CN203274673U - 用于在线监测变压器绕组变形的装置 - Google Patents

用于在线监测变压器绕组变形的装置 Download PDF

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一种电力设备监测领域的用于在线监测变压器绕组变形的装置,通过施加高频正弦信号到变压器绕组上,检测绕组套管未屏和中性点接地线上的高频正弦信号,进而根据电流偏移量判断变压器绕组是否发生变形、根据电流偏差系数判断变压器绕组的变形类型、根据电流偏差系数指纹图判断变压器绕组的变形位置。本实用新型可以实时、长期的对变压器的绕组健康状况进行在线监测,对早期绕组变形故障提出预警,并对绕组的变形程度、类型和位置进行诊断,有效减少由于变压器绕组早期微小变形累积引发的绕组变形事故。

Description

用于在线监测变压器绕组变形的装置
技术领域
本实用新型涉及的是一种电力设备监测领域的装置,具体是利用变压器绕组套管末屏与中性点接地线上的高频电流偏移量和电流偏差系数来监测绕组状况的用于在线监测变压器绕组变形的装置。
背景技术
电力变压器在长途运输、安装过程中,绕组可能会经受碰撞或振动等机械力作用以及在运行中遭受的各种电动力作用,导致绕组发生局部扭曲、鼓包或移位等轴向或径向变形。绕组发生轻微变形后会给变压器的安全运行带来隐患,减少变压器的寿命;绕组发生重大变形则导致变压器直接退出运行。因此,准确快速的诊断变压器绕组在遭受短路冲击等因素后是否发生变形,在防止运行事故,延长变压器的实际使用寿命等方面具有重要的意义。
传统的检测变压器绕组变形的方法都是离线测试方法,主要有通过试验测量变压器短路阻抗并和历史数据比较的短路试验法;在绕组一侧施加低压脉冲并比较脉冲响应的低压脉冲法;测量变压器频率响应并横向、纵向比较其变化的频率响应法;通过提取变压器的振动信号来判别绕组变形的变压器振动检测法等。上述离线测试方法虽然能够在一定程度上检测出绕组是否发生变形,但是均存在一些缺陷:短路实验法的灵敏度有待提高,其对微小变形不敏感;低压脉冲法和频率响应法受检测环境等的外在干扰影响大,缺乏简洁、可量化的判断依据,对现场操作人员要求较高。
离线检测方法需要变压器退出运行,多用于变压器出厂试验、定期或计划维修中,不能随时监控变压器的状态,无法实现状态维修。近年来,随着“坚强、可靠、自愈”智能电网的提出,对变压器的检测提出更高的要求,希望尽可能早的发现设备的早期故障状态,实现“无故障不检修,有故障才检修”的状态维修模式,节约变压器的运行维修成本。从状态维修的实施目标来看,在线监测是实现状态维修的必要手段。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的上述不足,提出一种用于在线监测变压器绕组变形的装置,可以实时、长期的对变压器的绕组健康状况进行在线监测,对早期绕组变形故障提出预警,并对绕组的变形程度、类型和位置进行诊断,有效减少由于变压器绕组早期微小变形累积引发的绕组变形事故。
本实用新型是通过以下技术方案实现的,本实用新型包括:分别与高频信号发生器和待测变压器相连的信号耦合器、串联于待测变压器套管末屏和中性点接地端的信号检测器以及依次连接的信号采集器、数字滤波及放大器和信号处理器。
所述的信号耦合器包括:压敏电阻、放电间隙和电感,其中:放电间隙和压敏电阻并联于高频信号发生器的输出端与待测变压器的套管末屏端以实现过电压保护,电感作为分压元件与套管末屏对地等效电容构成高通滤波器,实现将高频信号发生器输出的信号滤波后通过套管主电容耦合至待测变压器的绕组中。
所述的信号检测器采用铁氧体磁芯绕制的高频电流传感器,该高频电流传感器串联于待测变压器的套管末屏和中性点接地线位置,将绕组套管末屏和变压器中性点接地线上的高频正弦信号转换成电压信号并经过一个带通滤波器滤波后传输至信号采集器。
所述的信号处理器利用信号检测器、信息采集单元和数字滤波及放大器处理后的变压器绕组套管末屏及中性点接地线上的高频电流信息,通过计算中性点接地线上的电流偏移量来诊断绕组是否发生变形及变形程度,并且通过计算电流偏差系数来确定绕组出现轴向变形或径向变形以及变形的位置,根据诊断信息发出不同等级的告警信号及处理意见,信息处理单元给出的诊断结果及相关信息传输导输出单元。
有益效果
与现有技术相比,本实用新型利用施加一个高频信号至变压器绕组、测量绕组套管末屏及中性点接地线上的高频电流值,并计算绕组中性点接地线上的电流偏移量和电流偏差系数,实现实时在线监测变压器绕组变形的状况,不仅能够判别变形的程度,而且能够判别变形的类型和位置,装置简单,方法简便,准确度高。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图;
图2为信号耦合单元示意图;
图3为实施例监测示意图;
图4为实施例应用示意图;
其中:高频信号发生器1、信号耦合单元2、信号检测单元3、信号采集单元4、数字滤波及放大单元5、信号处理单元6、压敏电阻10、放电间隙11、电感12、套管末屏对地等效电容13、套管主电容14、绕组15、电流传感器41、端口42。
图5为实施例绕组故障定位效果验证图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明,本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示,本实施例包括:分别与高频信号发生器1和待测变压器15相连的信号耦合器3、串联于待测变压器套管末屏和中性点接地线端的信号检测器2以及依次连接的信号采集器4、数字滤波及放大器5和信号处理器6。
所述的高频信号发生器1生成频率600KHz-1.2MHz的正弦信号,通过信号耦合器将输出信号施加在变压器绕组上;
如图2所示,所述的信号耦合器3包括:压敏电阻10、放电间隙11和电感12,其中:放电间隙11和压敏电阻10并联于高频信号发生器1的输出端与待测变压器15的套管末屏端以实现过电压保护,电感12作为分压元件与套管末屏对地等效电容13构成高通滤波器,实现将高频信号发生器1输出的信号滤波后通过套管主电容14耦合至待测变压器15的绕组中;
所述的信号检测器2采用铁氧体磁芯绕制的高频电流传感器41,该高频电流传感器41设置于待测变压器的套管末屏42和中性点接地线位置,将绕组套管末屏和变压器中性点接地线上的高频正弦信号转换成电压信号并经过带通滤波器滤波后传输至信号采集器4;
所述的信号采集器4通过数据通道实时采集信号检测器2输出的电压信号,并采用A/D转换器将模拟量的电压信号转换为数字量信号并传输至数字滤波及放大器5;
所述的数字滤波及放大器5对信号采集器4输出的数字量信号进行数字滤波及放大处理;
所述的数字滤波及放大器5为带通椭圆数字滤波器,下截止频率为500kHz,上截止频率为1.5MHz,通带内最大衰减小于3dB,阻带内最大衰减大于20dB;放大后的信号要求有效值介于1V和10V之间。
所述的信号处理器6利用信号检测器2、信息采集单元4和数字滤波及放大器5处理后的变压器绕组套管末屏及中性点接地线上的高频电流信息,通过计算中性点接地线上的电流偏移量来诊断绕组是否发生变形及变形程度,并且通过计算电流偏差系数来确定绕组出现轴向变形或径向变形,根据诊断信息发出不同等级的告警信号及处理意见,信息处理单元6给出的诊断结果及相关信息传输导输出单元。
本装置通过以下方式实现在线监测:
1)如图3所示,变压器停运时正确安装好高频信号发生器及电流传感器41的位置:高频信号发生器安装在套管末屏端口42;电流传感器41安装在套管末屏端口42和高频信号发生器之间的连接线上,并且安装在变压器绕组中性点接地线上。检查无误后,上电启动所有装置。
2)变压器离线状态时,记录绕组套管末屏和中性点接地线上电流传感器的数值I01和I02,由公式 I = I 01 - ω C b V 1 N = I I 02 ω V 1 I 02 ( I 2 - I 02 2 ω V 1 I 02 I I 02 1 n C s = 1 N ( 1,2 ) C g = 2 [ C s N ( 1,1 ) - C s ] 计算出变压器待测绕组仅有电容构成的π型等效电路,其中:n是绕组分成的等份数;ω是选定的高频信号,单位rad/s;Cb是套管的等效电容(由变压器厂家提供);N是一个2*2的矩阵,N(1,1)、N(1,2)分别表示该矩阵的第一行第一个元素和第二个元素;V1是绕组首端高频信号的电压值;I01和I02是绕组套管末屏和中性点接地线上的高频正弦信号电流值。
本实施例中,将待测变压器绕组划分为8个部分并在仿真平台搭建该等效电路,依次改变电路中每一部分的串联电容、并联电容的值,获得每一部分电容变动后与之对应的电流偏差系数分布。
3)变压器在线运行后,信息采集单元实时采集电流传感器数据,经数字滤波及放大器后传输至信号处理器进行处理。
4)信息处理单元计算绕组中性点接地线上的高频电流偏移量
Figure BDA00003036463900042
其中:I12为变压器在线运行时第一次采集并记录的(绕组健康状态时)绕组中性点接地线上的高频信号电流数值;I22为变压器在线运行时实时采集的中性点接地线上的高频信号电流数值。
5)针对电流偏移量,设定三个阈值K1=1%,K2=2%,K3=5%,分别将变压器绕组变形分为轻度、中度和重度三个等级,对不同等级的变形采取不同的处理措施:
i)I2%<K1,绕组无变形,返回步骤3);
ii)K1≤I2%<K2,绕组发生轻度变形,监控I2%的变化趋势,如果其持续增大,发出告警信号,进行步骤6);
iii)K2≤I%<K3,绕组发生中度变形,发出告警信号,进行步骤6);
iv)I2%≥K3,绕组发生重度变形,发出严重告警信号,马上停运变压器。
6)电流偏移量超过阈值K1,计算每相绕组的电流偏差系数
Figure BDA00003036463900043
其中:j=A,B,C,表示A相、B相和C相;I1j表示第j相变压器绕组在线运行时第一次采集并记录的(绕组健康状态时)绕组套管末屏上的高频信号电流数值;I12为变压器在线运行时绕组故障状态时绕组套管末屏上的高频信号电流数值;I2j表示第j相变压器绕组在线运行时第一次采集并记录的(绕组健康状态时)绕组中性点接地线上的高频信号电流数值;I22为变压器在线运行时绕组故障状态时中性点接地线上的高频信号电流数值。
7)绕组变形类型判别:
i.CDCj=0,第j相绕组没有发生变形;
ii.CDCj<0,第j相绕组发生了径向变形;
iii.CDCj>0,第j相绕组发生了轴向变形。
8)绕组变形故障定位:将步骤6)中计算出的电流偏差系数CDCj与步骤2)中得到的第j相绕组的指纹图进行比,得出绕组变形的位置。
如图5所示,为依照本装置对变压器进行检验与实际故障类型及位置相比,准确率为90%以上。

Claims (3)

1.一种用于在线监测变压器绕组变形的装置,其特征在于,包括:分别与高频信号发生器和待测变压器相连的信号耦合器、串联于待测变压器套管末屏和中性点接地端的信号检测器以及依次连接的信号采集器、数字滤波及放大器和信号处理器。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征是,所述的信号耦合器包括:压敏电阻、放电间隙和电感,其中:放电间隙和压敏电阻并联于高频信号发生器的输出端与待测变压器的套管末屏端以实现过电压保护,电感作为分压元件与套管末屏对地等效电容构成高通滤波器,实现将高频信号发生器输出的信号滤波后通过套管主电容耦合至待测变压器的绕组中。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征是,所述的信号检测器采用铁氧体磁芯绕制的高频电流传感器,该高频电流传感器串联于待测变压器的套管末屏和中性点接地线位置,将绕组套管末屏和变压器中性点接地线上的高频正弦信号转换成电压信号并经过一个带通滤波器滤波后传输至信号采集器。
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