CN112505539A - 基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法，包括：分别对有载分接油开关的油流速度、振动烈度、振动位移、噪声、压力进行测量，输出相应的模拟电压/电流信号；信号调制与采集模块接收到模拟电压/电流信号，将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号；数字处理分析模块接收到标准数字信号后进行计算处理，得到判据值并发送至监测结果决策模块；监测结果决策模块将判据值与整定值进行对比，对有载分接油开关的运行状态进行监测。本发明对有载分接油开关的运行时产生的非电量信息进行监测，无论从精度还是使用范围，本发明均能满足电力变压器本体高温、强电磁环境要求，具有构成简单、易于实现、可靠高效等优点。
Description
技术领域
本发明涉及油浸式变压器的保护和控制技术领域，尤其是一种基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法及系统。
背景技术
有载分接开关(on-load tap-changer，OLTC)在电力系统中承担着调节无功功率、稳定电网电压的重要作用，是有载调压变压器的关键组成部分与唯一可动部件。有载分接开关根据灭弧原理不同分为真空灭弧有载分接开关和绝缘油灭弧有载分接开关，目前大容量变压器使用的多为绝缘油灭弧的有载分接开关。
由于调压过程中有载分接开关需频繁切换，绝缘油绝缘性能下降较快，所以有载分接开关的切换开关油室是独立的，不和变压器油箱连通。统计表明，OLTC异常引起的变压器故障占其总故障的20％以上，且机械故障为其主要的故障类型。另外，对高压直流输电系统的换流变压器来说，OLTC的频繁调压操作等对其运行可靠性的要求更高。因此，有必要寻求准确可靠的OLTC机械故障诊断方法，及时发现OLTC运行过程中的潜在机械隐患，确保电力系统的安全可靠运行。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种能够对有载分接油开关的油流、振动、噪声、压力4个方面的非电量信息进行测量，从而对有载分接开关的运行状态进行监测，当有载分接油开关运行发生异常的时候，及时采取正确措施的基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)超声波流量计、振动传感器、噪声传感器、压力传感器，同时分别对有载分接油开关的油流速度、振动烈度、振动位移、噪声、压力进行测量，输出相应的模拟电压/电流信号至信号调制与采集模块；
(2)信号调制与采集模块接收到模拟电压/电流信号，将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号，再输出标准数字信号至数字处理分析模块；
(3)数字处理分析模块对接收到的标准数字信号后进行计算处理，得到最终判据值并发送至监测结果决策模块；
(4)监测结果决策模块将判据值与整定值进行对比，对有载分接油开关的运行状态进行监测。
在所述步骤(1)中，所述模拟电压信号的电压值在-5V至+5V范围内，所述电流信号的电流值在-20mA至+20mA范围内。
所述步骤(2)具体是指：所述信号调制与采集模块采用数据采集卡，将超声波流量计、振动传感器、噪声传感器、压力传感器的模拟输出回路接入数据采集卡，使用数据采集卡对模拟量进行采集，将模拟信号转换为数字信号，数字信号精分辨率在16bit以上，采样频率不小于100kHz；数据采集卡与数字处理分析模块使用USB接口或RJ45网口总线进行通讯。
所述步骤(3)具体是指：所述数字处理分析模块包括流速监测模块、振动监测模块、噪声监测模块和压力监测模块；当流速测量值大于流速整定值时，流速监测模块输出1，否则输出0；振动传感器对两个维度的量进行测量判断，分别是振动烈度和振动位移，当此两个参量中有其中之一异常时，振动监测模块输出1，否则输出0；噪声传感器对有载分接开关的声音信号进行测量，当声音信号异常时，噪声监测模块输出1，否则输出0；压力传感器对有载分接开关的顶盖压力进行测量，当压力大小异常时，压力监测模块输出1，否则输出0；随后对流速监测模块、振动监测模块、噪声监测模块和压力监测模块输出值进行求和操作，得到最终判据值，若最终判据值大于等于2则认定有载分接开关状态异常。
本发明的另一目的在于提供一种基于非电量特征的有载分接油开关状态监测系统，包括：
超声波流量计，用于测量有载分接油开关的油枕连接管内的油流信息；
振动传感器，用于测量有载分接油开关的垂直方向和水平方向的振动位移、振动烈度信息；
噪声传感器，用于测量有载分接油开关的噪声信息；
压力传感器，用于测量有载分接油开关的油室压力；
信号调制与采集模块，接收超声波流量计、振动传感器、噪声传感器、压力传感器输出的模拟电压/电流信号，并将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号；
数字处理分析模块，接收信号调制与采集模块输出的标准数字信号，进行计算处理后得到判据值并发送至监测结果决策模块；
监测结果决策模块，将接收到的判据值与整定值进行对比，对有载分接油开关的运行状态进行监测。
所述超声波流量计安装在有载分接油开关的油枕连接管上，所述振动传感器分别安装在有载分接油开关的切换开关油室的顶盖和顶端侧面上，所述噪声传感器安装在有载分接油开关的切换开关油室外壁中部位置处，所述压力传感器有载分接油开关的切换开关油室顶盖上。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，本发明采用的超声波流量计、振动传感器、噪声传感器、压力传感器，都是在不破坏变压器本体结构完整性的前提下，对有载分接油开关的运行时产生的非电量信息进行监测，无论从精度还是使用范围，本发明均能满足电力变压器本体高温、强电磁环境要求；第二，本发明独立于电力网络，油流速度、振动、噪音、压力信号的测量和信号传输所受干扰较小，亦完全独立于一次回路，不向电力系统注入谐波；将信号全都处理为数字信号，再传输给数字处理分析模块完成判据算法计算，输出状态判据，完全能够满足快速、实时处理多通路、高频数据的要求；第三，本发明具有构成简单、易于实现、可靠高效等优点。
附图说明
图1是本发明的系统组成框图；
图2是本发明中综合判据算法的示意图；
图3是本发明中各个传感器的布置示意图；
图4是本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图3、4所示，一种基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)超声波流量计1、振动传感器、噪声传感器4、压力传感器5，同时分别对有载分接油开关的油流速度、振动烈度、振动位移、噪声、压力进行测量，输出相应的模拟电压/电流信号至信号调制与采集模块；
(2)信号调制与采集模块接收到模拟电压/电流信号，将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号，再输出标准数字信号至数字处理分析模块；
(3)数字处理分析模块对接收到的标准数字信号后进行计算处理，得到最终判据值并发送至监测结果决策模块；
(4)监测结果决策模块将判据值与整定值进行对比，对有载分接油开关的运行状态进行监测。
在所述步骤(1)中，所述模拟电压信号的电压值在-5V至+5V范围内，所述电流信号的电流值在-20mA至+20mA范围内。
所述步骤(2)具体是指：所述信号调制与采集模块采用数据采集卡，将超声波流量计、振动传感器、噪声传感器、压力传感器的模拟输出回路接入数据采集卡，使用数据采集卡对模拟量进行采集，将模拟信号转换为数字信号，数字信号精分辨率在16bit以上，采样频率不小于100kHz；数据采集卡与数字处理分析模块使用USB接口或RJ45网口总线进行通讯。
如图2所示，所述步骤(3)具体是指：所述数字处理分析模块包括流速监测模块、振动监测模块、噪声监测模块和压力监测模块；当流速测量值大于流速整定值时，流速监测模块输出1，否则输出0；振动传感器对两个维度的量进行测量判断，分别是振动烈度和振动位移，当此两个参量中有其中之一异常时，振动监测模块输出1，否则输出0；噪声传感器对有载分接开关的声音信号进行测量，当声音信号异常时，噪声监测模块输出1，否则输出0；压力传感器对有载分接开关的顶盖压力进行测量，当压力大小异常时，压力监测模块输出1，否则输出0；随后对流速监测模块、振动监测模块、噪声监测模块和压力监测模块输出值进行求和操作，得到最终判据值，若最终判据值大于等于2则认定有载分接开关状态异常。
如图1所示，本系统包括：
超声波流量计1，用于测量有载分接油开关的油枕连接管内的油流信息；
振动传感器，用于测量有载分接油开关的垂直方向和水平方向的振动位移、振动烈度信息，包括两个用于检测位移的第一振动传感器2和两个用于检测烈度的第二振动传感器3；
噪声传感器4，用于测量有载分接油开关的噪声信息；
压力传感器5，用于测量有载分接油开关的油室压力；
信号调制与采集模块，接收超声波流量计1、振动传感器、噪声传感器4、压力传感器5输出的模拟电压/电流信号，并将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号；
数字处理分析模块，接收信号调制与采集模块输出的标准数字信号，进行计算处理后得到判据值并发送至监测结果决策模块；
监测结果决策模块，将接收到的判据值与整定值进行对比，对有载分接油开关的运行状态进行监测。
所述超声波流量计1安装在有载分接油开关的油枕连接管上，超声波流量计1采用外夹式高频超声波流量计1，其测量频率为100Hz以上，测量误差小于1％，工作温度为-30～80℃，流速量程为-20～20m/s，外夹式高频超声波流量计1安装在瓦斯继电器前方5倍管径距离处。所述振动传感器分别安装在有载分接油开关的切换开关油室的顶盖和顶端侧面上，所述噪声传感器4安装在有载分接油开关的切换开关油室外壁中部位置处，所述压力传感器5有载分接油开关的切换开关油室顶盖上。
综上所述，本发明对于有载分接油开关，可以通过其非电量特征有效的监控其工作状态，以便在运行发生异常时可以准确实施相应的保护和控制措施。并且可以依据有载分接油开关的内部故障与外部故障的非电量特征区别，有效防止错误实施保护和控制措施，仅在有载分接油开关内部发生故障时对有载分接油开关采取措施。
Claims (6)
1.一种基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)超声波流量计、振动传感器、噪声传感器、压力传感器，同时分别对有载分接油开关的油流速度、振动烈度、振动位移、噪声、压力进行测量，输出相应的模拟电压/电流信号至信号调制与采集模块；
(2)信号调制与采集模块接收到模拟电压/电流信号，将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号，再输出标准数字信号至数字处理分析模块；
(3)数字处理分析模块对接收到的标准数字信号后进行计算处理，得到最终判据值并发送至监测结果决策模块；
(4)监测结果决策模块将判据值与整定值进行对比，对有载分接油开关的运行状态进行监测。
2.根据权利要求1所述的基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述模拟电压信号的电压值在-5V至+5V范围内，所述电流信号的电流值在-20mA至+20mA范围内。
3.根据权利要求1所述的基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法，其特征在于：所述步骤(2)具体是指：所述信号调制与采集模块采用数据采集卡，将超声波流量计、振动传感器、噪声传感器、压力传感器的模拟输出回路接入数据采集卡，使用数据采集卡对模拟量进行采集，将模拟信号转换为数字信号，数字信号精分辨率在16bit以上，采样频率不小于100kHz；数据采集卡与数字处理分析模块使用USB接口或RJ45网口总线进行通讯。
4.根据权利要求1所述的基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法，其特征在于：所述步骤(3)具体是指：所述数字处理分析模块包括流速监测模块、振动监测模块、噪声监测模块和压力监测模块；当流速测量值大于流速整定值时，流速监测模块输出1，否则输出0；振动传感器对两个维度的量进行测量判断，分别是振动烈度和振动位移，当此两个参量中有其中之一异常时，振动监测模块输出1，否则输出0；噪声传感器对有载分接开关的声音信号进行测量，当声音信号异常时，噪声监测模块输出1，否则输出0；压力传感器对有载分接开关的顶盖压力进行测量，当压力大小异常时，压力监测模块输出1，否则输出0；随后对流速监测模块、振动监测模块、噪声监测模块和压力监测模块输出值进行求和操作，得到最终判据值，若最终判据值大于等于2则认定有载分接开关状态异常。
5.实施权利要求1至4中任意一项所述的基于非电量特征的有载分接油开关状态监测方法的系统，其特征在于：包括：
超声波流量计，用于测量有载分接油开关的油枕连接管内的油流信息；
振动传感器，用于测量有载分接油开关的垂直方向和水平方向的振动位移、振动烈度信息；
噪声传感器，用于测量有载分接油开关的噪声信息；
压力传感器，用于测量有载分接油开关的油室压力；
信号调制与采集模块，接收超声波流量计、振动传感器、噪声传感器、压力传感器输出的模拟电压/电流信号，并将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号；
数字处理分析模块，接收信号调制与采集模块输出的标准数字信号，进行计算处理后得到判据值并发送至监测结果决策模块；
监测结果决策模块，将接收到的判据值与整定值进行对比，对有载分接油开关的运行状态进行监测。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述超声波流量计安装在有载分接油开关的油枕连接管上，所述振动传感器分别安装在有载分接油开关的切换开关油室的顶盖和顶端侧面上，所述噪声传感器安装在有载分接油开关的切换开关油室外壁中部位置处，所述压力传感器有载分接油开关的切换开关油室顶盖上。
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