CN113466748A - 一种配电变压器的在线绝缘监测系统及方法 - Google Patents

一种配电变压器的在线绝缘监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电变压器的在线绝缘监测系统及方法,属于配电变压器技术领域,其特征在于,至少包括:数据获取模块,用于获取变压器运行过程中的对地漏电流;数据处理模块,首先分析对地漏电流,进而获得介质损耗因数,然后通过对介质损耗因数进行分析,得到变压器在绝缘方面的一系列缺陷;通过介质损耗因数变化趋势判断出使变压器绝缘遭受破坏的具体原因,诊断出具体故障;通过对介质损耗因数进行阈值限定,实现变压器的绝缘故障预警功能;数据传输模块,用于实现数据获取模块和数据处理模块之间的数据交互。通过采用上述技术方案,本发明通过对配电变压器的绝缘状态进行监测,进而达到绝缘状态评估与绝缘故障预判的目的。

Description

一种配电变压器的在线绝缘监测系统及方法
技术领域
本发明属于配电变压器技术领域,具体涉及一种配电变压器的在线绝缘监测系统及方法。
背景技术
众所周知,配电变压器,简称“配变”,指配电系统中根据电磁感应定律变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。随着使用时间的增加,配电变压器在运行过程中会发生绝缘老化现象,通过对其进行绝缘监测可以降低其发生绝缘故障的概率,从而延长其使用寿命,同时提高电网运行的稳定性和可靠性。目前对配电变压器进行绝缘监测主要是通过定期检修来实现的。这种方式忽略了配电变压器的实际运行状态,其没有依据检测量本身所展现出来的变化趋势或与规律来进行深入发掘,亦没有从信息驱动的角度来考虑,忽略了配电变压器潜在的状态变化,从而很难实现对其绝缘状态进行评估与预测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电变压器的在线绝缘监测系统及方法,通过测控装置对配电变压器运行过程中的相关数据进行采集,之后基于过零点相位比较法对采集到的对地漏电流进行分析,进而得到变压器的tanδ值,从而获悉配电变压器的绝缘状态,最终达到对配电变压器进行绝缘状态评估与绝缘故障预判的目的。
为实现上述目的,本发明的第一目的是提供一种配电变压器的在线绝缘监测系统,至少包括:
数据获取模块,用于获取变压器运行过程中的对地漏电流;
数据处理模块,首先分析对地漏电流,进而获得介质损耗因数,然后通过对介质损耗因数进行分析,得到变压器在绝缘方面的一系列缺陷;通过介质损耗因数变化趋势判断出使变压器绝缘遭受破坏的具体原因,诊断出具体故障;通过对介质损耗因数进行阈值限定,实现变压器的绝缘故障预警功能;
数据传输模块,用于实现数据获取模块和数据处理模块之间的数据交互。
优选地:所述数据获取模块包括与变压器上预留485通讯口连接的智能测控装置。
优选地:所述数据传输模块包括无线通信设备和有线通信设备中的至少一种。
优选地:所述无线通信设备采用移动运行商提供的标准化SIM卡将配电变压器接入公网,通过公网发送数据至服务器。
优选地:所述无线通信设备包括加密模块和保持链接的协议。
优选地:所述有线通信设备采用485通信接口将采集到的数据发送到通讯管理机。再由通讯管理机将数据通过TCP协议数据发送至服务器。
本发明的第二目的是提供一种配电变压器的在线绝缘监测方法,包括如下步骤:
S1、获取变压器的运行过程中的对地漏电流;
S2、通过有线或无线方式传输对地漏电流;
S3、通过分析对地漏电流,输出分析结果;具体为:
S31、分析对地漏电流,进而获得介质损耗因数;
S32、通过对介质损耗因数进行分析,得到变压器在绝缘方面的一系列缺陷;
通过介质损耗因数变化趋势判断出使变压器绝缘遭受破坏的具体原因,诊断出具体故障;
通过对介质损耗因数进行阈值限定,实现变压器的绝缘故障预警功能。
优选地:所述S31通过下列公式实现:
Figure BDA0003126770580000021
其中:δ为电介质的电流向量和电压向量之间的夹角,tanδ为介质损耗因数,p为被测试品的有功功率,Q被测试品的无功功率,电流向量可以分解成容性电流分量和阻性电流分量,其中IR为阻性电流分量,IC为容性电流分量,φ为介质损耗角的余角。
优选地:所述S31采用过零点相位比较法来实现对tanδ的测量;具体为:变压器对地的泄露电流I经转换器转化成电压信号u1,同时,变压器母线电压u2经PT转化后得到数值较小的电压信号u3;将u1与u3输入到过零比较器模块,得到两个电压信号的相位差,即φ的角度,进而通过计算求出tanδ。
优选地:通过分析tanδ值与绝缘状态,tanδ值越大,变压器的绝缘状态越差,当tanδ超过一定数值时,其绝缘烧毁;
预设变压器tanδ的阈值,当变压器运行过程中的tanδ超过阈值,进行告警推送。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明对配电变压器的绝缘状态进行评估判断,进而对其维护,可以节约大量的人力物力。同时,能够在最大程度上减少配电变压器的运行故障,提高了其运行的安全可靠性,增加配电变压器的使用寿命;增强了产品的市场竞争力,从而满足市场接单需求。
本发明能够应用于配电变压器挂网运行过程中绝缘状态的监测,通过对采集到的数据进行分析进而对变压器进行故障预判,可以节约大量的人力物力,提高变压器运行的安全稳定性,延长其使用寿命。
附图说明
图1为过零点相位比较法测量tanδ原理图;
图2为本发明优选实施例的框架示意图;
图3为本发明优选实施例的流程图。
具体实施方式
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。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。
请参阅图1至图2,本发明提供一种技术方案:
一种配电变压器的在线绝缘监测系统,包括:
数据获取模块,用于获取变压器运行过程中的对地漏电流;
数据处理模块,首先分析对地漏电流,进而获得介质损耗因数,然后通过对介质损耗因数进行分析,得到变压器在绝缘方面的一系列缺陷;通过介质损耗因数变化趋势判断出使变压器绝缘遭受破坏的具体原因,诊断出具体故障;通过对介质损耗因数进行阈值限定,实现变压器的绝缘故障预警功能;
数据传输模块,用于实现数据获取模块和数据处理模块之间的数据交互。
具体实现环节:
(1)数据采集环节。
基于配电变压器上预留的485通讯口,通过485总线将智能测控装置与变压器进行集成,进而能够实时地感知变压器运行过程中的对地漏电流,从而实现在不断电的情况下,实时地采集其运行数据。
(2)数据传输环节。
由于配电变压器的工作环境比较恶劣,因此网络信号比较差,同时很有可能不存在有线网络接入。因此,在本专利中,为了能够实现所采集数据的实时接发,集成之后的配电变压器支持有线与无线两种数据通信方式,根据其工作现场的具体情况来决定采用具体的数据通信方式。若其工作环境通信信号良好,则采用无线传输;若通信信号较差,则考虑接入网线,采用有线传输的通信方式。两种通信方式的具体传输过程如下:
在无线传输中,采用移动运行商提供的标准化SIM(工业级)卡将配电变压器接入公网,通过公网发送数据至服务器。此外,考虑到数据通过公网传输,因此需要增加加密措施(加密模块)和保持链接的协议,从而使得数据传输安全可靠。同时,在通讯协议上,基于Modbus协议,根据设备量和通信需求,设计了通讯协议传输数据,进一步保证了通信的高效性和可扩展性。
对于有线传输,将采.取485通信接口将采集到的数据发送到通讯管理机。再由通讯管理机将数据通过TCP协议将数据发送至本地服务器。整个传输路径均采用标准的通信协议且服务器位于本地,因此无需额外设计校验和加密协议。
(3)数据分析环节。
介质损耗因数—tanδ是变压器绝缘的重要性能指标,通过对tanδ进行分析,可以得到变压器在绝缘方面的一系列缺陷:如绝缘受潮、套管脏污或老化、绝缘气隙发生放电等。同时,不同绝缘故障的tanδ曲线存在较大差异,因而通过其变化趋势可以进一步判断出使其绝缘遭受破坏的具体原因,诊断出具体故障,提高运维效率。另一方面,通过对tanδ值进行阈值限定,可以实现变压器的绝缘故障预警功能,及时进行维护从而避免变压器的绝缘性能发生不可逆破坏,最终提高变压器的使用寿命,进一步使用户的收益有所提高,进而提高公司产品的竞争力,从而提升公司的接单能力。
在交变电场作用下,电介质的电流向量和电压向量之间的夹角(功率因数角φ)的余角(δ),简称介损角。介质损耗正切值tanδ,又称介质损耗因数,是指介质损耗角正切值。介质损耗因数的定义如下:
Figure BDA0003126770580000051
δ为电介质的电流向量和电压向量之间的夹角,tanδ为介质损耗因数,p为被测试品的有功功率,Q被测试品的无功功率,电流向量可以分解成容性电流分量和阻性电流分量,其中IR为阻性电流分量,IC为容性电流分量,φ为介质损耗角的余角。
tanδ是反映变压器绝缘状态的重要指标,通过监测tanδ的变化趋势,从而能够对变压器的绝缘状态进行实时感知。
本发明专利中,采用过零点相位比较法来实现对tanδ的测量。过零点比较法通过比较电流信号和电压信号过零点位置的时间差来计算φ,进而进一步求得tanδ。
如图1所示:变压器对地的泄露电流I经转换器转化成电压信号u1,同时,变压器母线电压u2经PT转化后得到数值较小的电压信号u3。将u1与u3输入到过零比较器模块,即可得到两个电压信号的相位差,即φ的角度,进而通过计算可以求出tanδ。通过上述步骤,就可以得到变压器的tanδ,获知其绝缘状态。
如图2所示:在本发明专利中,涉及数据采集环节、数据传输环节与数据分析环节。首先通过智能测控装置来对变压器的运行数据进行实时感知,之后运用无线或4G网络将数据传输到绝缘监测平台,最后在平台上展示变压器的运行状态与绝缘状态,使变压器的运行过程可视化。
如图3所示为本发明专利的实施流程图。本发明专利主要是对配电变压器的绝缘状态进行在线监测,通过感知变压器运行过程中的对地漏电流,运用过零点相位比较法来获知其tanδ,进而对变压器运行过程中的绝缘状态进行实时监测。
具体过程为:
S1、获取变压器的运行过程中的对地漏电流;
S2、通过有线或无线方式传输对地漏电流;
S3、通过分析对地漏电流,输出分析结果;具体为:
S31、分析对地漏电流,进而获得介质损耗因数;
S32、通过对介质损耗因数进行分析,得到变压器在绝缘方面的一系列缺陷;
通过介质损耗因数变化趋势判断出使变压器绝缘遭受破坏的具体原因,诊断出具体故障;
通过对介质损耗因数进行阈值限定,实现变压器的绝缘故障预警功能。
在实施过程中,首先通过查阅资料可知,变压器的绝缘水平主要受tanδ的影响;
其次,通过分析tanδ值与绝缘状态可知,tanδ值越大,变压器的绝缘状态越差,当tanδ超过一定数值时,其绝缘烧毁;
最后,对比国家标准与行业标准,设定变压器tanδ的阈值,当变压器运行过程中的tanδ超过阈值,平台进行告警推送,并及时告知运维人员进行运检维护,制定解决方案。通过绝缘状态在线监测平台,能够及时发现变压器早期的绝缘缺陷,最终达到对变压器快速消缺与运维的目的,进一步提高电网的安全运行,延长变压器的使用寿命。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种配电变压器的在线绝缘监测系统,其特征在于,至少包括:
数据获取模块,用于获取变压器运行过程中的对地漏电流;
数据处理模块,首先分析对地漏电流,进而获得介质损耗因数,然后通过对介质损耗因数进行分析,得到变压器在绝缘方面的一系列缺陷;通过介质损耗因数变化趋势判断出使变压器绝缘遭受破坏的具体原因,诊断出具体故障;通过对介质损耗因数进行阈值限定,实现变压器的绝缘故障预警功能;
数据传输模块,用于实现数据获取模块和数据处理模块之间的数据交互。
2.根据权利要求1所述的配电变压器的在线绝缘监测系统,其特征在于:所述数据获取模块包括与变压器上预留485通讯口连接的智能测控装置。
3.根据权利要求1所述的配电变压器的在线绝缘监测系统,其特征在于:所述数据传输模块包括无线通信设备和有线通信设备中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的配电变压器的在线绝缘监测系统,其特征在于:所述无线通信设备采用移动运行商提供的标准化SIM卡将配电变压器接入公网,通过公网发送数据至服务器。
5.根据权利要求3所述的配电变压器的在线绝缘监测系统,其特征在于:所述无线通信设备包括加密模块和保持链接的协议。
6.根据权利要求3所述的配电变压器的在线绝缘监测系统,其特征在于:所述有线通信设备采用485通信接口将采集到的数据发送到通讯管理机。再由通讯管理机将数据通过TCP协议数据发送至服务器。
7.一种配电变压器的在线绝缘监测方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、获取变压器的运行过程中的对地漏电流;
S2、通过有线或无线方式传输对地漏电流;
S3、通过分析对地漏电流,输出分析结果;具体为:
S31、分析对地漏电流,进而获得介质损耗因数;
S32、通过对介质损耗因数进行分析,得到变压器在绝缘方面的一系列缺陷;
通过介质损耗因数变化趋势判断出使变压器绝缘遭受破坏的具体原因,诊断出具体故障;
通过对介质损耗因数进行阈值限定,实现变压器的绝缘故障预警功能。
8.根据权利要求7所述的配电变压器的在线绝缘监测方法,其特征在于:所述S31通过下列公式实现:
Figure FDA0003126770570000021
其中:δ为电介质的电流向量和电压向量之间的夹角,tanδ为介质损耗因数,p为被测试品的有功功率,Q被测试品的无功功率,电流向量分解成容性电流分量和阻性电流分量,IR为阻性电流分量,IC为容性电流分量,φ为介质损耗角的余角。
9.根据权利要求7所述的配电变压器的在线绝缘监测方法,其特征在于:所述S31采用过零点相位比较法来实现对tanδ的测量;具体为:变压器对地的泄露电流I经转换器转化成电压信号u1,同时,变压器母线电压u2经PT转化后得到数值较小的电压信号u3;将u1与u3输入到过零比较器模块,得到两个电压信号的相位差,即φ的角度,进而通过计算求出tanδ。
10.根据权利要求7所述的配电变压器的在线绝缘监测方法,其特征在于:通过分析tanδ值与绝缘状态,tanδ值越大,变压器的绝缘状态越差,当tanδ超过一定数值时,其绝缘烧毁;
预设变压器tanδ的阈值,当变压器运行过程中的tanδ超过阈值,进行告警推送。
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