CN113138356A - 基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法和系统 - Google Patents

基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法和系统 Download PDF

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CN113138356A CN202110498401.4A CN202110498401A CN113138356A CN 113138356 A CN113138356 A CN 113138356A CN 202110498401 A CN202110498401 A CN 202110498401A CN 113138356 A CN113138356 A CN 113138356A
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丁雪成
王睿思
李超
吴凤娟
杨孝忠
郑励耘
刘斌
邹康
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Nanjing Jiarong Electronic Technology Co ltd
China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co Ltd
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China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，包括：实时采集油中气体在线监测数据、绕组测温在线监测数据、环境温度和环境湿度，以及包括牵引变压器顶部油温和底部油温在内的牵引变压器本体监测数据；分析油中气体故障情况，计算牵引变压器的热点温度；对油中气体分析结果和热点温度进行异常判断；针对异常分析得到故障热源，计算故障热源温度；基于油中气体热解效应分析结果，计算牵引变压器的故障功率；对牵引变压器的故障源面积进行估算；分析牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间。本发明能够分析牵引变压器的故障状态，提高牵引变压器故障诊断的准确率。

Description

基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法和系统
技术领域
本发明涉及牵引变压器故障诊断技术领域，具体而言涉及一种基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法和系统。
背景技术
牵引变压器是现代电气化路供电系统的重要部分之一。牵引变压器安全稳定的工作对现在铁路系统的运行起到至关重要的作用"。如果牵引变压器发生故障，就会给铁路牵引供电系统带来极大的影响，降低铁路的运输能力。所以为了保证铁路运输的安全运行，必须及时准确地判断出牵引变压器发生故障的故障类型，并及时做出相应的维修措施。当牵引变压器发生故障时，会出现电流和电压波动、振动、气体、电脉冲、电辐射、磁辐射和超声波等异常的现象。当前国内外对牵引变压器故障诊断的方法有两大类，分别是基于电气量和非电气量。
牵引变压器故障诊断用电气量检测的方法包括局部放电法、电压电流分析法和铁芯多点接地检测法等。用非电量进行故障检测的方法包括:油量分析法、油中气体成分含量分析法和振动在线监测法等。但每种检测方法都存在一些不足之处。例如，电流电压分析法比较容易受到网压波动的影响。油中气体成分含量分析法由于色谱分析非常复杂，这样就会对故障诊断造成较大的误差。局部放电分析法近些年来受到广泛关注，用脉冲电流法监测局部放电故障时，脉冲分辨率高但信号易受干扰;基于超声波的检测法不易受干扰，能准确定位放电点，但灵敏度低，不能定量地判断放电的大小。同时这些方法都存在投资成本高，检测结果和实际相差很大等问题。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法和系统，通过将牵引变压器油中气体监测、绕组测温在线监测、环境监测、牵引变压器本体监测结合起来，基于油中气体热解效应分析方法，分析牵引变压器的故障状态，提高牵引变压器故障诊断的准确率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本实施例公开了一种基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，所述在线监测诊断方法包括：
S1，实时采集油中气体在线监测数据、绕组测温在线监测数据、环境温度和牵引变压器顶部油温的牵引变压器本体监测数据；
S2，根据油中气体在线监测数据分析油中气体故障情况，根据绕组测温在线监测数据、牵引变压器顶部油温计算牵引变压器的热点温度；
S2，对步骤S1的油中气体分析结果和计算得到的热点温度进行异常判断，当油中气体分析结果或热点温度出现异常时，转入步骤S3，否则，转入步骤S1；
S3，针对异常分析得到故障热源，计算故障热源温度；
S4，基于油中气体热解效应分析结果，计算牵引变压器的故障功率；
S5，对牵引变压器的故障源面积进行估算；
S6，结合牵引变压器油体积容量和估算得到的牵引变压器的故障源面积，分析牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，步骤S1中，采用光纤传感器测量得到牵引变压器本体绕组温度。
进一步地，所述油中气体在线监测数据包括牵引变压器油中H2浓度、CO浓度、CO2浓度、CH4浓度、C2H2浓度、C2H4浓度、C2H6浓度、O2浓度和总烃浓度中的几种或者全部。
进一步地，步骤S2中，根据IEC60076-7，下述公式计算得到计算牵引变压器的热点温度：
当负载系数K为上升值时，对应的热点温度
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
是：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
当负载系数K为下降值时，对应的热点温度
Figure 958213DEST_PATH_IMAGE002
是：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
式中：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
是指环境温度；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
是指负载系数；
R是额定电流下负载损耗与空载损耗比值；
Figure 108572DEST_PATH_IMAGE002
是t时刻的绕组热点温度；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
是负载下的顶层油温；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
是开始时油箱内的顶层油温；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
是额定损耗下油箱内顶部油温对环境温度的温升；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
是开始时热点温度对油箱内的顶层油温的梯度；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
是额定电流下绕组平均温度对油箱内油平均温度的梯度；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
是热点系数；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
是油指数；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
是绕组指数；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
是常数系数；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
是时间常数。
进一步地，步骤S3中，根据日本的月冈、大江等提出，下述公式计算得到故障热源温度：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
是变压器温度，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE048
是
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE050
的浓度值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE052
是
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE054
的浓度值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
是
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
的浓度值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
是
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE062
的浓度值。
进一步地，步骤S4中，根据下述公式计算得到故障功率
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE064
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE066
式中，
Figure 83262DEST_PATH_IMAGE064
是故障功率，单位为KW；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE068
是理论热值，取值9.33kJ/L；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE070
是故障时间内的产气量，单位是L；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE072
是故障持续时间，单位为s；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE074
是热解效率系数，当铁芯局部过热时，
Figure 954266DEST_PATH_IMAGE074
取值为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE076
，当绕组层间短路时，
Figure 91986DEST_PATH_IMAGE074
取值为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE078
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE080
是热点温度。
进一步地，步骤S5中，根据下述公式对牵引变压器的故障源面积进行估算：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE082
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE084
是单位面积产气率，单位是
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE086
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE088
是单位时间产气量，单位是
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE090
。
进一步地，步骤S6中，根据下述公式计算牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE092
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE094
是牵引变压器油体积容量。
第二方面，本实施例公开了一种基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断系统，所述在线监测诊断系统包括：
牵引变压器综合监测装置，安装在变压器法兰盘上，通过油阀与牵引变压器连接；
牵引变压器油中气体在线监测传感器，用于实时采集油中气体在线监测数据，并将采集结果发送至牵引变压器综合监测装置；
环境监测传感器安装在牵引变压器综合监测装置下方，用于实时采集环境温度和环境湿度，并将采集结果发送至牵引变压器综合监测装置；
牵引变压器本体监测传感器，安装在变压器端子箱内，变压器端子箱预留与电源模块连接的空气开关和与通讯模块连接的通讯端子，用于分别接入牵引变压器综合监测装置的供电端口和通讯端口；采用就地柜为牵引变压器综合监测装置、牵引变压器油中气体在线监测传感器、牵引变压器绕组测温监测传感器和环境监测传感器提供电源，以及采用通讯端子将牵引变压器本体监测传感器采集的包括牵引变压器顶部油温和底部油温在内的牵引变压器本体监测数据发送至牵引变压器综合监测装置；
牵引变压器绕组测温监测传感器采用预埋在变压器内的光纤传感器，将尾纤绕接至变压器外壁上的贯通盘，穿过不锈钢穿线软管连接至牵引变压器综合监测装置，用于实时采集绕组测温在线监测数据，将采集结果发送至牵引变压器综合监测装置；不锈钢穿线软管通过固定支架焊接在变压器外壁上；
牵引变压器在线监测分析平台服务器，嵌入安装在控制室屏柜内，通过设置在预埋管内的通讯线路与牵引变压器综合监测装置连接，接收牵引变压器综合监测装置发送的监测数据，牵引变压器在线监测分析平台服务器的内部安装有牵引变压器故障分析模块，用于：
根据油中气体在线监测数据分析油中气体故障情况，根据绕组测温在线监测数据、牵引变压器顶部油温和底部油温计算牵引变压器的热点温度；
对油中气体分析结果和计算得到的热点温度进行异常判断，当油中气体分析结果或热点温度出现异常时，执行故障分析流程；
针对异常分析得到故障热源，计算故障热源温度；
基于油中气体热解效应分析结果，计算牵引变压器的故障功率；
对牵引变压器的故障源面积进行估算；
结合牵引变压器油体积容量和估算得到的牵引变压器的故障源面积，分析牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间。
本发明的有益效果是：
（1）基于牵引变压器综合故障诊断的分析方式，利用故障分析数据库，结合变压器参数，融合在线监测数据，能够实时监测牵引变压器运行状态，使得牵引变压器的故障判断更加准确，可靠性更高，提高牵引变压器故障诊断效率，减少故障误报率，提高铁路安全运行的水平。
（2）综合油中气体在线监测数据、绕组测温在线监测数据、环境温度和环境湿度，以及牵引变压器本体监测数据，利用在线监测数据、历史运行数据和牵引变压器参数，对牵引变压器进行故障诊断分析，可以有效减少各类传感器的支出，降低牵引变电所的资金投入。
附图说明
图1是基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法的流程图。
图2是基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断系统的现场安装示意图。
图3是控制室屏柜正视图。
图4是控制室屏柜背视图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
图1是基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法的流程图。参见图1，该牵引变压器在线监测诊断方法包括以下步骤：
S1，实时采集油中气体在线监测数据、绕组测温在线监测数据、环境温度和牵引变压器顶部油温的牵引变压器本体监测数据。
考虑到牵引变压器的工作方式，此处可以采用光纤传感器测量得到牵引变压器本体绕组温度，尽量减少对牵引变压器造成干扰，并且还可以通过将光纤传感器预埋于变压器内，并将在光纤传感器连接值变压器外壁贯通盘上，并根据相应的位置对应光纤预埋的位置，便于后期通信与分析。
S2，根据油中气体在线监测数据分析油中气体故障情况，根据绕组测温在线监测数据、牵引变压器顶部油温计算牵引变压器的热点温度。
（一）油中气体故障情况
在本实施例中，根据改良三比值法、大卫三角形法、立方体法分析油中气体故障情况。对应的，油中气体在线监测数据可以包括牵引变压器油中H2浓度、CO浓度、CO2浓度、CH4浓度、C2H2浓度、C2H4浓度、C2H6浓度、O2浓度和总烃浓度等，根据分析需求选择其中几种。
（二）牵引变压器的热点温度
步骤S2中，根据IEC60076-7，下述公式计算得到计算牵引变压器的热点温度：
当负载系数K为上升值时，对应的热点温度
Figure 475563DEST_PATH_IMAGE002
是：
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
当负载系数K为下降值时，对应的热点温度
Figure 183887DEST_PATH_IMAGE002
是：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE096
Figure DEST_PATH_IMAGE098
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
式中：
Figure 311112DEST_PATH_IMAGE014
是指环境温度；
Figure 834497DEST_PATH_IMAGE016
是指负载系数；
R是额定电流下负载损耗与空载损耗比值；
Figure 264342DEST_PATH_IMAGE002
是t时刻的绕组热点温度；
Figure 974809DEST_PATH_IMAGE018
是负载下的顶层油温；
Figure 453195DEST_PATH_IMAGE020
是开始时油箱内的顶层油温；
Figure 362245DEST_PATH_IMAGE022
是额定损耗下油箱内顶部油温对环境温度的温升；
Figure 697411DEST_PATH_IMAGE024
是开始时热点温度对油箱内的顶层油温的梯度；
Figure 629595DEST_PATH_IMAGE026
是额定电流下绕组平均温度对油箱内油平均温度的梯度；
Figure 973989DEST_PATH_IMAGE028
是热点系数；
Figure 423031DEST_PATH_IMAGE030
是油指数；
Figure 460257DEST_PATH_IMAGE032
是绕组指数；
Figure 410896DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 496664DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 849147DEST_PATH_IMAGE038
是常数系数；
Figure 791696DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 698472DEST_PATH_IMAGE042
是时间常数。
S2，对步骤S1的油中气体分析结果和计算得到的热点温度进行异常判断，当油中气体分析结果或热点温度出现异常时，判断牵引变压器出现故障，转入步骤S3，否则，转入步骤S1。采用两种判断结果来作为故障判决依据，极大地规避了故障漏判率。但这一举措也不可避免地增加了错判率，因此本实施例在认定其为事实故障的前提下，对步骤S2判断的故障做进一步分析处理，通过分析预测牵引变压器的发展趋势，根据发展趋势来及时发出预警信息，提高牵引变电所安全运行水平，并且相比于根据故障判断结果来发出预警信息来的更为准确可靠。
S3，针对异常分析得到故障热源，计算故障热源温度。
具体的，根据日本的月冈、大江等提出，下述公式计算得到故障热源温度：
Figure DEST_PATH_IMAGE100
式中，
Figure 853510DEST_PATH_IMAGE046
是变压器温度，
Figure 326079DEST_PATH_IMAGE048
是
Figure 157638DEST_PATH_IMAGE050
的浓度值，
Figure 82869DEST_PATH_IMAGE052
是
Figure 307177DEST_PATH_IMAGE054
的浓度值，
Figure 368674DEST_PATH_IMAGE056
是
Figure 325128DEST_PATH_IMAGE058
的浓度值，
Figure 3234DEST_PATH_IMAGE060
是
Figure 234495DEST_PATH_IMAGE062
的浓度值。
S4，基于油中气体热解效应分析结果，计算牵引变压器的故障功率。
具体的，根据绝缘油热裂解的活化能原理，下述公式计算得到故障功率
Figure 416078DEST_PATH_IMAGE064
：
Figure DEST_PATH_IMAGE102
式中，
Figure 825325DEST_PATH_IMAGE064
是故障功率，单位为KW；
Figure DEST_PATH_IMAGE104
是理论热值，取值9.33kJ/L；
Figure 193989DEST_PATH_IMAGE070
是故障时间内的产气量，单位是L；
Figure 760100DEST_PATH_IMAGE072
是故障持续时间，单位为s；
Figure 327347DEST_PATH_IMAGE074
是热解效率系数，当铁芯局部过热时，
Figure 891184DEST_PATH_IMAGE074
取值为
Figure 543882DEST_PATH_IMAGE076
，当绕组层间短路时，
Figure 913684DEST_PATH_IMAGE074
取值为
Figure 7542DEST_PATH_IMAGE078
；
Figure 70176DEST_PATH_IMAGE080
是热点温度。
S5，对牵引变压器的故障源面积进行估算。
具体的，根据基于阿累尼乌斯化学反应速度与温度关系，利用油裂解产气速率与温度关系，下述公式对牵引变压器的故障源面积进行估算：
Figure DEST_PATH_IMAGE082A
式中，
Figure 397121DEST_PATH_IMAGE084
是单位面积产气率，单位是
Figure 773875DEST_PATH_IMAGE086
；
Figure 784557DEST_PATH_IMAGE088
是单位时间产气量，单位是
Figure 18092DEST_PATH_IMAGE090
。
S6，结合牵引变压器油体积容量和估算得到的牵引变压器的故障源面积，分析牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间。
步骤S6中，根据下述公式计算牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间：
Figure DEST_PATH_IMAGE092A
式中，
Figure 583065DEST_PATH_IMAGE094
是牵引变压器油体积容量。
步骤S3-步骤S6中计算得到的故障热源温度、牵引变压器的故障功率、牵引变压器的故障源面积和牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间可以单独或者组合后作为最终的牵引变压器的故障预警依据。
第二方面，图2是基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断系统的现场安装示意图。
参见图2，该在线监测诊断系统包括牵引变压器综合监测装置、牵引变压器油中气体在线监测传感器、环境监测传感器、牵引变压器本体监测传感器、牵引变压器绕组测温监测传感器和牵引变压器在线监测分析平台服务器。
牵引变压器综合监测装置，安装在变压器法兰盘上，通过油阀与牵引变压器连接。
牵引变压器油中气体在线监测传感器，用于实时采集油中气体在线监测数据，并将采集结果发送至牵引变压器综合监测装置。
环境监测传感器安装在牵引变压器综合监测装置下方，用于实时采集环境温度和环境湿度，并将采集结果发送至牵引变压器综合监测装置。
牵引变压器本体监测传感器，安装在变压器端子箱内，变压器端子箱预留与电源模块连接的空气开关和与通讯模块连接的通讯端子，用于分别接入牵引变压器综合监测装置的供电端口和通讯端口；采用就地柜为牵引变压器综合监测装置、牵引变压器油中气体在线监测传感器、牵引变压器绕组测温监测传感器和环境监测传感器提供电源，以及采用通讯端子将牵引变压器本体监测传感器采集的牵引变压器顶部油温和底部油温发送至牵引变压器综合监测装置。
牵引变压器绕组测温监测传感器采用预埋在变压器内的光纤传感器，将尾纤绕接至变压器外壁上的贯通盘，穿过不锈钢穿线软管连接至牵引变压器综合监测装置，用于实时采集绕组测温在线监测数据，将采集结果发送至牵引变压器综合监测装置；不锈钢穿线软管通过固定支架焊接在变压器外壁上。
牵引变压器在线监测分析平台服务器，嵌入安装在控制室屏柜内，通过设置在预埋管内的通讯线路与牵引变压器综合监测装置连接，接收牵引变压器综合监测装置发送的监测数据，牵引变压器在线监测分析平台服务器的内部安装有牵引变压器故障分析模块，用于：
根据油中气体在线监测数据分析油中气体故障情况，根据绕组测温在线监测数据、牵引变压器顶部油温和底部油温计算牵引变压器的热点温度。
对油中气体分析结果和计算得到的热点温度进行异常判断，当油中气体分析结果或热点温度出现异常时，执行故障分析流程。
针对异常分析得到故障热源，计算故障热源温度。
基于油中气体热解效应分析结果，计算牵引变压器的故障功率。
对牵引变压器的故障源面积进行估算。
结合牵引变压器油体积容量和估算得到的牵引变压器的故障源面积，分析牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间。
图3是控制室屏柜正视图。图4是控制室屏柜背视图。通过控制室屏柜，用户可以直接查看牵引变压器的运行状态和故障分析结果，并且通过输入控制指令对牵引变压器进行操作实现故障应急处理。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，其特征在于，所述在线监测诊断方法包括：
S1，实时采集油中气体在线监测数据、绕组测温在线监测数据、环境温度和牵引变压器顶部油温在内的牵引变压器本体监测数据；
S2，根据油中气体在线监测数据分析油中气体故障情况，根据绕组测温在线监测数据和牵引变压器顶部油温计算牵引变压器的热点温度；
S2，对步骤S1的油中气体分析结果和计算得到的热点温度进行异常判断，当油中气体分析结果或热点温度出现异常时，转入步骤S3，否则，转入步骤S1；
S3，针对异常分析得到故障热源，计算故障热源温度；
S4，基于油中气体热解效应分析结果，计算牵引变压器的故障功率；
S5，对牵引变压器的故障源面积进行估算；
S6，结合牵引变压器油体积容量和估算得到的牵引变压器的故障源面积，分析牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间。
2.根据权利要求1所述的基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，其特征在于，步骤S1中，采用光纤传感器测量得到牵引变压器本体绕组温度。
3.根据权利要求1所述的基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，其特征在于，所述油中气体在线监测数据包括牵引变压器油中H2浓度、CO浓度、CO2浓度、CH4浓度、C2H2浓度、C2H4浓度、C2H6浓度、O2浓度和总烃浓度中的几种或者全部。
4.根据权利要求1所述的基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，其特征在于，步骤S2中，根据IEC60076-7，下述公式计算得到计算牵引变压器的热点温度：
当负载系数K为上升值时，对应的热点温度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
当负载系数K为下降值时，对应的热点温度
Figure 598721DEST_PATH_IMAGE002
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
是指环境温度；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
是指负载系数；
R是额定电流下负载损耗与空载损耗比值；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
是t时刻的绕组热点温度；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
是负载下的顶层油温；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
是开始时油箱内的顶层油温；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
是额定损耗下油箱内顶部油温对环境温度的温升；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
是开始时热点温度对油箱内的顶层油温的梯度；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
是额定电流下绕组平均温度对油箱内油平均温度的梯度；
Figure DEST_PATH_IMAGE030
是热点系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE032
是油指数；
Figure DEST_PATH_IMAGE034
是绕组指数；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure DEST_PATH_IMAGE040
是常数系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure DEST_PATH_IMAGE044
是时间常数。
5.根据权利要求1所述的基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，其特征在于，步骤S3中，根据下述公式计算得到故障热源温度：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
是变压器温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
是
Figure DEST_PATH_IMAGE052
的浓度值，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
是
Figure DEST_PATH_IMAGE056
的浓度值，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
是
Figure DEST_PATH_IMAGE060
的浓度值，
Figure DEST_PATH_IMAGE062
是
Figure DEST_PATH_IMAGE064
的浓度值。
6.根据权利要求1所述的基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，其特征在于，步骤S4中，根据下述公式计算得到故障功率
Figure DEST_PATH_IMAGE066
：
Figure DEST_PATH_IMAGE068
式中，
Figure 489097DEST_PATH_IMAGE066
是故障功率，单位为KW；
Figure DEST_PATH_IMAGE070
是理论热值，取值9.33kJ/L；
Figure DEST_PATH_IMAGE072
是故障时间内的产气量，单位是L；
Figure DEST_PATH_IMAGE074
是故障持续时间，单位为s；
Figure DEST_PATH_IMAGE076
是热解效率系数，当铁芯局部过热时，
Figure 534414DEST_PATH_IMAGE076
取值为
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，当绕组层间短路时，
Figure 929623DEST_PATH_IMAGE076
取值为
Figure DEST_PATH_IMAGE080
；
Figure DEST_PATH_IMAGE082
是热点温度。
7.根据权利要求1所述的基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，其特征在于，步骤S5中，根据下述公式对牵引变压器的故障源面积进行估算：
Figure DEST_PATH_IMAGE084
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
是单位面积产气率，单位是
Figure DEST_PATH_IMAGE088
；
Figure DEST_PATH_IMAGE090
是单位时间产气量，单位是
Figure DEST_PATH_IMAGE092
。
8.根据权利要求7所述的基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断方法，其特征在于，步骤S6中，根据下述公式计算牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间：
Figure DEST_PATH_IMAGE094
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE096
是牵引变压器油体积容量。
9.一种基于热解效应的牵引变压器在线监测诊断系统，其特征在于，所述在线监测诊断系统包括：
牵引变压器综合监测装置，安装在变压器法兰盘上，通过油阀与牵引变压器连接；
牵引变压器油中气体在线监测传感器，用于实时采集油中气体在线监测数据，并将采集结果发送至牵引变压器综合监测装置；
环境监测传感器安装在牵引变压器综合监测装置下方，用于实时采集环境温度和环境湿度，并将采集结果发送至牵引变压器综合监测装置；
牵引变压器本体监测传感器，安装在变压器端子箱内，变压器端子箱预留与电源模块连接的空气开关和与通讯模块连接的通讯端子，用于分别接入牵引变压器综合监测装置的供电端口和通讯端口；采用就地柜为牵引变压器综合监测装置、牵引变压器油中气体在线监测传感器、牵引变压器绕组测温监测传感器和环境监测传感器提供电源，以及采用通讯端子将牵引变压器本体监测传感器采集的包括牵引变压器顶部油温在内的牵引变压器本体监测数据发送至牵引变压器综合监测装置；
牵引变压器绕组测温监测传感器采用预埋在变压器内的光纤传感器，将尾纤绕接至变压器外壁上的贯通盘，穿过不锈钢穿线软管连接至牵引变压器综合监测装置，用于实时采集绕组测温在线监测数据，将采集结果发送至牵引变压器综合监测装置；不锈钢穿线软管通过固定支架焊接在变压器外壁上；
牵引变压器在线监测分析平台服务器，嵌入安装在控制室屏柜内，通过设置在预埋管内的通讯线路与牵引变压器综合监测装置连接，接收牵引变压器综合监测装置发送的监测数据，牵引变压器在线监测分析平台服务器的内部安装有牵引变压器故障分析模块，用于：
根据油中气体在线监测数据分析油中气体故障情况，根据绕组测温在线监测数据、牵引变压器顶部油温和底部油温计算牵引变压器的热点温度；
对油中气体分析结果和计算得到的热点温度进行异常判断，当油中气体分析结果或热点温度出现异常时，执行故障分析流程；
针对异常分析得到故障热源，计算故障热源温度；
基于油中气体热解效应分析结果，计算牵引变压器的故障功率；
对牵引变压器的故障源面积进行估算；
结合牵引变压器油体积容量和估算得到的牵引变压器的故障源面积，分析牵引变压器在当前故障情况下的正常运行时间。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116068322A (zh) * 2023-03-07 2023-05-05 常州太平洋电力设备(集团)有限公司 卷铁芯变压器综合参数在线监测方法、系统及服务器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484034A (zh) * 2002-09-18 2004-03-24 新疆特变电工股份有限公司 变压器在线智能监测系统及其智能分析诊断方法
CN107688156A (zh) * 2017-09-22 2018-02-13 中国铁路设计集团有限公司 一种铁路牵引变压器的智能在线监测装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484034A (zh) * 2002-09-18 2004-03-24 新疆特变电工股份有限公司 变压器在线智能监测系统及其智能分析诊断方法
CN107688156A (zh) * 2017-09-22 2018-02-13 中国铁路设计集团有限公司 一种铁路牵引变压器的智能在线监测装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
傅高金: "油浸式电力变压器负载导则指数方程解法应用探讨和对比分析", 《变压器》 *
李超: "电力变压器故障诊断系统的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *
杨启平等: "电力变压器过热故障的在线监测", 《上海电力学院学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116068322A (zh) * 2023-03-07 2023-05-05 常州太平洋电力设备(集团)有限公司 卷铁芯变压器综合参数在线监测方法、系统及服务器

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