CN111668812A - 一种主变压器双重保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主变压器双重保护系统及方法，包括保护与控制模块、上位机远程监控模块、主控单元以及智能测量分析终端，所述保护与控制模块通过内部控制芯片输出保护处理信号至信号处理模块，所述主控单元的信号端连接有智能测量分析终端，所述智能测量分析终端同步连接有变压器参数采集模块、环境参数采集模块以及电参数采集模块，通过所述智能测量分析终端处理后将信号同步至上位机远程监控模块，采用保护与控制模块以及上位机远程监控模块结合通信技术和信号处理技术，实现对电力变压器的自动监视、监测、自动控制和微机保护，避免了故障在装置内部扩大，同时避免故障影响到负载，以实现对变压器的监控和保护，提高了系统的性能。

Description

一种主变压器双重保护系统及方法

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种主变压器双重保护系统及方法。

背景技术

变压器的功能是通过电磁感应将变压器原方的交流电能传递到副方，同时还起到隔离电压、电压变换等功能，并且其广泛应用于电力系统中的发电系统、输变电系统以及配电系统等多个环节，是电力系统重要的组成设备之一。

但是目前用于主变压器双重保护系统还存在一定的缺陷：

(1)现有的电子电力变压器保护系统中的硬件配置较为复杂，其软件系统不能很好的配合就无法快速和准确的分析数据并对故障进行区分和定位，不仅保护系统的研发和生产成本较高，更可能造成部分故障被遗漏和忽略导致保护系统不完整，影响保护系统的整体性能，从而影响整个电子电力变压器的系统正常工作；

(2)现有的变压器线路较多，线路干扰会给监控保护系统带来的影响，从而导致变压器故障的误报和误停机。

发明内容

为此，本发明提供一种主变压器双重保护系统及方法，采用保护与控制模块以及上位机远程监控模块结合通信技术和信号处理技术，实现对电力变压器和电容器的自动监视、监测、自动控制和微机保护，避免了故障在装置内部扩大，同时避免故障影响到负载，以实现对变压器的监控和保护，提高了系统的性能，以解决现有技术中由于主变压器双重保护系统硬件配置较为复杂、线路干扰给监控保护系统带来的影响等问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种主变压器双重保护系统，包括保护与控制模块、上位机远程监控模块、主控单元以及智能测量分析终端，所述保护与控制模块通过内部控制芯片输出保护处理信号至信号处理模块，所述信号处理模块的信号端通过逆变电路三相输出测量信号至所述主控单元，所述主控单元的信号端连接有智能测量分析终端，所述智能测量分析终端同步连接有变压器参数采集模块、环境参数采集模块以及电参数采集模块，通过所述智能测量分析终端处理后将信号同步至上位机远程监控模块。

作为本发明的一种优选方案，所述智能测量分析终端采用嵌入式微控制器作为数据处理中心并采用两种不同通信模式连接所述变压器参数采集模块、环境参数采集模块以及电参数采集模块。

作为本发明的一种优选方案，所述电参数采集模块主要采集变压器三相交流电、零线电流以及三相交流电压，并通过电能质量分析电路实时监测三相交流电流和零线电流。

作为本发明的一种优选方案，所述电能质量分析电路采用三个单相的交流电压互感器测量三相电压数据，以分析单端电压信号的方式对输出电压进行分析。

作为本发明的一种优选方案，依据所述输出电压分析结果结合所述智能测量分析终端同步的变压器参数以及环境参数信息通过主控单元控制所述保护与控制模块发出相应指令信息。

一种主变压器双重保护方法，包括以下步骤：

S01、在变压器的控制系统上电后，所述保护与控制模块对变压器进行控制系统以及主回路两方面检查，依据控制系统对信号处理模块的自检结果执行下一步骤；

S02、判断自检结果是否满足要求，若不满足，则启动保护，若满足的进入正常运行保护状态；

S03、根据电压器的运行状态处理所述主控单元检测到的故障信号，并将故障信号反馈至所述信号处理模块，命令输出级控制信号使能关闭；

S04、判断输出级控制信号指令，控制变压器进入相应状态，并将信息同步至所述上位机远程监控模块。

作为本发明的一种优选方案，依据所述控制系统对信号处理模块的自检结果对所述保护与控制模块主回路进行自检，其步骤如下：

首先，判断断路器分闸状态以及充电电阻断路器的状态；

其次，判断三相交流电流、电压是否为零，并统计检测结果；

最后，根据检测结果反馈正常标准或者故障标志。

作为本发明的一种优选方案，根据所述保护与控制模块主回路自检结果控制变压器进入启动保护或者正常运行保护状态，所述启动保护主要时刻监测断路器状态以及系统状态，所述正常运行保护状态主要实时监测变压器实时电压有效值是否大于系统阈值，设定欠压保护计数器作为控制周期，判断输出电压有效值是否小于报警下限。

作为本发明的一种优选方案，所述控制周期内出现故障信号时，通过所述主控单元发出输入级整流器脉冲和输出级逆变器脉冲的闭锁命令，变压器状态标志位设为停机状态。

作为本发明的一种优选方案，将所述控制周期内故障信号出现频率同步至所述上位机远程监控模块供相关人员备案记录

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明实质上是主变压器双重保护系统及方法，采用保护与控制模块及上位机远程监控模块结合通信技术和信号处理技术，实现对电力变压器和电容器的自动监视、监测、自动控制和微机保护，利用变电站内传感器可采集比较齐全的数据和信息，通过主控单元的高速计算能力和逻辑判断能力，方便监视和控制电气设备的运行和操作，实现了对电力变压器和电容器的控制，确保了电力变压器及电容器故障诊断系统的有效性和准确性，结合变压器状态启动相应保护，有助于阻止能量从电网向电子电力变压器内部流动，避免故障在装置内部扩大，同时避免故障影响到负载，以实现对变压器的监控和保护，提高了系统性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中主变压器双重保护系统的结构框图；

图2为本发明实施方式中主变压器双重保护方法的流程图。

图中：

1-保护与控制模块；2-信号处理模块；3-逆变电路；4-主控单元；5-上位机远程监控模块；6-智能测量分析终端；7-嵌入式微控制器；8-变压器参数采集模块；9-环境参数采集模块；10-电参数采集模块；11-电能质量分析电路。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种主变压器双重保护系统，采用基于保护与控制模块1以及上位机远程监控模块5结合通信技术和信号处理技术，实现对电力变压器和电容器的自动监视、监测、自动控制和微机保护，利用变电站内传感器可采集比较齐全的数据和信息，通过主控单元的高速计算能力和逻辑判断能力，方便监视和控制电气设备的运行和操作，实现了对电力变压器和电容器的控制，确保了电力变压器及电容器故障诊断系统的有效性和准确性。

包括保护与控制模块1、上位机远程监控模块5、主控单元4以及智能测量分析终端6，所述保护与控制模块1通过内部控制芯片输出保护处理信号至信号处理模块2，所述信号处理模块2的信号端通过逆变电路3三相输出测量信号至所述主控单元4，所述主控单元4的信号端连接有智能测量分析终端6，所述智能测量分析终端6同步连接有变压器参数采集模块8、环境参数采集模块9以及电参数采集模块10，通过所述智能测量分析终端6处理后将信号同步至上位机远程监控模块5。

本实施例中，利用变压器参数采集模块8、环境参数采集模块9以及电参数采集模块10为在线监测和故障诊断提供全面的监测参数数据，各个模块之间能够保持独立的运行，同时也能够根据实际情况进行相互作用，这不仅能够更好的提升其使用效果，同时也能够与其他相关设备进行对接，同时能够结合实际情况反馈相应的变压器保护状态。

所述智能测量分析终端5采用嵌入式微控制器7作为数据处理中心并采用两种不同通信模式连接所述变压器参数采集模块8、环境参数采集模块9以及电参数采集模块10。

本实施例中，所述智能测量分析终端5其主要是通过多个部件共同组合而成，具体包括液晶显示器、存储器、主控芯片、无线传输器以及蜂鸣器等，在该模块中，其核心处理控制单元主要嵌入式微控制器7。

本实施例中，智能测量分析终端5在使用期间主要采取了两种不同的通信模式，具体为无线通信和有线通信，前者实际上是智能终端分析模块与变压器参数采集模块8、环境参数采集模块9以及电参数采集模块10之间的通讯，其基于433MHz无线局域网背景下来实现，而后者则主要是智能测量分析终端模块与上位机远程监控模块5之间的通讯，能够较好的针对点与点之间给予相应的支持，同时也能够实现一点与多点之间的有效连接，提供了通讯的一体化特征，能够更加安全、快速的实现通信，同时该网络还有着较为强大的发射功率，即便是距离相对较长的通讯也能够得到保证。

本实施例中，在变压器运行过程中，存储器主要用于对其以往的历史数据进行存放，同时能够与各个端口进行相互连接，从而实现与其他模块以及控制服务中心的信息传递，在智能测量分析终端模块中，其不仅需要将传感数据及时与上位机进行相互联系之外，同时还必须与其他的本地的存储设备建立起相互的联系，以免发生远程上位机无法及时接收到所传输信息的情况，或者用于对巡检进行辅助定期，在本地存储设备中，采用MicroSD卡来实施数据的存储，通过这种方法不仅具有更大的存储量，接口也相对较为简单，并且不会占据较大的体积，同时还能够有效兼容各种不同的电子设备。

所述电参数采集模块10主要采集变压器三相交流电、零线电流以及三相交流电压，并通过电能质量分析电路11实时监测三相交流电流和零线电流。

本实施例中，所述电参数采集模块10主要是通过三相交流电、零线电流、三相交流电压以及电能质量分析电路11共同组合而成，其主要是基于传感器的使用上，结合所掌握的相关数据来实现对电能质量的监测。

本实施例中，所述电参数采集模块10在针对三相交流电流和零线电流监测期间，本系统主要借助四个不同的单相穿心电流互感器来实现。

所述电能质量分析电路11采用三个单相的交流电压互感器测量三相电压数据，以分析单端电压信号的方式对输出电压进行分析。

本实施例中，电能质量分析电路11主要采用的是穿心电流互感器，通过穿心电流互感器的运用，同时电能质量分析电路11数据端还保留了一定的半开放式穿心电流互感器接口端子，这样能够更好的保证穿心电流互感器的接入范围得到有效扩展，更好的运用变压器的实际测量其能够帮助电缆直接经过互感器的中心，使得输出端能够获得相应的电压值。

依据所述输出电压分析结果结合所述智能测量分析终端6同步的变压器参数以及环境参数信息通过主控单元4控制所述保护与控制模块1发出相应指令信息。

如图2所示，一种主变压器双重保护方法，包括以下步骤：

S01、在变压器的控制系统上电后，所述保护与控制模块对变压器进行控制系统以及主回路两方面检查，依据控制系统对信号处理模块的自检结果执行下一步骤；

S02、判断自检结果是否满足要求，若不满足，则启动保护，若满足的进入正常运行保护状态；

S03、根据电压器的运行状态处理所述主控单元检测到的故障信号，并将故障信号反馈至所述信号处理模块，命令输出级控制信号使能关闭；

S04、判断输出级控制信号指令，控制变压器进入相应状态，并将信息同步至所述上位机远程监控模块。

本实施例中，变压器的保护系统针对系统运行中的不同环节设计了不同的保护状态，各个状态之间的转换关系如下：

自检状态：控制系统上电后自动进入自检状态，对控制系统和主回路电路中电气参数进行一系列的状态检查。检查全部通过之后进入待机状态，否则进入故障状态；

待机状态：在待机状态下，电子电力变压器可以接收上位机指令进入参数管理状态，也可以接收按键命令进入启动状态；

参数管理状态：只有在此状态下才可以进行参数管理，并对电子电力变压器的运行参数包括控制参数、模拟量采集参数、保护参数和保护对象等进行管理，完成后返回待机状态；

启动状态：本状态指电子电力变压器主回路给输入级和输出级直流母线电容充电至额定值并输出额定交流电压这一过程；

运行状态：电子电力变压器启动完成后进入此正常运行状态，为负荷提供能量传递功能。

故障状态：在各种状态如自检状态、启动状态和运行状态时发生故障后均进入故障状态；在此状态下若电子电力变压器之前正在运行则会先执行故障停机程序，未运行则直接进入故障状态，且在此状态下不排除故障也不人工按下故障清零按钮而直接要求启动的命令是无效的，只有在人工确定故障清除后才能再次启动。

本实施例中，保护程序按照图中电子电力变压器的系统状态分为3部分，分别在不同的状态下为系统提供监控保护功能，分别为上电时的自检保护，软启动中的启动保护以及正常运行中的运行保护，且不同的保护会针对不同的保护对象，甚至相同的保护对象的保护内容也不相同。

依据所述控制系统对信号处理模块的自检结果对所述保护与控制模块1主回路进行自检，其步骤如下：

首先，判断断路器分闸状态以及充电电阻断路器的状态；

其次，判断三相交流电流、电压是否为零，并统计检测结果；

最后，根据检测结果反馈正常标准或者故障标志。

根据所述保护与控制模块1主回路自检结果控制变压器进入启动保护或者正常运行保护状态，所述启动保护主要时刻监测断路器状态以及系统状态，所述正常运行保护状态主要实时监测变压器实时电压有效值是否大于系统阈值，设定欠压保护计数器作为控制周期，判断输出电压有效值是否小于报警下限。

本实施例中，在监控保护板主回路自检过程中，由于在主回路启动之前只有输入电压互感器因为安装在在输入断路器的电网侧因此可以检测到电压参数，而其他电压和电流互感器均应该没有任何数值显示，因此除了输入电压的数值以外的所有测量结果都应该为零，考虑到互感器有可能有零漂或受到干扰，因此所有小于额定电压或电流值的1％的数值都视为零。

本实施例中，监控保护板主回路自检完毕后会置一个标志位，表示监控保护板负责的检查已经完毕且全部正常，而当其他辅助机箱的DSP自检以及主回路检查完毕后检查其保护检查完毕的标志位，结果全部正常后方能进入待机状态进一步命令。

所述控制周期内出现故障信号时，通过所述主控单元4发出输入级整流器脉冲和输出级逆变器脉冲的闭锁命令，变压器状态标志位设为停机状态。

将所述控制周期内故障信号出现频率同步至所述上位机远程监控模块5供相关人员备案记录。

本实施例中，在故障停机流程中将先闭锁输入级整流器脉冲后闭锁输出级逆变器，这是由于某故障发生时先闭锁输入级脉冲有助于在最短时间内切断电子电力变压器与电网侧的连接并阻止能量从电网向电子电力变压器内部流动，避免故障在装置内部扩大，之后确认输入级脉冲闭锁再闭锁输出级脉冲则是为了在最短时间内切断电子电力变压器与负载之间的连接，避免故障影响到负载。

该主变压器双重保护系统及方法，采用基于保护与控制模块1以及上位机远程监控模块5结合通信技术和信号处理技术，实现对电力变压器和电容器的自动监视、监测、自动控制和微机保护，利用变电站内传感器可采集比较齐全的数据和信息，通过主控单元的高速计算能力和逻辑判断能力，方便监视和控制电气设备的运行和操作，实现了对电力变压器和电容器的控制，确保了电力变压器及电容器故障诊断系统的有效性和准确性，结合变压器状态启动相应保护，有助于阻止能量从电网向电子电力变压器内部流动，避免故障在装置内部扩大，同时避免故障影响到负载，以实现对变压器的监控和保护。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种主变压器双重保护系统，其特征在于，包括保护与控制模块(1)、上位机远程监控模块(5)、主控单元(4)以及智能测量分析终端(6)，所述保护与控制模块(1)通过内部控制芯片输出保护处理信号至信号处理模块(2)，所述信号处理模块(2)的信号端通过逆变电路(3)三相输出测量信号至所述主控单元(4)，所述主控单元(4)的信号端连接有智能测量分析终端(6)，所述智能测量分析终端(6)同步连接有变压器参数采集模块(8)、环境参数采集模块(9)以及电参数采集模块(10)，通过所述智能测量分析终端(6)处理后将信号同步至上位机远程监控模块(5)。

2.根据权利要求1所述的一种主变压器双重保护系统，其特征在于，所述智能测量分析终端(5)采用嵌入式微控制器(7)作为数据处理中心并采用两种不同通信模式连接所述变压器参数采集模块(8)、环境参数采集模块(9)以及电参数采集模块(10)。

3.根据权利要求1所述的一种主变压器双重保护系统，其特征在于，所述电参数采集模块(10)主要采集变压器三相交流电、零线电流以及三相交流电压，并通过电能质量分析电路(11)实时监测三相交流电流和零线电流。

4.根据权利要求3所述的一种主变压器双重保护系统，其特征在于，所述电能质量分析电路(11)采用三个单相的交流电压互感器测量三相电压数据，以分析单端电压信号的方式对输出电压进行分析。

5.根据权利要求4所述的一种主变压器双重保护系统，其特征在于，依据所述输出电压分析结果结合所述智能测量分析终端(6)同步的变压器参数以及环境参数信息通过主控单元(4)控制所述保护与控制模块(1)发出相应指令信息。

6.一种主变压器双重保护方法，基于如权利要求1至5任一项所述的主变压器双重保护系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

S01、在变压器的控制系统上电后，所述保护与控制模块对变压器进行控制系统以及主回路两方面检查，依据控制系统对信号处理模块的自检结果执行下一步骤；

S02、判断自检结果是否满足要求，若不满足，则启动保护，若满足的进入正常运行保护状态；

S03、根据电压器的运行状态处理所述主控单元检测到的故障信号，并将故障信号反馈至所述信号处理模块，命令输出级控制信号使能关闭；

S04、判断输出级控制信号指令，控制变压器进入相应状态，并将信息同步至所述上位机远程监控模块。

7.根据权利要求6所述的一种主变压器双重保护方法，其特征在于，依据所述控制系统对信号处理模块的自检结果对所述保护与控制模块(1)主回路进行自检，其步骤如下：

首先，判断断路器分闸状态以及充电电阻断路器的状态；

其次，判断三相交流电流、电压是否为零，并统计检测结果；

最后，根据检测结果反馈正常标准或者故障标志。

8.根据权利要求7所述的一种主变压器双重保护方法，其特征在于，根据所述保护与控制模块(1)主回路自检结果控制变压器进入启动保护或者正常运行保护状态，所述启动保护主要时刻监测断路器状态以及系统状态，所述正常运行保护状态主要实时监测变压器实时电压有效值是否大于系统阈值，设定欠压保护计数器作为控制周期，判断输出电压有效值是否小于报警下限。

9.根据权利要求8所述的一种主变压器双重保护方法，其特征在于，所述控制周期内出现故障信号时，通过所述主控单元(4)发出输入级整流器脉冲和输出级逆变器脉冲的闭锁命令，变压器状态标志位设为停机状态。

10.根据权利要求9所述的一种主变压器双重保护方法，其特征在于，将所述控制周期内故障信号出现频率同步至所述上位机远程监控模块(5)供相关人员备案记录。

Images