CN114662322A - 一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法，包括以下步骤：S1、获取变压器的实时油温数据和实时油位数据；S2、根据所述实时油温数据和实时油位数据，生成油温油位实际曲线；S3、根据所述油温油位实际曲线，计算误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常数据；所述误差指标至少包括离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值中的任一项；S4、分析所述异常数据，得到异常原因和应对策略。

Description

一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法及系统，属于电力设备故障诊断领域。

背景技术

变压器是变电站的核心器件，有变换电压、传输电能的作用。变压器的工作状态对于整个变电站能否正常运转至关重要。变压器油充满变压器整个箱体内部，起到了绝缘、散热以及消弧的作用。

对变压器日常巡视中，对油位的观察，一贯使用的方法是通过观察储油柜油位计与油温表的数据，结合厂家提供的油位曲线，判断该变压器油位是否在正常的区域。但变压器在实际运行过程中，胶囊式储油柜由于油位计故障及胶囊故障等原因，有时会出现油位计指示的油位高度与本体油面高度不一致的假油位现象。假油位的存在将影响电气设备的安全稳定运行。以往的油位准确性判断主要通过现场抄录油温、油位数据后，人工分析油位变化指示状态及故障原因，不仅占用大量时间精力，而且容易存在误判、漏判等现象。

因此，需要一种在线监测与故障诊断分析变压器油位变化异常的方法。

公开号为CN112504397A的专利中公开了一种变压器油位状态的判别方法及系统。所述变压器油位状态的判别方法，包括：根据变压器的出厂油位曲线得到油温油位函数；获取所述变压器的实际油温和实际油位；根据所述实际油温和所述油温油位函数得到标准油位；将所述实际油位与所述标准油位进行比较，若所述实际油位的偏差超过预设范围则判定所述实际油位异常，产生报警信号。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明设计了一种变压器油位异常在线监测与故障诊断系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

技术方案一：

一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法，包括以下步骤：

S1、获取变压器的实时油温数据和实时油位数据；

S2、根据所述实时油温数据和实时油位数据，生成油温油位实际曲线；

S3、根据所述油温油位实际曲线，计算误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常数据；所述误差指标至少包括离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值中的任一项；

S4、分析所述异常数据，得到异常原因和应对策略。

进一步的，还包括：预设油温油位理论曲线；

计算油温油位理论曲线与油温油位实际曲线之间误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常数据；所述误差指标至少包括油位偏差值、离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值中的任一项。

进一步的，还包括：查找与变压器此时工况相似的油温油位历史数据，计算油温油位历史数据与油温油位实际曲线误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定为异常数据。

进一步的，还包括：查找与变压器此时工况相似的同类型变压器的油温油位历史数据；计算所述同类型变压器油温油位历史数据与油温油位实际曲线误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定为异常数据。

进一步的，还包括：根据所述油温油位历史数据修正所述油温油位理论曲线，得到非标准油位下的油温油位理论曲线。

技术方案二：

一种变压器油位异常在线监测与故障诊断系统，包括：

若干个数据获取单元，所述数据获取单元用于采集并发送变压器的实时油温数据和实时油位数据至在线监测单元；

在线监测单元，在线监测单元用于接收若干个实时油温数据和实时油位数据并发送至故障诊断单元；

故障诊断单元，所述故障诊断单元中设有预设范围和油温油位理论曲线，用于根据所述实时油温数据和实时油位数据，生成油温油位实际曲线；根据所述油温油位实际曲线，计算误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常数据；所述误差指标至少包括离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值中的任一项；以及分析所述异常数据，得到异常原因和应对策略。

进一步的，所述数据获取单元包括：温度传感器、油位计、信号采集转换器、信号放大器、信号滤波器和信号整流器；

所述温度传感器用于采集并发出油温信号；

所述油位计用于采集并发出油位信号；

所述信号采集转换器用于采集油温信号和油位信号并将所述油温信号和油位信号转换为模拟信号；

所述信号放大器用于按比例倍增放大模拟信号；

所述信号滤波器用于滤除所述模拟信号中的干扰信号；

所述信号整流器用于将模拟信号转换为数字信号输出至在线监测单元。

进一步的，还包括：故障诊断单元设有油温油位理论曲线；

计算油温油位理论曲线与油温油位实际曲线之间误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常数据；所述误差指标至少包括油位偏差值、离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值中的任一项。

进一步的，还包括：查找与变压器此时工况相似的油温油位历史数据，计算油温油位历史数据与油温油位实际曲线误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定为异常数据。

进一步的，查找与变压器此时工况相似的同类型变压器的油温油位历史数据；计算所述同类型变压器油温油位历史数据与油温油位实际曲线误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定为异常数据。

与现有技术相比本发明有以下特点和有益效果：

1、自动采集并分析油温数据和油位数据，得到异常原因和应对策略，减轻人工的劳动强度与工作时间、提高判断正确率、节约故障发现及处理时间；

2、根据油温油位历史数据，灵活调整油温油位曲线模型参数，在不同油位下做出动态调整，能得到准确反映油温油位对应关系的非标准油位下的油温油位理论曲线。

3、变压器注油、排油等工作造成油量过多或过少，将导致后期油位计指示与厂家提供的标准油温油位曲线不能精准匹配，通过人工识别油位难以保证判断准确。本发明根据非标准油位下的油温油位理论曲线，灵活匹配诊断参数，根据油量变化情况给出准确的原因分析与处置建议。

附图说明

图1是本发明所述系统示意图；

图2是本发明所述油温油位实际曲线示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。

实施例一

如图1所示，一种变压器油位异常在线监测与故障诊断系统，包括：若干个数据获取单元、在线监测单元、故障诊断单元。

数据获取单元包括：温度传感器、液位高度传感器、油位信号采集转换器(设置在变压器储油枕中)、油温信号采集转换器(设置在变压器油箱中)、信号放大器、信号滤波器和信号整流器。数据获取单元获取实时油温数据和实时油位数据，具体为：变压器储油枕中处于不同位置的温度传感器采集并发出油温信号、变压器油箱内的油位计采集并发出油位信号；油位信号采集转换器采集油位信号并将油位信号转换为第一模拟信号；油温信号采集转换器采集油温信号并将油温信号转换为第二模拟信号；信号放大器按比例倍增放大第一模拟信号和第二模拟信号；信号滤波器滤除第一模拟信号和第二模拟信号中的干扰信号；信号整流器将第一模拟信号和第二模拟信号转换为数字信号输出至在线监测单元。

在线监测单元接收若干个实时油温数据和实时油位数据并发送至故障诊断单元。

故障诊断单元中设有专家系统分析实时油温数据和实时油位数据，执行以下步骤：

A1、根据实时油温数据和实时油位数据，生成油温油位实际曲线，如图2所示；

A2、根据所述油温油位实际曲线，计算误差指标的误差值，若任一个误差值不在预设范围内，则判定实时油温数据和实时油位数据为异常数据。所述误差指标包括离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值。

本实施例采用离散系数测度油温油位实际曲线中多组油温油位数据的离散度。当离散系数高于0.2、曲率变化率高于0.1、增长率高于10mm/℃、最高值高于1700mm、最低值低于80mm或油位与最高值/最低值的绝对偏差值高于10％时，判定对应的实时油温数据和实时油位数据为异常数据。

A3、分析所述异常数据，得到异常原因和应对策略：

若离散系数不在预设范围内，则认为油位计灵敏度或变化范围调节过大，不能准确反映油位的实际液位。

若曲率变化率不在预设范围内且为正数，则认为变压器油位有急剧升高趋势，造成油位异常过高的异常原因持续存在且进一步加强。反之，若曲率变化率不在预设范围内且为负数，则认为变压器油位有急剧降低趋势，造成油位异常过低的异常原因持续存在且进一步加强。

若增长率不在预设范围内，则认为造成油位异常过高或过低的异常原因持续存在且进一步加强。

若绝对偏差值不在预设范围内，则认为造成油位异常偏高/偏低的异常原因极其显著。

油位异常偏高的异常原因如下：油温和油位之间关系的偏差超过标准曲线，或油位高于在极限位置上线；呼吸器堵塞，储油柜不能正常呼吸；油位计故障；储油柜内胶囊与油面之间有空气；变压器温度急剧升高。

异常偏高的应对策略如下：如果变压器油位高出油位计的上限，且无其他异常，查明不是假油位所致，则应放油至当时温度相对应的高度，以免变压器油溢出；若假油位所致油位高出油位计上限，通知专业检修人员处理。

油位异常偏低的异常原因如下：油温和油位之间关系的偏差超过标准曲线，或油位低于在极限位置下限；变压器严重渗漏或长期渗漏油；油位计故障；储油柜内胶囊破裂；多次放油未及时补油。

异常偏低的应对策略如下：若变压器渗漏油造成油位下降，立即采取措施制止漏油；若不能制止漏油，且油位计指示低于下限时，应立即将主变压器停运；若变压器无渗漏油现象，油位明显低于当时温度下应有油位，应尽快补油；若假油位所致油位低于油位计下限，应该通知专业检修人员处理。

如，某变压器近10个小时内的工况数据统计分析后，计算结果为：离散系数为0.3(高于0.2)、曲率变化率为0.15(高于0.1)，增长率为20mm/℃(高于10mm/℃)、最高值高于1700mm、油位绝对偏差值18％(高于10％)，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常偏高数据。

实施例二

进一步地，故障诊断单元内设有油温油位理论曲线，计算油温油位理论曲线和油温油位实际曲线之间误差指标的误差值，若任一个误差值不在预设范围内，则判定实时油温数据和实时油位数据为异常数据。所述误差指标包括油位偏差值、离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值。

油位偏差值：相同油温下，实际油位数据与参考油位数据之间的绝对偏差值，以及相对偏差比例。

离散度：计算油温油位理论曲线与油温油位实际曲线之间的离散度，若实际曲线离散程度较大且较为均压的分布于理论曲线的两侧，则油位计灵敏度或变化范围调节过大，不能准确反映油位的实际液位；若实际曲线离散程度较大且集中分布于理论曲线的一侧(实际曲线位于理论曲线的上方或下方)，则油位计变化范围调节偏大(实际曲线位于理论曲线的上方)或偏小(实际曲线位于理论曲线的下方)，同样不能准确反映油位的实际液位；若实际曲线离散程度较小且基本与理论曲线重合，则说明则油位计灵敏度或变化范围调节精准，能准确反映油位的实际液位。

曲率变化率：若油温油位实际曲线曲率相较于油温油位理论曲线曲率发生上升，则表示变压器油位有异常增高的趋势，若曲率上升明显，则表明变压器油位有急剧升高的迹象，反映为造成油位异常过高的原因持续存在且进一步加强；若油温油位实际曲线曲率相较于油温油位理论曲线曲率发生下降，则表示变压器油位有异常降低的趋势；若曲率下降明显，则表明变压器油位有急剧降低的迹象，反映为造成油位异常过低的原因持续存在且进一步加强。

增长率：变压器油温油位实际曲线在长期监测及统计的过程中，若发生同样油温条件下，油位的高度随时间有发生进一步增长的趋势时(表现为油位增长率增加)，则表明则表明变压器油位有持续且稳定的升高或降低的迹象，反映为造成油位异常过高或过低的原因持续存在且进一步加强。

最高值：油位高于在极限位置上线，变压器油温和油位之间关系的正向偏差超过标准工况下的理论曲线，反映为造成油位异常偏高的原因极其显著且已超出预设范围。

最低值：油位低于在极限位置下线，变压器油温和油位之间关系的反向偏差超过标准工况下的理论曲线，反映为造成油位异常偏低的原因极其显著且已超出预设范围。

如，某变压器此时工况为：油温52℃，油位1350mm，环境温度25℃，主变负荷200MW。

在该变压器的油温油位历史数据中查找与此时工况最相似工况的油温油位历史数据为：油温52℃，油位1010mm，环境温度25℃，主变负荷200MW。

计算这两者的误差值：油位绝对偏差值240mm，油位绝对偏差值23.8％。该误差值超过预设值101mm及10％，则判定该温实时油位数据为异常偏高数据。

实施例三

进一步地，查找与变压器此时工况相似的同类型变压器的油温油位历史数据；计算所述同类型变压器油温油位历史数据与温实时油位数据的误差值，若误差值超过预设范围，则判定为异常数据，并分析该异常数据对应的异常原因和应对策略。

如，某变压器此时工况为：油温30℃，油位680mm，环境温度18℃，主变负荷160MW。

查询与此时工况最相似的同类型变压器的油温油位历史数据为：油温30℃，油位800mm，环境温度18℃，主变负荷160MW。计算这两者的误差值：油位绝对偏差值240mm，油位绝对偏差值23.8％。该误差值超过预设值-120mm及-15％，则判定该温实时油位数据为异常偏低数据。

实施例四

进一步地，若油温油位负荷数据发生变化，通过调用本变压器或同类型变压器的油温-油位历史数据库中同油温、油位、负荷、环境温度等工况相似的对应数据，结合实施例一、实施例二中的离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值误差指标的预设范围及曲线拟合程度等方式，判断所述油温油位负荷数据是否为异常数据，若为异常数据，则分析该异常数据对应的异常原因；否则，通过覆盖变压器油温油位历史数据库或同类型变压器油温油位历史数据库中相同油温、负荷、环境温度等条件下的对应油位数据，更新油温油位负荷关联模型，得到非标准油位下的油温油位理论曲线。

如，油温油位负荷数据由油温30℃，油位800mm，环境温度18℃，主变负荷160MW变化为油温30℃，油位680mm，环境温度18℃，主变负荷160MW。

若油位变化为680mm，因不满足大于720mm且小于880mm，则判定该油温油位负荷数据为异常数据。分析得到该异常数据对应的异常原因和应对策略；否则，如油位变化为820mm，因满足大于720mm且小于880mm，根据覆盖变压器油温-油位历史数据库中相同油温、负荷、环境温度等条件下的对应油位数据的方式，更新油温油位负荷关联模型中的油温30℃，环境温度18℃，主变负荷160MW时的油位数据为820mm。

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。

Claims (10)

1.一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取变压器的实时油温数据和实时油位数据；

S2、根据所述实时油温数据和实时油位数据，生成油温油位实际曲线；

S3、根据所述油温油位实际曲线，计算误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常数据；所述误差指标至少包括离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值中的任一项；

S4、分析所述异常数据，得到异常原因和应对策略。

2.根据权利要求1所述的一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法，其特征在于，还包括：预设油温油位理论曲线；

计算油温油位理论曲线与油温油位实际曲线之间误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常数据；所述误差指标至少包括油位偏差值、离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值中的任一项。

3.根据权利要求2所述的一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法，其特征在于，还包括：查找与变压器此时工况相似的油温油位历史数据，计算油温油位历史数据与油温油位实际曲线误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定为异常数据。

4.根据权利要求3所述的一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法，其特征在于，还包括：查找与变压器此时工况相似的同类型变压器的油温油位历史数据；计算所述同类型变压器油温油位历史数据与油温油位实际曲线误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定为异常数据。

5.根据权利要求4所述的一种变压器油位异常在线监测与故障诊断方法，其特征在于，还包括：根据所述油温油位历史数据修正所述油温油位理论曲线，得到非标准油位下的油温油位理论曲线。

6.一种变压器油位异常在线监测与故障诊断系统，其特征在于，包括：

若干个数据获取单元，所述数据获取单元用于采集并发送变压器的实时油温数据和实时油位数据至在线监测单元；

在线监测单元，所述在线监测单元用于接收若干个实时油温数据和实时油位数据并发送至故障诊断单元；

故障诊断单元，所述故障诊断单元中设有预设范围和油温油位理论曲线，用于根据所述实时油温数据和实时油位数据，生成油温油位实际曲线；根据所述油温油位实际曲线，计算误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常数据；所述误差指标至少包括离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值中的任一项；以及分析所述异常数据，得到异常原因和应对策略。

7.根据权利要求6所述的一种变压器油位异常在线监测与故障诊断系统，其特征在于，所述数据获取单元包括：温度传感器、油位计、信号采集转换器、信号放大器、信号滤波器和信号整流器；

所述温度传感器用于采集并发出油温信号；

所述油位计用于采集并发出油位信号；

所述信号采集转换器用于采集油温信号和油位信号并将所述油温信号和油位信号转换为模拟信号；

所述信号放大器用于按比例倍增放大模拟信号；

所述信号滤波器用于滤除所述模拟信号中的干扰信号；

所述信号整流器用于将模拟信号转换为数字信号输出至在线监测单元。

8.根据权利要求6所述的一种变压器油位异常在线监测与故障诊断系统，其特征在于，还包括：故障诊断单元设有油温油位理论曲线；

计算油温油位理论曲线与油温油位实际曲线之间误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定所述实时油温数据和实时油位数据为异常数据；所述误差指标至少包括油位偏差值、离散度、曲率变化率、增长率、最高值、最低值中的任一项。

9.根据权利要求6所述的一种变压器油位异常在线监测与故障诊断系统，其特征在于，还包括：查找与变压器此时工况相似的油温油位历史数据，计算油温油位历史数据与油温油位实际曲线误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定为异常数据。

10.根据权利要求6所述的一种变压器油位异常在线监测与故障诊断系统，其特征在于，查找与变压器此时工况相似的同类型变压器的油温油位历史数据；计算所述同类型变压器油温油位历史数据与油温油位实际曲线误差指标的误差值，若误差值超过预设范围，则判定为异常数据。

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