CN115039311A - 用于确定连接到高压网络的电气设备运行时的非对称振荡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定电气设备(1)运行时的非对称振荡的方法，所述电气设备连接到高压网络，其中，借助振荡传感器(8)检测所述电气设备(1)的振动，所述振荡传感器在输出侧提供测量值，将所述测量值和/或由所述测量值推导出的值经由近距离通信连接(11)传输到通信单元(12)，将所述测量值和/或由所述测量值推导出的值从所述通信单元(12)经由远距离通信连接(13)传输到数据处理云(9)，所述数据处理云(9)借助傅里叶变换将所述测量值和/或由所述测量值推导出的值分解为其频率分量，以获得频谱，依据高压供电网络的基频来确定所述频谱的偶数和奇数频率分量，并且确定相对于彼此的比R，当所述比R超过预先确定的阈值时，推导出存在非对称振荡。

Description

用于确定连接到高压网络的电气设备运行时的非对称振荡的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定连接到高压网络的电气设备运行时的非对称振荡的方法。
背景技术
在例如在能量传输和分配网络中使用的电气变压器中，可能出现不希望的直流电流例如到绕组中的馈入。网络中的电力电子结构部件，例如电气驱动器的控制器、用于柔性交流传输系统或者高压直流传输的转换器，也可能在电气设备中产生直流电流。产生直流电流的另一个原因可能是所谓的“地磁感应电流(Geomagnetically Induced Currents)”(下面也简称为GIC)。
直流分量在变压器的磁芯中产生直流磁通分量，这种直流磁通分量叠加在交流磁通上。在磁芯中出现磁性材料的非对称调制(Aussteuerung)，这带来一系列的缺点。几毫安的直流电流就已经导致磁芯的磁通量饱和。与此相关联的是磁芯中的损耗的显著增加(例如：20-30％)。特别是在大的GIC的情况下可能出现发热问题。此外，当变压器安装在居民区附近时，在运行时产生增加的噪声发射，这于是特别是感觉特别烦人。
为了进行直流电流补偿或者减小作为电气设备的变压器的运行噪声，已知不同的以有源和无源的方式起作用的装置。然而，在采取成本密集的措施来进行直流电流补偿之前，应当确定这种直流电流分量究竟是否存在。已知在例如作为变压器实施的电气设备运行时，在变压器中流动的直流电流分量导致变压器的非对称振荡。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种开头提到的类型的方法，利用所述方法，能够简单、快速并且可靠地确定在承载高压的供电网络中运行时，电气设备是否非对称地振荡。
本发明通过如下方式来解决上述技术问题，即，借助振荡传感器检测在电气设备运行时形成的振动，振荡传感器在输出侧提供测量值，将测量值和/或由测量值推导出的值经由近距离通信连接传输到通信单元，将测量值和/或由测量值推导出的值从通信单元经由远距离通信连接(13)传输到数据处理云，数据处理云借助傅里叶变换将测量值和/或由测量值推导出的值分解为其频率分量，以获得频谱，依据高压供电网络的基频来确定频谱的偶数和奇数频率分量，并且确定相对于彼此的比R，当比R超过预先确定的阈值时，推导出存在非对称振荡。
根据本发明，能够以快速、简单的方式以高可靠性确定在运行时在诸如电力变压器的电气设备中是否出现非对称振荡。迄今为止，非对称振荡的证实通过在电气设备上复杂的电气测量或者一系列声学测量来进行。对测量数据的分析必须由专家来进行。换句话说，其结果是，先前已知的方法具有很高的成本。相反，根据本发明的方法不仅仅是成本低廉的，而且还可以在不需要特殊的专业知识的情况下简单地执行。因此，其可以由任意的用户、例如由电气设备的操作者来执行。如果证实存在非对称振荡，则可以采取合适的措施来抑制这些非对称振荡。
在本发明的范围内，在电气设备运行时，电气设备连接到高压网络。因此，电气设备被设计为用于1KV和1300kV之间的高压，并且电气设备例如是变压器、特别是电力变压器或者扼流圈。这种变压器或者这种扼流圈优选具有填充有绝缘流体的罐。有源部件布置在该罐中，有源部件包括可磁化的磁芯以及至少一个绕组。至少一个绕组在运行时与承载交流电压的高压网络。作为绝缘流体，例如考虑酯类液体或矿物油。除了将有源部件相对于处于地电势的罐电气绝缘之外，其还用于对构件进行冷却。
与此不同，电气设备例如是浇注树脂变压器或干式变压器。干式变压器的绕组布置在树脂块或树脂薄片中。树脂用作固体绝缘材料。在干式变压器的情况下，不设置填充有绝缘流体的罐。
在数学上，根据本发明的用于证实非对称振荡的方法可以描述如下。假设SxN为任意单位的频谱的信号值，其中，x表示偶数(x＝g)、奇数(x＝u)或噪声(x＝n)。N是信号的序数，其中，N＝1对应于基波振荡，N＝2,3,4,...,Nmax对应于谐波振荡。在馈电电压为50Hz的情况下，根据fgN＝50*2*N，得到偶数频率fgN。根据fuN＝50*(2*N+1)，得到奇数频率。电气设备中的直流电流分量在总频谱中造成附加的奇数分量。如果现在计算总频谱中的所有奇数分量的总和与总频谱中的偶数分量的比R，并且该比R超过事先确定的阈值，那么可以推断出存在非对称振荡。R的大小显示非对称振荡对磁芯的影响。非对称振荡可以指示在电气设备上流动的直流电流分量。
在本发明的范围内，通信单元例如具有至少一个模拟输入端和至少一个数字输入端。因此，可以将多个传感器与通信单元连接。不是所有传感器都必须是声学传感器。通信单元也可以与电流传感器、电压传感器、温度传感器或者压力传感器连接。通信单元例如具有主处理器和辅助处理器以及存储单元，可以将经过预处理的测量值或者由此推导出的值存储在存储单元中并且进行处理，例如通过求平均值来进行处理。因此，不同的传感器的测量值可以共同由通信单元经由远距离通信连接发送到数据处理云。
根据本发明的方法的用户例如是能量供应网络的运营商，其负责大量的变压器、断路器、电容器电池、火花放电装置等。
作为电气振荡传感器，或者换句话说，传感器，在本发明的范围内，考虑如下的任意的传感器，该传感器能够在输入侧检测电气设备的振动或者振荡，并且依据振动的幅值在输出侧提供电信号。这里将这些电信号称为测量值。电信号可以是模拟电信号、例如电流或者电压，其大小对应于接收到的声波的幅值。然而，在本发明的范围内，测量值也可以是数字值，这些数字值例如通过对模拟信号进行采样，以获得采样值，并且将采样值数字化而产生。
在本发明的范围内，每一个振荡传感器经由近距离通信连接与通信单元连接。近距离通信连接例如可以是简单的线缆。与此不同，近距离通信连接例如是ZigBee、蓝牙、无线、Ambus或WiFi通信连接。近距离通信连接最大延伸100米。
在本发明的范围内，通信单元和数据处理云之间的连接经由远距离通信连接来进行。为了建立远距离通信连接，通信单元具有远距离通信装置，例如根据GPRS或者UMTS标准的移动无线电模块。利用该移动无线电模块与数据处理云建立远距离通信连接、优选基于IP的数据连接。在此，例如移动无线电服务提供商或者电信提供商可以连接在其之间，并且可以至少部分经由该提供商的通信网络和/或至少部分经由因特网建立远距离通信连接。建立连接于是仅需要非常小的配置开销或者参数化开销。除了利用建立远距离通信连接所需的信息配置远距离通信装置(例如安装电信提供商的SIM卡)之外，对于单个通信单元不需要花费进一步的开销。
云或者数据处理云这里应当理解为如下的布置，该布置具有一个或多个数据存储装置以及一个或多个数据处理装置，这些装置可以通过合适的编程而被构造为用于执行任意的数据处理过程。在此，数据处理装置通常是通用数据处理装置、例如服务器，其最初在其结构以及其编程方面没有特定的设计。通过进行编程，才可以将通用数据处理装置训练为执行特定的功能。
如果云具有多个单独的部件，则这些部件以合适的方式彼此连接，例如通过通信网络，以进行数据通信。可以将任意的数据馈送到数据处理云，仅进行数据存储和/或处理。数据处理云本身又向其它设备，例如与数据处理云连接的计算机工作站、笔记本电脑、智能电话，提供存储的数据和/或所执行的数据处理的结果。数据处理云例如可以由计算中心或者多个联网的计算中心提供。数据处理云通常被构造为在空间上远离高压设备。
在本发明的范围内，电气设备被设计为用于在电网或者高压电网中运行，例如被设计为用于1kV和1200kV、特别是50kV和800kV之间的工作电压。高压电网优选是交流电网。
根据本发明，电气设备例如是变压器、特别是电力变压器、扼流圈等。
在根据本发明的方法的一个变形方案中，通信单元是移动电话。所谓的“智能电话”特别适合作为移动电话。智能电话这里应当理解为性能强大的移动电话。这种移动电话通常已经配备有麦克风作为声学传感器。此外，这种移动电话具有存储器以及可编程单元、例如至少一个处理器。然而，这里，整个移动电话不用于执行根据本发明的方法。其一方面用于连接数据处理云。移动电话借助其麦克风检测变压器的噪声，并且将在此获得的测量值存储在其存储单元上。以预先确定的时间间隔进行与数据处理云的连接，将测量值单独或者在进行平均之后发送到数据处理云。
在一个特别优选的设计方案中，通信单元是通信盒。通信盒例如固定在电气设备上。特别是，通信盒固定在电气设备的外壁上。因此可以从外部接近通信盒。
在所述方法的一个变形方案中，将多个振荡传感器的测量值共同传输到数据处理云。然而，可以事先对测量值进行预处理，即例如在测量时间段上进行平均。
移动电话、即另一个通信单元有利地具有存储单元，将测量值或者由测量值推导出的值存储在该存储单元上。存储单元简化了可能希望的对测量值的预处理。
优选在电气设备上的不同位置处检测振动。为此，用户在电气设备上的不同的点记录电气设备的振动。随后，针对相应地获得的频谱中的所有频率分裂，关于所执行的测量求平均值。在此，优选软件以交互的方式引导用户，以便能够在正确的时间执行正确的步骤。
有利地在预先给定的持续时间内检测振动。对于每一个测量，持续时间优选在10和60秒之间的范围内。
在本发明的一个有利的变形方案中，借助布置在通信单元中的用于进行位置确定的天线，确定相应的通信单元和与其连接的电气设备的地理位置并且传输到数据处理云。
在本发明的另一个有利的设计方案中，在电气设备上的位置(A、B、C、D)处检测声学信号。为此，多个振荡传感器固定地安装在电气设备中。
附图说明
本发明的其它适宜的设计方案和优点是下面参考附图对本发明的实施例的描述的主题，其中，相同的附图标记指示相同地起作用的构件，并且其中，
图1示意性地示出了根据本发明的方法的一个实施例，以及
图2示意性地示出了本发明的另一个实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的方法的一个实施例，其中，示意性地示出了变压器1作为电气设备。变压器1具有罐2，罐2填充有诸如酯类液体或矿物油的绝缘流体。可磁化的磁芯3布置在罐2中，可磁化的磁芯3形成闭合的磁路。磁芯3的腿分别被相对于彼此同心地布置的两个绕组包围，仅能够看到其中的外部的高压绕组4。绕组分别通过绝缘套管5与承载交流电压的高压网络的相连接。
膨胀容器6用于平衡由温度引起的变压器1的罐2中的绝缘流体的体积波动。在罐2和膨胀容器6之间的连接线路中可以看到布赫兹继电器(Buchholzrelais)7。
此外，图1示出了仅示意性地示出的振荡传感器2，振荡传感器2在两个不同的位置A和B处检测变压器1的振动。振荡传感器8经由作为近距离通信连接的蓝牙连接11与通信单元12、这里为通信盒连接。通信盒12固定地安装在罐2的壁的外侧。通信盒12具有存储单元，将由振荡传感器8提供的测量值以位置分辨的方式存储在该存储单元上。通信盒12每2分钟经由远距离通信连接13与数据处理云9进行连接，并且经由远距离通信连接13将存储在其硬盘上的测量值发送到数据处理云9。数据处理云9执行上面描述的分析方法，以便发现电气设备1的非对称振荡。
数据处理云9具有软件，该软件对所传输的测量值进行傅里叶变换。随后进行上面已经描述的比R的形成。根据本发明的方法由R的大小推导出是否以及必要时以何种程度存在非对称振荡，以及必要时以什么数量级对变压器施加了直流电流分量负荷。用户利用所述方法关于其的结果来确定关于直流电流分量的确定性，并且此时可以开始适当的对策来抑制可能确定的直流电流分量。
可以利用笔记本电脑或者计算机10访问数据处理云，来获得分析结果。
图2示出了用于执行根据本发明的方法的另一个实施例，又可以看到变压器1作为电气设备，该变压器1基本上对应于在图1中示出的变压器。然而，与在图1中示出的变压器不同，根据图2的变压器1具有4个振荡传感器8，其布置在罐2内部。每一个振荡传感器8经由又被构造为蓝牙连接的近距离通信连接11与作为通信盒实施的通信单元12连接，在所示出的实施例中，通信单元12未固定地固定在变压器1上。相反，通信单元12位于附近的在图中未示出的壳体中，该壳体设立在距离变压器1大约20m的位置处。
通信单元12具有4个输入端，从而所有4个传感器8同时与通信单元12连接。传感器8检测在变压器1运行时产生的振动，传感器8依据振动或者振荡的幅值产生模拟电信号、这里为电流。对这些模拟信号进行采样，并且将由此获得的采样值数字化。这里将这些数字化的值称为测量值。
将所述测量值经由近距离通信连接11传输到通信单元12。通信单元12具有在图中未示出的存储单元，将测量值存储在该存储单元上。
在根据本发明的方法的一个变形方案中，对测量值进行预处理，即例如超过在2分钟的时间段上对以2秒的节拍传输的测量值进行平均，并且将平均值存储在存储单元上。通信单元12每2分钟经由远距离通信连接13与数据处理云9建立连接。将测量值或者平均测量值或者由测量值推导出的值传输到数据处理云9。然后，数据处理云9借助合适的软件对测量值进行检查，换句话说，进行傅里叶变换，并且针对是否存在非对称振荡对如此获得的频谱进行检查。分析方法在上面更详细地进行了描述。

Claims (8)

1.一种用于确定电气设备(1)运行时的非对称振荡的方法，所述电气设备连接到高压网络，其中，
-借助振荡传感器(8)检测在所述电气设备(1)运行时形成的振荡，所述振荡传感器在输出侧提供测量值，
-将所述测量值和/或由所述测量值推导出的值经由近距离通信连接(11)传输到通信单元(12)，
-将所述测量值和/或由所述测量值推导出的值从所述通信单元(12)经由远距离通信连接(13)传输到数据处理云(9)，
-所述数据处理云(9)借助傅里叶变换将所述测量值和/或由所述测量值推导出的值分解为其频率分量，以获得频谱，
-依据高压供电网络的基频来确定所述频谱的偶数和奇数频率分量，并且确定相对于彼此的比R，
-当所述比R超过预先确定的阈值时，推导出存在非对称振荡。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
每一个通信单元(12)具有存储单元，将所述测量值和/或由所述测量值推导出的值存储在所述存储单元上。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
借助布置在通信单元(12)中的用于进行位置确定的天线，确定相应的通信单元(12)和与其连接的电气设备(1)的地理位置并且传输到所述数据处理云(9)。
4.根据权利要求2或3所述的方法，
其特征在于，
通信单元是移动电话(8、12)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
设置有多个振荡传感器，所述多个振荡传感器分别检测电气设备(1)的不同的位置(A、B、C、D)处的振荡。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在预先给定的时间段上检测振荡。
7.一种用于计算设备的计算机程序，
其特征在于，
所述计算机程序适合用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.一种存储介质，
其特征在于，
所述存储介质上存储有根据权利要求7所述的计算机程序。
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