内的温度传感器采集配电变压器的顶层油温θo，或者根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器的顶层油温θo；
按下式确定配电变压器绕组热点温度θh：
θh＝Δθh+θo。
进一步的，所述根据所述配电变压器的负载电流确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh，包括：
按下式确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh：
其中，Δθhr为额定电流下热点温度对顶层油温的梯度值；K为配电变压器的负载系数，y为配电变压器的电流对绕组温升的指数幂，k21和k22为热模型常数，τw为绕组时间常数，τ0为油平均时间常数，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
进一步的，所述根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器的顶层油温θo，包括：
按下式确定配电变压器的顶层油温θo：
其中，Δθor为额定损耗下顶层油温的稳态温升，K为配电变压器的负载系数，为额定电流下负载损耗与空载损耗的比值；x为总损耗对顶层油温升的指数幂，k11热模型常数，τ0为油平均时间常数，θa为环境温度，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
优选的，所述根据所述配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警，包括：
若所述绕组热点温度值高于绕组热点温度阈值，或者所述绕组热点温度值不高于绕组热点温度阈值、顶层油温升不高于顶层油温升阈值且绕组热点温度预测值高于绕组热点温度阈值，则发出健康状态预警信号，否则，结束操作。
进一步的，所述顶层油温升为顶层油温与环境温度的差值。
进一步的，所述绕组热点温度预测值的获取过程包括：
根据配电变压器的温升试验结果获得预设负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
获取配电变压器的绕组的负载率，匹配该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
将配电变压器当前的绕组热点温度与环境温度相减，获取配电变压器当前的绕组热点温升；
将配电变压器当前的绕组热点温升在该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线上对应时间点之后的时间点对应的绕组热点温升作为绕组热点温升预测值；
将绕组热点温升预测值与环境温度相加作为绕组热点温度预测值。
本发明还提供一种配电变压器的健康状态预警装置，其改进之处在于，所述装置包括：
采集模块，用于采集配电变压器的负载电流及其所在环境的环境温度；
确定模块，用于根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度；
预警模块，用于根据所述配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警。
优选的，所述确定模块包括：
顶层油温梯度确定单元，用于根据所述配电变压器的负载电流确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh；
顶层油温确定单元，用于利用安装于配电变压器顶部油管内的温度传感器采集配电变压器的顶层油温θo，或者根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器的顶层油温θo；
配电变压器绕组热点温度确定单元，用于按下式确定配电变压器绕组热点温度θh：
θh＝Δθh+θo。
进一步的，所述顶层油温梯度确定单元用于：
按下式确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh：
其中，Δθhr为额定电流下热点温度对顶层油温的梯度值；K为配电变压器的负载系数，y为配电变压器的电流对绕组温升的指数幂，k21和k22为热模型常数，τw为绕组时间常数，τ0为油平均时间常数，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
进一步的，所述顶层油温确定单元用于：
按下式确定配电变压器的顶层油温θo：
其中，Δθor为额定损耗下顶层油温的稳态温升，K为配电变压器的负载系数R为额定电流下负载损耗与空载损耗的比值；x为总损耗对顶层油温升的指数幂，k11热模型常数，τ0为油平均时间常数，θa为环境温度，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
优选的，所述预警模块用于：
若所述绕组热点温度值高于绕组热点温度阈值，或者所述绕组热点温度值不高于绕组热点温度阈值、顶层油温升不高于顶层油温升阈值且绕组热点温度预测值高于绕组热点温度阈值，则发出健康状态预警信号，否则，结束操作。
进一步的，所述顶层油温升为顶层油温与环境温度的差值。
进一步的，所述绕组热点温度预测值的获取过程包括：
根据配电变压器的温升试验结果获得预设负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
获取配电变压器的绕组的负载率，匹配该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
将配电变压器当前的绕组热点温度与环境温度相减，获取配电变压器当前的绕组热点温升；
将配电变压器当前的绕组热点温升在该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线上对应时间点之后的时间点对应的绕组热点温升作为绕组热点温升预测值；
将绕组热点温升预测值与环境温度相加作为绕组热点温度预测值。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明通过对顶层油温、配电变压器箱体温度及环境温度等外部温度以及配电变压器二次侧电压、电流的测量实现对配电变压器绕组热点温度的准确实时监测，并对变压器所处的健康状态进行预警，解决了目前对配电变压器的绕组热点温度缺乏有效在线监测以及对配电变压器的健康状态预警结果不准确的问题，为运行人员的工作提供了重要的参考依据，为配电变压器的过载控制、配电变压器的使用效率以及配电变压器的安全稳定运行提供了重要的支持。
附图说明
图1为本发明配电变压器的健康状态预警方法流程图；
图2为本发明实施例中确定配电变压器绕组热点温度方法框图；
图3为本发明配电变压器的健康状态预警装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种配电变压器的健康状态预警方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤1.采集配电变压器的负载电流及其所在环境的环境温度；
步骤2.根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度；
步骤3.根据所述配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警。
在本发明提供的实施例中，采集配电变压器的负载电流及其所在环境的环境温度之后，可以根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度，如图2所示，具体包括：
根据所述配电变压器的负载电流确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh；
利用安装于配电变压器顶部油管内的温度传感器采集配电变压器的顶层油温θo，或者根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器的顶层油温θo；
按下式确定配电变压器绕组热点温度θh：
θh＝Δθh+θo
其中，按下式确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh：
按下式确定配电变压器的顶层油温θo：
其中，Δθhr为额定电流下热点温度对顶层油温的梯度值，Δθor为额定损耗下顶层油温的稳态温升；K为配电变压器的负载系数，即负载电流与额定电流的比值；R为额定电流下负载损耗与空载损耗的比值；x为总损耗对顶层油温升的指数幂，y为配电变压器的电流对绕组温升的指数幂；θo为考虑负载下的顶层油温，θa为环境温度，k11、k21和k22为热模型常数，τw为绕组时间常数，τ0为油平均时间常数，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定；表示动态的热点温升，其中表示基本热点温升，不考虑通过热点的油流变化的影响；表示通过热点的油流变化率，是一种缓慢的变化现象；图2中的虚线表示本发明中的顶层油温θo还可以通过安装于配电变压器顶部油管内的温度传感器直接测量得到。
其中k21，k22，k11，τw，τ0 5个参数均可通过温升试验实测结果得到，每种类型的变压器数值不同。例如，油浸式配电变压器在相关标准下5个参数的推荐值依次为0.5，2，2，7min及150min。
在本发明的实施例中，使用多个DS18B20数字式温度传感器采集顶层油温、变压器外壳温度与环境温度，并且使用三相多功能电测表与电流互感器配合，采集配电变压器二次侧三相电压、电流值；
本发明提供的另一个最优实施例中，得到配电变压器的绕组热点温度之后，可以根据所述配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警，具体包括：
若所述绕组热点温度值高于绕组热点温度阈值，或者所述绕组热点温度值不高于绕组热点温度阈值、顶层油温升不高于顶层油温升阈值且绕组热点温度预测值高于绕组热点温度阈值，则发出健康状态预警信号，否则，结束操作。
其中，所述顶层油温升为顶层油温与环境温度的差值，所述绕组热点温升为绕组热点温度与环境温度的差值。
所述绕组热点温度预测值的获取过程包括：
根据配电变压器的温升试验结果获得预设负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线，不同负载率下的曲线形状相同，热点温度不同；获取配电变压器的绕组的负载率，匹配该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
将配电变压器当前的绕组热点温度与环境温度相减，获取配电变压器的绕组热点温升；
将配电变压器的绕组的当前热点温升在该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线上对应时间点之后的时间点对应的绕组热点温升作为绕组热点温升预测值；
将绕组热点温升预测值与环境温度相加作为绕组热点温度预测值。
热点温度监测过程根据模拟配电变压器长期实际运行过程的负载连续变化的温升试验结果得到热点温升与负载率、运行时间双变量的关系，利用试验数据对温升预测算法中的参数进行优化，得到适应自然油循环配点变压器热点温度预测算法的最优参数。
热点温度预警过程则依据大量温升试验与仿真计算得到的热点温升特性曲线进行。基于热点温度监测得到的实时温度值，与环境温度相减，得到实时绕组温升。绕组热点温升特性曲线与环境温度无关，具有代表性，所以可以根据实时绕组热点温升和实时负载率，对此负载率下未来一段时间内的热点温升进行预判。通过实时热点温升与负载率，找到该变压器运行状态下最接近的一条特性曲线，由于环境温度变化较慢，可将绕组热点温升在预警时间范围内与此时环境温度相加，从而实现对绕组温度的预判，即可对曲线上规定预警时间内(如2h)的运行状态点进行定位，从而判断未来预警时间内是否存在热点温度超限值的风险，也可估计在此种运行状态下变压器的可持续运行时间，提高对配电变压器温升监测和预警的准确性和实时性。此外本方案可以通过声、光、电信号等多种形式进行预警，为工作人员处置提供参考。
本方案通过外部监测数据与内部试验数据的结合，实现对变压器温升实时监测的同时，配合试验数据，对变压器运行状态进行更准确的判断，并可在必要时发出预警。
基于上述方案，本发明提供的最优实施例中，监测装置以Arduino Uno开发板为主控器件，对采集、测温、显示等模块进行协调控制。使用DS18B20温度传感器模块进行配电变压器顶层油温、油箱温度及环境温度数据采集，将测得的温度数据传送到Arduino Uno主控模块中进行数据分析和处理，并分别存入不同数组中以便显示时取用。为了获取稳定的数据，每隔固定周期采集一次数据送到Arduino控制板中。温度监测值通过LCD1602液晶显示模块显示。将历史温度数据存入SD卡存储模块中，以备分析预测和判断变压器历史运行状态之用。电流和电压采集模块通过互感器采集变压器运行过程中的电流和电压值，并通过Arduino存储到SD卡中，作为判断运行状态的参考。报警模块实现了监测值超过阈值时的鸣响报警功能，当温度数据出现异常状况时提醒工作人员需及时调整。当变压器温升达到阈值需要切除负载时，控制模块向配变监测终端发送报警信号，作为保护装置动作与否的参考。
实现本方案包括以下流程：
流程1，温度测量模块采集配电变压器顶层油温和环境温度数据，并发送到主控模块；
流程2，主控模块利用温度数据，将DS18B20温度传感器采集到的顶层油温度与环境温度值做差，计算顶层油温升，并将温度数据存入SD卡；
流程3，电压电流采集模块将通过互感器测量到的配电变压器二次侧电压、电流数据发送到主控模块，并将数据存入SD卡；
流程4，将变压器顶层油温度、环境温度和变压器顶层油温升通过LCD显示屏实时显示，电压电流值通过电压电流采集模块实时显示；
流程5，以试验测量结果和仿真计算结果为依据，对变压器顶层油温升和电压电流值进行综合判断，进行多变量全过程温度监测与预警；
流程6，当负载不高于额定值，但环境温度过高，导致热点温度在未来预警时间内将超出限值；或当负载高于额定值，且温升预计在未来预警时间内超出限值时，由预警模块发出预警，提醒工作人员关注变压器负载状况，即可以实现规定时间的热点温度超出限制预警。当热点温度计算值已经高出温度限值，或直接测量得到的顶层油温升已经超出其温升限制，由报警模块直接发出警报，提醒工作人员及时处理。
流程5中所述的实验测量结果基于光纤布喇格光栅温度传感器预埋入配电变压器绕组中，并进行多种负载条件下的温升试验得到。温度传感器在温升试验过程中直接测量绕组温度变化情况，得到各种负载下的热点温升。仿真计算结果基于有限元计算，模拟配电变压器实际运行情况仿真得到更多负载率下的热点温升，并与试验测量结果进行对比修正，用以对温升试验结果进行补充。
所述流程5，其特点在于利用油浸式变压器热点温度预测的“微分方程解法”进行绕组热点温度的监测与预警；综合温升试验实测结果和仿真计算结果对算法中的参数进行优化，由多种负载率与热点温度的关系得到适应油浸式配点变压器热点温度预测的算法最优参数，并通过负载率连续变化的温升试验模拟变压器实际运行情况，验证参数选取的准确性。热点温度预测算法以实时测量的二次侧负载电流值、顶层油温、环境温度作为多变量输入，以1min为时间步长，以热点温度为输出，通过前一时刻的测量值对后一时刻的热点温度进行预估，实现变压器运行全过程的热点温度预测，从而更准确更真实地反映内部实际绝缘受威胁程度。同时以实时测量的温度值和电压电流值作为输入，判断变压器的运行状态，估计变压器实际可运行时间，提高对配电变压器温升监测和预警的准确性和实时性。此外本方案可以通过声、光、电信号等多种形式进行预警，为工作人员处置提供参考。算法实现过程如附图2所示。
本发明还提供一种配电变压器的健康状态预警装置，如图3所示，所述装置包括：
采集模块，用于采集配电变压器的负载电流及其所在环境的环境温度；
确定模块，用于根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度；
预警模块，用于根据所述配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警。
其中，装置中的确定模块包括：
顶层油温梯度确定单元，用于根据所述配电变压器的负载电流确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh；
顶层油温确定单元，用于利用安装于配电变压器顶部油管内的温度传感器采集配电变压器的顶层油温θo，或者根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器的顶层油温θo；
配电变压器绕组热点温度确定单元，用于按下式确定配电变压器绕组热点温度θh：
θh＝Δθh+θo。
进一步的，所述顶层油温梯度确定单元用于：
按下式确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh：
其中，Δθhr为额定电流下热点温度对顶层油温的梯度值；K为配电变压器的负载系数，y为配电变压器的电流对绕组温升的指数幂，k21和k22为热模型常数，τw为绕组时间常数，τ0为油平均时间常数，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
进一步的，所述顶层油温确定单元用于：
按下式确定配电变压器的顶层油温θo：
其中，Δθor为额定损耗下顶层油温的稳态温升，K为配电变压器的负载系数R为额定电流下负载损耗与空载损耗的比值；x为总损耗对顶层油温升的指数幂，k11热模型常数，τ0为油平均时间常数，θa为环境温度，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
其中，装置中的预警模块用于：
若所述绕组热点温度值高于绕组热点温度阈值，或者所述绕组热点温度值不高于绕组热点温度阈值、顶层油温升不高于顶层油温升阈值且绕组热点温度预测值高于绕组热点温度阈值，则发出健康状态预警信号，否则，结束操作。
进一步的，所述顶层油温升为顶层油温与环境温度的差值。
进一步的，所述绕组热点温度预测值的获取过程包括：
根据配电变压器的温升试验结果获得预设负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
获取配电变压器的绕组的负载率，匹配该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
将配电变压器当前的绕组热点温度与环境温度相减，获取配电变压器当前的绕组热点温升；
将配电变压器当前的绕组热点温升在该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线上对应时间点之后的时间点对应的绕组热点温升作为绕组热点温升预测值；
将绕组热点温升预测值与环境温度相加作为绕组热点温度预测值。
本装置还可以设有宽温LCD1602显示屏，其工作温度范围可达-30～80℃，用于显示采集模块采集到的数据。
综上所述，本发明提供的一种配电变压器的健康状态预警方法及装置，通过对顶层油温、配电变压器箱体温度及环境温度等外部温度的测量，综合电压、电流信息，反映配电变压器内部的绕组热点温度，对变压器绝缘健康状况和运行情况进行准确的实时监测，有利于配电变压器运行过程中的过载控制，实现了动态增容，延长了配电变压器的使用寿命，提高了电网运行的稳定性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (14)
1.一种配电变压器的健康状态预警方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
采集配电变压器的负载电流及其所在环境的环境温度；
根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度；
根据所述配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度，包括：
根据所述配电变压器的负载电流确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh；
利用安装于配电变压器顶部油管内的温度传感器采集配电变压器的顶层油温θo，或者根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器的顶层油温θo；
按下式确定配电变压器绕组热点温度θh：
θh＝Δθh+θo。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电变压器的负载电流确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh，包括：
按下式确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh：
其中，Δθhr为额定电流下热点温度对顶层油温的梯度值；K为配电变压器的负载系数，y为配电变压器的电流对绕组温升的指数幂，k21和k22为热模型常数，τw为绕组时间常数，τ0为油平均时间常数，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器的顶层油温θo，包括：
按下式确定配电变压器的顶层油温θo：
其中，Δθor为额定损耗下顶层油温的稳态温升，K为配电变压器的负载系数，R为额定电流下负载损耗与空载损耗的比值；x为总损耗对顶层油温升的指数幂，k11热模型常数，τ0为油平均时间常数，θa为环境温度，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警，包括：
若所述绕组热点温度值高于绕组热点温度阈值，或者所述绕组热点温度值不高于绕组热点温度阈值、顶层油温升不高于顶层油温升阈值且绕组热点温度预测值高于绕组热点温度阈值，则发出健康状态预警信号，否则，结束操作。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述顶层油温升为顶层油温与环境温度的差值。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述绕组热点温度预测值的获取过程包括：
根据配电变压器的温升试验结果获得预设负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
获取配电变压器的绕组的负载率，匹配该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
将配电变压器当前的绕组热点温度与环境温度相减，获取配电变压器当前的绕组热点温升；
将配电变压器当前的绕组热点温升在该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线上对应时间点之后的时间点对应的绕组热点温升作为绕组热点温升预测值；
将绕组热点温升预测值与环境温度相加作为绕组热点温度预测值。
8.一种配电变压器的健康状态预警装置，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于采集配电变压器的负载电流及其所在环境的环境温度；
确定模块，用于根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器绕组热点温度；
预警模块，用于根据所述配电变压器的绕组热点温度进行配电变压器的健康状态预警。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：
顶层油温梯度确定单元，用于根据所述配电变压器的负载电流确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh；
顶层油温确定单元，用于利用安装于配电变压器顶部油管内的温度传感器采集配电变压器的顶层油温θo，或者根据所述配电变压器的负载电流及配电变压器所在环境的环境温度确定配电变压器的顶层油温θo；
配电变压器绕组热点温度确定单元，用于按下式确定配电变压器绕组热点温度θh：
θh＝Δθh+θo。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述顶层油温梯度确定单元用于：
按下式确定所述配电变压器的绕组热点温度对顶层油温的梯度Δθh：
其中，Δθhr为额定电流下热点温度对顶层油温的梯度值；K为配电变压器的负载系数，y为配电变压器的电流对绕组温升的指数幂，k21和k22为热模型常数，τw为绕组时间常数，τ0为油平均时间常数，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述顶层油温确定单元用于：
按下式确定配电变压器的顶层油温θo：
其中，Δθor为额定损耗下顶层油温的稳态温升，K为配电变压器的负载系数，R为额定电流下负载损耗与空载损耗的比值；x为总损耗对顶层油温升的指数幂，k11热模型常数，τ0为油平均时间常数，θa为环境温度，s为微分算子d/dt；所述K根据配电变压器的负载电流与额定电流的比值进行确定。
12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预警模块用于：
若所述绕组热点温度值高于绕组热点温度阈值，或者所述绕组热点温度值不高于绕组热点温度阈值、顶层油温升不高于顶层油温升阈值且绕组热点温度预测值高于绕组热点温度阈值，则发出健康状态预警信号，否则，结束操作。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述顶层油温升为顶层油温与环境温度的差值。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述绕组热点温度预测值的获取过程包括：
根据配电变压器的温升试验结果获得预设负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
获取配电变压器的绕组的负载率，匹配该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线；
将配电变压器当前的绕组热点温度与环境温度相减，获取配电变压器当前的绕组热点温升；
将配电变压器当前的绕组热点温升在该负载率对应的配电变压器的绕组热点温升与运行时间特性曲线上对应时间点之后的时间点对应的绕组热点温升作为绕组热点温升预测值；
将绕组热点温升预测值与环境温度相加作为绕组热点温度预测值。
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Family
ID=
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110440852A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-11-12 | 正泰电气股份有限公司 | 油浸式变压器寿命评估方法和评估装置 |
| CN111914426A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-10 | 山东德佑电气股份有限公司 | 一种基于关联分析的变压器智能维护方法 |
| CN111929618A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-13 | 广东电网有限责任公司 | 变压器监测方法及监测系统 |
| CN111947795A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-17 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种变压器过热预警方法 |
| CN112082670A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-12-15 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种基于分布式光纤传感的变压器绕组温升状态的判断方法及系统 |
| CN112117112A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-12-22 | 胡硕 | 一种变压器油温分级检测方法 |
| CN112362185A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-12 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种数字式变压器温度计 |
| CN112561408A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-03-26 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种配电变压器过载治理方法及系统 |
| CN112580187A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-03-30 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 干式变压器过热预警方法、装置、计算机设备、存储介质 |
| CN112580254A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-30 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 | 一种基于多级决策融合的换流变多维度分析和预警方法 |
| CN112598210A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-04-02 | 河北新天科创新能源技术有限公司 | 一种风电机组发电机性能评估及预警方法 |
| CN112698161A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-23 | 西南交通大学 | 一种牵引变压器套管油纸绝缘剩余寿命预测方法 |
| CN112966867A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-15 | 山东德佑电气股份有限公司 | 基于pso-bp神经网络和四分位法的变压器预警方法 |
| CN113961023A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-21 | 福建省力得自动化设备有限公司 | 基于干式变压器的温度控制系统 |
| CN114235053A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-25 | 国网山东省电力公司兰陵县供电公司 | 一种提升变压设备异常检测准确性的方法 |
| CN115660478A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-01-31 | 贵州电网有限责任公司 | 基于变压器的健康状态监测方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102427218A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-04-25 | 武汉供电公司变电检修中心 | 基于人工智能技术的变压器短期过载能力评估系统 |
| CN102957208A (zh) * | 2012-09-19 | 2013-03-06 | 北开电气集团有限公司 | 配电变压器智能监控装置及其控制方法 |
| CN202886512U (zh) * | 2012-11-13 | 2013-04-17 | 赵璞 | 一种基于iec61850标准的电力变压器在线评估装置 |
| CN203164318U (zh) * | 2012-12-30 | 2013-08-28 | 温州电力局 | 一种电力变压器评估系统 |
| CN105404936A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-03-16 | 中国电力科学研究院 | 一种配电变压器健康指数评价方法 |
| US20160252401A1 (en) * | 2013-08-23 | 2016-09-01 | Abb Inc. | Oil-immersed transformer thermal monitoring and prediction system |
| CN106706164A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-24 | 西南交通大学 | 一种基于相对热时间常数的牵引变压器热点温度监测方法 |
| CN106768480A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-31 | 国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 | 一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法 |
| CN107271079A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-10-20 | 国家电网公司 | 一种基于箱壁温度的油浸式变压器热点温度简化计算方法 |
| CN109060158A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-12-21 | 深圳太辰光通信股份有限公司 | 油浸式变压器智能温度测量装置及其数据处理方法 |
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102427218A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-04-25 | 武汉供电公司变电检修中心 | 基于人工智能技术的变压器短期过载能力评估系统 |
| CN102957208A (zh) * | 2012-09-19 | 2013-03-06 | 北开电气集团有限公司 | 配电变压器智能监控装置及其控制方法 |
| CN202886512U (zh) * | 2012-11-13 | 2013-04-17 | 赵璞 | 一种基于iec61850标准的电力变压器在线评估装置 |
| CN203164318U (zh) * | 2012-12-30 | 2013-08-28 | 温州电力局 | 一种电力变压器评估系统 |
| US20160252401A1 (en) * | 2013-08-23 | 2016-09-01 | Abb Inc. | Oil-immersed transformer thermal monitoring and prediction system |
| CN105404936A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-03-16 | 中国电力科学研究院 | 一种配电变压器健康指数评价方法 |
| CN106706164A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-24 | 西南交通大学 | 一种基于相对热时间常数的牵引变压器热点温度监测方法 |
| CN106768480A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-31 | 国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 | 一种基于热路模型获取变压器的绕阻热点温度的方法 |
| CN107271079A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-10-20 | 国家电网公司 | 一种基于箱壁温度的油浸式变压器热点温度简化计算方法 |
| CN109060158A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-12-21 | 深圳太辰光通信股份有限公司 | 油浸式变压器智能温度测量装置及其数据处理方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 安义等: "一种配电变压器热评估方法", 电测与仪表, vol. 56, no. 4 * |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110440852A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-11-12 | 正泰电气股份有限公司 | 油浸式变压器寿命评估方法和评估装置 |
| CN112117112A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-12-22 | 胡硕 | 一种变压器油温分级检测方法 |
| CN112117112B (zh) * | 2020-01-09 | 2021-12-07 | 六安科亚信息科技有限公司 | 一种变压器油温分级检测方法 |
| CN112082670A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-12-15 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种基于分布式光纤传感的变压器绕组温升状态的判断方法及系统 |
| CN111914426A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-10 | 山东德佑电气股份有限公司 | 一种基于关联分析的变压器智能维护方法 |
| CN111947795A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-17 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种变压器过热预警方法 |
| CN111929618A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-13 | 广东电网有限责任公司 | 变压器监测方法及监测系统 |
| CN112598210A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-04-02 | 河北新天科创新能源技术有限公司 | 一种风电机组发电机性能评估及预警方法 |
| CN112362185B (zh) * | 2020-11-09 | 2022-05-10 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种数字式变压器温度计 |
| CN112362185A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-12 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种数字式变压器温度计 |
| CN112580187A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-03-30 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 干式变压器过热预警方法、装置、计算机设备、存储介质 |
| CN112580254A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-30 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 | 一种基于多级决策融合的换流变多维度分析和预警方法 |
| CN112698161A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-23 | 西南交通大学 | 一种牵引变压器套管油纸绝缘剩余寿命预测方法 |
| CN112698161B (zh) * | 2020-12-02 | 2021-09-28 | 西南交通大学 | 一种牵引变压器套管油纸绝缘剩余寿命预测方法 |
| CN112561408A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-03-26 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种配电变压器过载治理方法及系统 |
| CN112966867A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-15 | 山东德佑电气股份有限公司 | 基于pso-bp神经网络和四分位法的变压器预警方法 |
| CN113961023A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-21 | 福建省力得自动化设备有限公司 | 基于干式变压器的温度控制系统 |
| CN113961023B (zh) * | 2021-10-25 | 2022-06-21 | 福建省力得自动化设备有限公司 | 基于干式变压器的温度控制系统 |
| CN114235053A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-25 | 国网山东省电力公司兰陵县供电公司 | 一种提升变压设备异常检测准确性的方法 |
| CN115660478A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-01-31 | 贵州电网有限责任公司 | 基于变压器的健康状态监测方法、装置、设备及存储介质 |
| CN115660478B (zh) * | 2022-10-25 | 2023-06-20 | 贵州电网有限责任公司 | 基于变压器的健康状态监测方法、装置、设备及存储介质 |
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| GR01 | Patent grant |