CN111044829A - 变压器套管介质损耗带电监测装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变压器套管介质损耗带电监测装置，包括取样单元、信号处理单元、微处理器单元，还包括通信单元、电源模块、人机交互模块。取样单元用于对变压器套管进行电流采样、对母线进行电压取样号；信号处理单元用于分别对取样得到的电流信号和电压信号进行处理；微处理器单元用于计算得到变压器套管的介质损耗信息；通信单元用于实现微处理器单元和后台服务器之间的通信。电源模块、人机交互模块分别与微处理器单元相连接。一种变压器套管介质损耗带电监测系统，包括前述的变压器套管介质损耗带电监测装置以及后台服务器。本发明能够实现对变压器套管介质损耗的实时带电监测，从而提高变电设备运行的可靠性，节约人力和维修成本。

Description

变压器套管介质损耗带电监测装置和系统
技术领域
本发明属于电力测量技术领域，具体涉及一种变压器套管介质损耗带电监测装置。
背景技术
随着我国国民经济的飞速发展，电力系统在不断扩大，安全可靠地供电是电力系统运行的基本要求。作为变电站主设备的变压器，它的运行情况和整个电网安全息息相关。变压器套管作为一种出线装置，主要作用是将变压器内的高压线引到油箱的外部，它是变压器的重要附件，也是十分重要的输变电设备之一。各类套管绝缘损坏导致的大面积停电会对整个国民经济造成巨大损失。研究数据表明高压套管故障占到变压器故障的40％，其中52％的高压套管故障为严重故障，会引起火灾，大面积停电等严重事故。而主变压器套管是变电站所有容性设备中最容易发生事故的容性设备。
目前对于变压器套管，主要的故障预防手段是预防性试验和定期更换，其缺陷在于：1、需要电力部门投入大量的人力和物力，会延长电网检修停电时间，对电网的经济效益产生影响；2、不能实现对于变压器套管运行状态的实时监测，更加不能够实现对于变压器套管运行状态数据的采集和管理，以及利用这些数据对于变压器套管的运行状态进行分析判断，从而确保套管的安全运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对变压器套管的运行进行实时监测，从而确保电力系统安全运行的变压器套管介质损耗带电监测装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种变压器套管介质损耗带电监测装置，用于对变压器套管的介质损耗进行实时监测，所述变压器套管介质损耗带电监测装置包括：
取样单元，所述取样单元与所述变压器套管和所述变压器所连接的母线相连接，用于对所述变压器套管进行电流采样而得到电流信号、对所述母线进行电压取样而得到电压信号；
信号处理单元，所述信号处理单元与所述取样单元相连接，用于分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理；
微处理器单元，所述微处理器单元与所述信号处理单元相连接，用于基于处理后的所述电流信号和所述电压信号计算得到所述变压器套管的介质损耗信息。
所述变压器套管介质损耗带电监测装置还包括：
通信单元，所述通信单元与所述微处理器单元相连接，用于实现所述微处理器单元和后台服务器之间的通信。
所述通信单元包括无线通信模块。
所述取样单元包括与所述变压器套管的末屏相连接并进行电流采样而得到所述电流信号的电流互感器、与所述变压器所连接的母线相连接并进行电压取样而得到所述电压信号的电压互感器。
所述电流互感器采用单匝穿心式微小电流传感器。
所述信号处理单元包括与所述取样单元相连接的信号放大模块、与所述信号放大模块相连接的信号滤波模块、与所述信号滤波模块相连接的AD采样模块，所述微处理器单元与所述AD采样模块相连接。
所述变压器套管介质损耗带电监测装置还包括与所述微处理器单元相连接的电源模块。
所述变压器套管介质损耗带电监测装置还包括与所述微处理器单元相连接的人机交互模块。
本发明还提供一种变压器套管介质损耗带电监测系统，它包括前述的变压器套管介质损耗带电监测装置以及用于根据所述变压器套管的介质损耗信息分析、判断和预测所述变压器套管绝缘的健康状态的后台服务器。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够实现对变压器套管介质损耗的实时带电监测，能够达到潜伏性故障提早发现，提早预警的目的，从而提高变电设备运行的可靠性，减少多次停电带来的损失，节约人力和维修成本。
附图说明
附图1为本发明的变压器套管介质损耗带电监测装置中取样单元的原理框图。
附图2为本发明的变压器套管介质损耗带电监测装置中除取样单元以外部分的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：如附图1和附图2所示，一种变压器套管介质损耗带电监测装置，包括取样单元、信号处理单元、微处理器单元，还包括通信单元、电源模块和人机交互模块。
取样单元与变压器套管和变压器所连接的母线相连接，用于对变压器套管进行电流采样而得到电流信号、对母线进行电压取样而得到电压信号。取样单元包括与变压器套管的末屏相连接并进行电流采样而得到电流信号的电流互感器、与变压器所连接的母线相连接并进行电压取样而得到电压信号的电压互感器。电流互感器采用高性能单匝穿心式微小电流传感器来取得套管末屏电流。
信号处理单元与取样单元相连接，用于分别对电流信号和电压信号进行处理。信号处理单元包括与取样单元相连接的信号放大模块、与信号放大模块相连接的信号滤波模块、与信号滤波模块相连接的AD采样模块，微处理器单元与AD采样模块相连接。信号放大模块用于对采集到的电流信号和电压信号进行放大，滤波模块主要完成低通滤波和对电流信号、电压信号中存在的干扰信号进行滤波，AD采样模块完成数模转换，把模拟信号转换成微处理器单元能够处理的数字信号。
微处理器单元与信号处理单元相连接，用于基于处理后的电流信号和电压信号计算得到变压器套管的介质损耗信息，完成整个装置的控制及数据处理。
通信单元与微处理器单元相连接，用于实现微处理器单元和后台服务器之间的通信。通信单元包括无线通信模块，可以通过无线方式传输数据。
电源模块与微处理器单元相连接，用于将外接电源转换为工作电压并为整个装置供电。
人机交互模块也与微处理器单元相连接，用于实现人机交互，显示介质损耗信息以及电流电压信息等。
基于上述变压器套管介质损耗带电监测装置的变压器套管介质损耗带电监测系统，包括上述变压器套管介质损耗带电监测装置以及后台服务器，后台服务器与微处理器单元相连接，用于用于根据变压器套管的介质损耗信息分析、判断和预测变压器套管绝缘的健康状态。
上述变压器套管介质损耗带电监测装置用于对变压器套管的介质损耗进行实时监测。该装置采用电流互感器和电压互感器分别从变压器套管和母线取得电流信号和电压信号，经过信号处理单元进行放大、滤波、A/D模数转换后，由微处理器单元计算得到介质损耗因数作为介质损耗信息。获得的数据还可以通过无线方式传输到后台服务器，后台服务器通过软件，可以对监测数据进行分析，给出套管当前运行状态信息，保证套管安全运行。
上述变压器套管介质损耗带电监测装置中采用的介质损耗的测量原理如下：
该装置采用高性能单匝穿心式微小电流传感器技术测量高压套管的介质损耗，不失真的采集套管末屏对地电流信号，同时从相应的PT取得电压信号，通过对数字信号的运算和处理，得出介质损耗的信息，最终利用后台软件分析，判断，预测套管绝缘的健康状态。
电网谐波含量丰富，变化快，对介损的测量有很大影响。必须进行谐波抑制。采用合适的多阶低通滤波器，可以把高次谐波限制在允许范围内，减小对介质损耗测量的影响。
然后用傅里叶级数对电压信号和电流信号进行离散变换(DFT)，将电流电压信号分解成各次谐波，得出基波后，即可求出介质损耗。
介损一般采用介质损耗角的tan值表示：
Figure BDA0002347893140000041
其中，iC表示等效电容之路的电流，iR表示等效电阻之路的电流，ak为泄露电流阻性分量的第k次谐波幅值，bk为泄露电流容性分量的第k次谐波幅值。忽略高次谐波，上式可以简化为
Figure BDA0002347893140000042
因此，基于所采集的电流和电压，分别计算泄露电流阻性分量和泄露电流容性分量，进而即可计算得到介损。
本发明研制了一种变压器套管介质损耗带电监测装置，通过对套管介质损耗的实时监测，实现对套管运行状态数据的科学分析和健康状态诊断，达到潜伏性故障提早发现，提早预警的目的，从而提高变电设备运行的可靠性。还可以实现与变电站监控后台和调度系统的结合，对变电设备运行状态的监测，实现对有故障隐患的设备有选择性提早检修，减少多次停电带来的损失，节约人力和维修成本。可以为变电站实现无人值守提供技术支持，为泛在电力物联网的建设提供技术支持。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变压器套管介质损耗带电监测装置，用于对变压器套管的介质损耗进行实时监测，其特征在于：所述变压器套管介质损耗带电监测装置包括：
取样单元，所述取样单元与所述变压器套管和所述变压器所连接的母线相连接，用于对所述变压器套管进行电流采样而得到电流信号、对所述母线进行电压取样而得到电压信号；
信号处理单元，所述信号处理单元与所述取样单元相连接，用于分别对所述电流信号和所述电压信号进行处理；
微处理器单元，所述微处理器单元与所述信号处理单元相连接，用于基于处理后的所述电流信号和所述电压信号计算得到所述变压器套管的介质损耗信息。
2.根据权利要求1所述的变压器套管介质损耗带电监测装置，其特征在于：所述变压器套管介质损耗带电监测装置还包括：
通信单元，所述通信单元与所述微处理器单元相连接，用于实现所述微处理器单元和后台服务器之间的通信。
3.根据权利要求2所述的变压器套管介质损耗带电监测装置，其特征在于：所述通信单元包括无线通信模块。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器套管介质损耗带电监测装置，其特征在于：所述取样单元包括与所述变压器套管的末屏相连接并进行电流采样而得到所述电流信号的电流互感器、与所述变压器所连接的母线相连接并进行电压取样而得到所述电压信号的电压互感器。
5.根据权利要求4所述的变压器套管介质损耗带电监测装置，其特征在于：所述电流互感器采用单匝穿心式微小电流传感器。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器套管介质损耗带电监测装置，其特征在于：所述信号处理单元包括与所述取样单元相连接的信号放大模块、与所述信号放大模块相连接的信号滤波模块、与所述信号滤波模块相连接的AD采样模块，所述微处理器单元与所述AD采样模块相连接。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器套管介质损耗带电监测装置，其特征在于：所述变压器套管介质损耗带电监测装置还包括与所述微处理器单元相连接的电源模块。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器套管介质损耗带电监测装置，其特征在：所述变压器套管介质损耗带电监测装置还包括与所述微处理器单元相连接的人机交互模块。
9.一种变压器套管介质损耗带电监测系统，其特征在于：所述变压器套管介质损耗带电监测系统包括如权利要求1至8中任一项所述的变压器套管介质损耗带电监测装置以及用于根据所述变压器套管的介质损耗信息分析、判断和预测所述变压器套管绝缘的健康状态的后台服务器。
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