CN111999685A - 一种变压器油浸式套管运行状态综合监测系统 - Google Patents

一种变压器油浸式套管运行状态综合监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，包括零磁通电流传感器、高频脉冲电流传感器、高频信号采集卡、氢气传感器、温压一体传感器、数据采集单元和后台计算机，零磁通电流传感器、高频脉冲电流传感器均安装在被测变压器套管的末屏接地线上，氢气传感器安装在被测套管的取油口接出的三通管支管上，温压一体传感器安装在被测套管的取油口接出的三通管另一支管上，零磁通电流传感器、氢气传感器、温压一体传感器分别与数据采集单元相连，高频脉冲电流传感器通过高频信号采集卡与数据采集单元相连，数据采集单元与后台计算机相连。本发明能够实时了解变压器套管的整体绝缘状态，预防套管运行状态突变导致变压器故障进而引起电力事故。

Description

一种变压器油浸式套管运行状态综合监测系统
技术领域
本发明涉及变压器在线监测技术领域，尤其涉及一种变压器油浸式套管运行状态综合监测系统。
背景技术
电力变压器是电能传输和配送环节中进行能量转换的枢纽，其安全运行是影响电力系统安全、稳定及经济运行的重要因素。变压器套管是将变压器内部高压线引到油箱外部的出线装置，套管出现故障往往会导致变压器出现起火、爆炸等重大事故，套管是变压器的重要附件，其安全稳定运行至关重要。基于此，实现变压器套管在线监测，并及时预警套管内部潜在缺陷意义重大。
变压器套管在线监测包括电容量在线监测、介质损耗在线监测、局部放电在线监测、氢气含量在线监测、温度在线监测及压力在线监测，分别对变压器套管内部的电容量、介质损耗、局部放电、套管内部油中氢气含量、温度及压力进行监测。但是单一参量的在线监测无法准确有效的反应套管内部的运行状态，容易因监测设备故障产生误判或漏判，从而无法完全杜绝事故的发生。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种变压器油浸式套管运行状态的综合在线监测系统，能够对套管的电容量、介质损耗、局部放电、套管内部油中氢气含量、温度及压力进行在线监测，从而实时了解变压器套管的整体绝缘状态，预防套管运行状态突变导致变压器故障进而引起电力事故。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，包括零磁通电流传感器、高频脉冲电流传感器、高频信号采集卡、氢气传感器、温压一体传感器、数据采集单元和后台计算机，零磁通电流传感器、高频脉冲电流传感器均安装在被测变压器套管的末屏接地线上，氢气传感器安装在被测套管的取油口接出的三通管支管上，温压一体传感器安装在被测套管的取油口接出的三通管另一支管上，零磁通电流传感器、氢气传感器、温压一体传感器分别与数据采集单元相连，高频脉冲电流传感器通过高频信号采集卡与数据采集单元相连，数据采集单元与后台计算机相连。
进一步的，所述数据采集单元包括零磁通电流采集模块、高频信号采集卡、高频电流采集模块、氢气含量采集模块、温度压力采集模块、电源模块及MCU，零磁通电流采集模块、氢气含量采集模块、温度压力采集模块并联在相应传感器与MCU之间，高频脉冲电流传感器与高频信号采集卡相连，高频信号采集卡与高频信号采集模块相连，高频信号采集模块与MCU相连，MCU与后台计算机通信连接，电源模块分别为MCU、零磁通电流采集模块、高频电流采集模块、氢气含量采集模块、温度压力采集模块供电。
进一步的，零磁通电流采集模块包括隔离放大器HCPL7840和运算放大器LM224，隔离放大器HCPL7840的输入端与零磁通电流传感器，隔离放大器HCPL7840的输出端与运算放大器LM224的输入端相连，运算放大器LM224的输出端与MCU相连。
进一步的，氢气含量采集模块包括放大芯片AD620，放大芯片AD620的输入端与氢气传感器相连，放大芯片AD620的输出端与MCU相连。
进一步的，所述数据采集单元挂装在被测套管的变压器本体上。
进一步的，所述数据采集单元封装在防雨的金属机箱内。
进一步的，所述后台计算机通过网口与数据采集单元通讯。
进一步的，所述高频脉冲电流传感器为罗格夫斯基线圈式电流互感器。
进一步的，所述三通管安装在套管的取油口处。
进一步的，所述温压一体传感器为无源无线传感器，数据采集单元装置外壳上有天线与温压一体传感器进行通信。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1、整个监测系统集成了套管的电容量、介质损耗、局部放电、变压器套管油中氢气含量、温度及压力在线监测，可通过六种不同的监测量实现对变压器油浸式套管运行状态的综合评价和诊断，全面准确掌握套管的运行状态；
2、通过在线监测的方式取代了传统人工定期检测的方式，节省了工作量，提高了工作效率，能够实时提取监测数据，数据的时效性更好；
3、如果有一项或两项套管监测指标失灵，可根据其余指标对套管运行状态进行监测，整个综合监测系统容错率高，在实际情况下应用性强。
附图说明
图1为实施例1所述系统的实施示意图；
图2为隔离放大器HCPL7840及其外围部件的电路原理图；
图3为运算放大器LM224及其外围部件的电路原理图；
图4为放大芯片AD620及其外围部件的电路原理图；
图中：1、油浸式套管；2、套管末屏；3、温压一体传感器；4、三通管；5、氢气传感器；6、零磁通电流传感器；7、高频脉冲电流传感器；8、末屏接地线；9、数据采集单元；10、温度压力信号接收天线；11、温度压力采集模块；12、零磁通电流采集模块；13、高频信号采集卡；14、高频电流采集模块；15、氢气含量采集模块；16、供电模块；17、后台计算机。
具体实施方式
本发明提供一种变压器套管运行状态的综合在线监测系统，为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，所描述的实施例仅仅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作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。
实施例1
如图1所示，本实施例所述变压器油浸式套管运行状态综合监测系统包括温压一体传感器3、氢气传感器5、零磁通电流传感器6、高频脉冲电流传感器7、数据采集单元9、MCU和计算机17，其中数据采集单元9内除含有各采集模块外还含有高频信号采集卡13。
温压一体传感器3和氢气传感器5分别安装在三通管4的两端，三通管4的另一端安装在变压器套管的取油口上，油浸式套管1内的油通过三通管4流入温压一体传感器3和氢气传感器5，两个传感器实现对套管内变压器油温度、压力、氢气含量的测量。末屏接地线8穿心通过零磁通电流传感器6、高频脉冲电流传感器7，零磁通电流传感器6用来测量末屏接地线8中低频电流分量，高频脉冲电流传感器7用来测量末屏接地线8中因套管内部局部放电而产生的高频电流分量。温压一体传感器3采用无源无线传感器，由内部自带电池进行供电，按照设定的时间间隔对温度、压力进行采集，另外当套管内压力超过设定值时会立刻上报故障信号给数据采集单元9。零磁通电流传感器6采用零磁通漏电流互感器，高频脉冲电流传感器7采用罗格夫斯基线圈式电流互感器。
数据采集单元9包括温度压力信号接收天线10、温度压力采集模块11、零磁通电流采集模块12、高频信号采集卡13、高频电流采集模块14、氢气含量采集模块15、MCU及供电模块16。零磁通电流采集模块12、氢气含量采集模块15、温度压力采集模块11并联在相应传感器与MCU之间，高频脉冲电流传感器7与高频信号采集卡13相连，高频信号采集卡13与高频信号采集模块14相连，高频信号采集模块14与MCU相连，MCU与后台计算机通信连接。
温压一体传感器3将信号以无线通信方式通过温度压力信号接收天线10传入温度压力采集模块11；氢气传感器5与氢气含量采集模块15相连，并按图4原理图对信号进行放大；零磁通电流传感器6与零磁通电流采集模块12相连，并在12中按图2、3原理图对信号进行调理；高频脉冲电流传感器7与高频信号采集卡13相连，高频信号采集卡13对传感器采集的高频信号进行处理，并将处理好的信号上传高频电流采集模块14；供电模块16分别与温度压力信号接收天线10、温度压力采集模块11、零磁通电流采集模块12、高频信号采集卡13、高频电流采集模块14、氢气含量采集模块15相连接，向各个模块提供电能，保障数据采集单元9的正常工作。数据采集单元9与计算机17相连，将采集到的套管温度信号、压力信号、氢气含量信号、低频电流信号及高频电流信号发送至计算机17。计算机17为变电站运维人员随身携带设备或安装在变电站主控室内的设备，通过网口与数据采集单元9进行交互通讯。零磁通电流采集模块12同时接入从套管次末屏取到的套管电压，用于傅里叶变换计算套管的介质损耗时使用。
如图2、3所示，零磁通电流采集模块包括隔离放大器HCPL7840和运算放大器LM224，隔离放大器HCPL7840的输入端与零磁通电流传感器，隔离放大器HCPL7840的输出端与运算放大器LM224的输入端相连，运算放大器LM224的输出端与MCU相连。
如图4所示，氢气含量采集模块包括放大芯片AD620，放大芯片AD620的输入端与氢气传感器相连，放大芯片AD620的输出端与MCU相连。
本实施例中，数据采集单元9通过支架挂装在被测变压器本体上，大大缩短了传感器到数据采集单元传输线路的长度，减少信号在传输过程中的衰减，保证采集数据的真实性。数据采集单元9封装在防雨的金属机箱内，符合户外使用要求，达到IP65标准。
在整个系统运行过程中，温压一体传感器3将检测到的温度信号、压力信号以无线通信方式传输到数据采集单元9机箱外安装的温度压力信号接收天线10，天线10再将接收到的信号传输到温度压力采集模块11；氢气传感器5将检测到的信号传输到氢气含量采集模块15；零磁通电流传感器6将检测到的低频电流信号传输到零磁通电流采集模块12；高频脉冲电流传感器7将检测到的高频电流信号传输到高频信号采集卡13，高频信号采集卡13对高频信号进行处理，并将处理好的信号上传高频电流采集模块14。数据采集单元9将采集到的套管运行状态信息通过网口传输至计算机17，利用计算机17中的套管综合在线监测系统软件对数据进行分析处理。
计算机17利用温度压力采集模块11传输的套管内部温度、压力值，判断套管内部是否有产热、产气等情况；利用氢气含量采集模块15传输的氢气含量，判断套管内部是否有过热产氢的故障；利用零磁通电流采集模块12传输的低频电流信号以及套管电压信号，通过计算得到套管电容量以及通过傅里叶变换得到套管介质损耗值，与套管正常电容量、介质损耗值进行对比，判断套管运行状态是否正常；利用高频电流采集模块14传输的高频脉冲电流信号，对套管内部是否发生局部放电进行判断，并通过套管综合在线监测系统软件中的局部放电故障类型库，确定套管内部发生的局部放电故障类型。计算机17通过对六种监测量综合判断套管的整体运行状态，达到全面准确诊断套管运行状况的目的。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围。

Claims (10)

1.一种变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：包括零磁通电流传感器、高频脉冲电流传感器、高频信号采集卡、氢气传感器、温压一体传感器、数据采集单元和后台计算机，零磁通电流传感器、高频脉冲电流传感器均安装在被测变压器套管的末屏接地线上，氢气传感器安装在被测套管的取油口接出的三通管支管上，温压一体传感器安装在被测套管的取油口接出的三通管另一支管上，零磁通电流传感器、氢气传感器、温压一体传感器分别与数据采集单元相连，高频脉冲电流传感器通过高频信号采集卡与数据采集单元相连，数据采集单元与后台计算机相连。
2.根据权利要求1所述的变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：所述数据采集单元包括零磁通电流采集模块、高频信号采集卡、高频电流采集模块、氢气含量采集模块、温度压力采集模块、电源模块及MCU，零磁通电流采集模块、氢气含量采集模块、温度压力采集模块并联在相应传感器与MCU之间，高频脉冲电流传感器与高频信号采集卡相连，高频信号采集卡与高频信号采集模块相连，高频信号采集模块与MCU相连，MCU与后台计算机通信连接，电源模块分别为MCU、零磁通电流采集模块、高频电流采集模块、氢气含量采集模块、温度压力采集模块供电。
3.根据权利要求2所述的变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：零磁通电流采集模块包括隔离放大器HCPL7840和运算放大器LM224，隔离放大器HCPL7840的输入端与零磁通电流传感器，隔离放大器HCPL7840的输出端与运算放大器LM224的输入端相连，运算放大器LM224的输出端与MCU相连。
4.根据权利要求2所述的变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：氢气含量采集模块包括放大芯片AD620，放大芯片AD620的输入端与氢气传感器相连，放大芯片AD620的输出端与MCU相连。
5.根据权利要求1所述的变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：所述数据采集单元挂装在被测套管的变压器本体上。
6.根据权利要求1所述的变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：所述数据采集单元封装在防雨的金属机箱内。
7.根据权利要求1所述的变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：所述后台计算机通过网口与数据采集单元通讯。
8.根据权利要求1所述的变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：所述高频脉冲电流传感器为罗格夫斯基线圈式电流互感器。
9.根据权利要求1所述的变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：所述三通管安装在套管的取油口处。
10.根据权利要求1所述的变压器油浸式套管运行状态综合监测系统，其特征在于：所述温压一体传感器为无源无线传感器，数据采集单元装置外壳上有天线与温压一体传感器进行通信。
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