CN207232291U - 一种电力变压器损耗的带电检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电力变压器损耗的带电检测系统，系统中一次侧电压互感器输入端与电力变压器高压侧及低压侧分别连接，其输出端接入隔离变压器；一次侧电流互感器输入端通过钳口与电力变压器高压侧及低压侧端口相接，其输出端接入二次侧电流互感器；隔离变压器输出端与二次侧电压互感器输入端相连；二次侧电流互感器输出端与光耦隔离模块输入端相连；光耦模块输出端和二次侧电压互感器输出端与信号采集系统输入端相连，信号采集系统输出端连接上位机系统。本实用新型适用于高电压等级电力变压器的空载损耗及负载损耗的带电检测，且具备较高的测试准确度。

Description

一种电力变压器损耗的带电检测系统

技术领域

本实用新型涉及电力变压器技术领域，特别涉及一种电力变压器损耗的带电检测系统。

背景技术

电力变压器是用来改变交流电压大小的电气设备，根据电磁感应的原理，把某一等级的交流电压变换成另一等级的交流电压，以满足各种电力设备的不同需求，因此电力变压器在电力工业中有着举足轻重的地位。随着电力事业的发展，变压器种类日益增多，从低电压、小容量发展到现在的高电压、大容量，如今，变压器的电压等级和容量甚至达到了百万伏级、百万千伏安级。作为电力系统中不可缺少的输配电设备，担负着电力系统中功率传输及电压、电流变换的任务，其性能好坏直接影响电网的安全、可靠、经济、高效的运行。

电力变压器的损耗可以分为空载损耗和负载损耗。空载损耗是指变压器空载的状态下电力变压器铁芯所产生的损耗，主要由磁滞损耗和涡流损耗造成，与电压、频率、铁芯材质等因素有关。负载损耗是指电力变压器在负载的条件下由在内部绕组上产生的损耗，主要与负载大小相关。变压器内的损耗状态在是决定变压器工作温度的重要因素。当电力变压器的损耗较高时，其工作温度会逐步上升，降低电力变压器的可靠性，并影响变压器的正常工作状态及其工作寿命。而当温度上升时，电力变压器的空载损耗及负载损耗会受到影响并进一步增大，形成正反馈促进温度的进一步增长，加速变压器内部绝缘结构的老化速率，影响变压器的工作状态，最终减少变压器的使用寿命。当前世界能源日益紧张，节能已经成为全社会共同关注与研究的课题，所以研究变压器的谐波损耗对节约能源、优化环境、辅助实现电网的降损节能具有重要意义。

目前针对电力变压器损耗的检测一般采用离线测试的方法，即在检测时将电力变压器从电网侧切断，在其低压侧加额定电压并将高压侧开路测试电力变压器的空载损耗，在其高压侧加额定电流并将低压侧短路测试电力变压器的负载损耗。离线测试的方法操作复杂，且需将电力变压器从投运状态下切除，只能在轻负载且能由备用电力变压器提供相应负荷使才能完成，具有较大的局限性。为此，提出了电力变压器空载损耗和负载损耗的带电测试方法，通过分别测试电力变压器高压侧及低压侧电流及电压的大小，推导得到电力变压器的空载损耗及负载损耗。但是受一次侧及二次侧测量设备的测量精度的限制，以及测量过程各电子器件带来的系统误差，对电力变压器空载损耗和负载损耗的测试结果有一定影响。

中国专利申请公开第CN104502738A号，公开“一种变压器损耗监测装置”利用高压表和低压表测量变压器内部损耗，并通过无线信号通讯的方式传输测试结果。这种方法只适用于低电压等级电力变压器的测试，且无线信号通讯的方式在强电磁干扰环境下存在信号质量差、无用信号耦合等问题，从而影响最终的测试结果。

中国专利申请第CN201410438533.8号，公开“一种三绕组变压器损耗在线测量系统”利用电压互感器和电流互感器对三绕组电力变压器损耗进行测试。此专利申请中电压互感器及电流互感器未经隔离，易对信号采集系统造成破坏。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电力变压器损耗的带电检测系统，以解决上述技术问题。本实用新型适用于高电压等级电力变压器的空载损耗及负载损耗的带电检测，且具备较高的测试准确度。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电力变压器损耗的带电检测系统，包括一次侧电压互感器、一次侧电流互感器、隔离变压器、二次侧电流互感器、二次侧电压互感器、光耦隔离模块、信号采集系统和上位机系统；一次侧电压互感器输入端与电力变压器高压侧及低压侧分别连接，其输出端接入隔离变压器；一次侧电流互感器输入端通过钳口与电力变压器高压侧及低压侧端口相接，其输出端接入二次侧电流互感器；隔离变压器输出端与二次侧电压互感器输入端相连；二次侧电流互感器输出端与光耦隔离模块输入端相连；光耦模块输出端和二次侧电压互感器输出端与信号采集系统输入端相连，信号采集系统输出端连接上位机系统；上位机系统用于对采集得到的电压及电流信号提取分析并最终得到电力变压器的空载损耗及负载损耗。

进一步的，一次侧电压互感器包括电压互感器PT_A，电压互感器PT_B，电压互感器PT_C，电压互感器PT_X，电压互感器PT_Y，电压互感器PT_Z；其中，电压互感器PT_A输入端与电力变压器高压侧A相相连，电压互感器PT_B输入端与电力变压器高压侧B相相连，电压互感器PT_C输入端与电力变压器高压侧C相相连，电压互感器PT_X输入端与电力变压器低压侧A相相连，电压互感器PT_Y输入端与电力变压器低压侧B相相连，电压互感器PT_Z输入端与电力变压器低压侧C相相连；

隔离变压器包括隔离变压器IT_A，隔离变压器IT_B，隔离变压器IT_C，隔离变压器IT_X，隔离变压器IT_Y，隔离变压器IT_Z；其中，隔离变压器IT_A输入端与电压互感器PT_A输出端相连接，隔离变压器IT_B输入端与电压互感器PT_B输出端相连接，隔离变压器IT_C输入端与电压互感器PT_C输出端相连接，隔离变压器IT_X输入端与电压互感器PT_X输出端相连接，隔离变压器IT_Y输入端与电压互感器PT_Y输出端相连接，隔离变压器IT_Z输入端与电压互感器PT_Z输出端相连接；

二次侧电压互感器包括电压互感器PT_a，电压互感器PT_b，电压互感器PT_c，电压互感器PT_x，电压互感器PT_y，电压互感器PT_z；其中，电压互感器PT_a输入端与隔离变压器IT_A输出端相连接，电压互感器PT_b输入端与隔离变压器IT_B输出端相连接，电压互感器PT_c输入端与隔离变压器IT_C输出端相连接，电压互感器PT_x输入端与隔离变压器IT_X输出端相连接，电压互感器PT_y输入端与隔离变压器IT_Y输出端相连接，电压互感器PT_z输入端与隔离变压器IT_Z输出端相连接。

进一步的，一次侧电流互感器包括电流互感器CT_A，电流互感器CT_B，电流互感器CT_C，电流互感器CT_X，电流互感器包括CT_Y，电流互感器包括CT_Z；其中，电流互感器CT_A输入端与电力变压器高压侧A相相连，电流互感器CT_B输入端与电力变压器高压侧B相相连，电流互感器CT_C输入端与电力变压器高压侧C相相连，电流互感器CT_X输入端与电力变压器低压侧A相相连，电流互感器CT_Y输入端与电力变压器低压侧B相相连，电流互感器CT_Z输入端与电力变压器低压侧C相相连；

二次侧电流互感器包括电流互感器CT_a，电流互感器CT_b，电流互感器CT_c，电流互感器CT_x，电流互感器包括CT_y，电流互感器CT_z；其中，电流互感器CT_a输入端与电流互感器CT_A输出端相连接，电流互感器CT_b输入端与电流互感器CT_B输出端相连接，电流互感器CT_c输入端与电流互感器CT_C输出端相连接，电流互感器CT_x输入端与电流互感器CT_X输出端相连接，电流互感器CT_y输入端与电流互感器CT_Y输出端相连接，电流互感器CT_z输入端与电流互感器CT_Z输出端相连接；

光耦隔离模块包括光耦合隔离模块OC_a，光耦合模块OC_b，光耦合模块OC_c，光耦合模块OC_x，光耦合模块OC_y，光耦合模块OC_z；其中，光耦合模块OC_a输入端与电流互感器CT_a输出端相连接，光耦合模块OC_b输入端与电流互感器CT_b输出端相连接，光耦合模块OC_c输入端与电流互感器CT_c输出端相连接，光耦合模块OC_x输入端与电流互感器CT_x输出端相连接，光耦合模块OC_y输入端与电流互感器CT_y输出端相连接,光耦合模块OC_z输入端与电流互感器CT_z输出端相连接。

进一步的，信号采集系统包括电压采集卡及电流采集卡；电压采集卡输入端分别与电压互感器PT_a、电压互感器PT_b、电压互感器PT_c、电压互感器PT_x、电压互感器PT_y、电压互感器PT_z输出端相连；电流采集卡输入端分别与光耦隔离模块OC_a、光耦隔离模块OC_b、光耦隔离模块OC_c、光耦隔离模块OC_x、光耦隔离模块OC_y、光耦隔离模块OC_z输出端相连；信号采集系统用于分时采集已安装的二次侧电压互感器及二次侧电流互感器的输出结果，将连续变换的电压及电流信号实时离散采集，并将采集结果发送至上位机系统。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：

1、测量实时性强。本系统能够带电实时检测电力变压器的空载损耗及负载损耗，达到实时检测电力变压器损耗状态的目的，为确定电力变压器内部温度、工作状态及寿命预估提供相应依据。

2、测量对象范围广。本系统能够根据不同电压等级的电力变压器改变一次侧及二次侧电压互感器和电流互感器，只需完成标定的情况下就能够对不同电力等级、不同型号及容量的电力变压器完成损耗检测，使用范围较广。

3、检测系统安全性高。本系统的一次侧和二次侧电压互感器采用隔离变压器完成隔离，二次侧电流互感器和信号采集系统采用光耦隔离模块进行隔离，保证了信号采集系统、上位机及操作人员始终与一次侧电压和电流隔离，提升了测量系统的安全性能。

附图说明

图1为本实用新型一种电力变压器损耗的带电检测系统的原理框图。

图2为本实用新型一种电力变压器损耗的带电检测系统安装方式及连接图。

图3为空载损耗及负载损耗测试等效示意图。

图4为检测方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步说明:

参见图1至图2，本实用新型的一种电力变压器损耗带电检测系统，包括一次侧电压互感器、一次侧电流互感器、隔离变压器、二次侧电流互感器、二次侧电压互感器、光耦隔离模块、信号采集系统和上位机系统。

一次侧电压互感器输入端与电力变压器高压侧及低压侧分别连接，其输出端接入隔离变压器；一次侧电流互感器输入端通过钳口与电力变压器高压侧及低压侧端口相接，其输出端接入二次侧电流互感器；隔离变压器输出端与二次侧电压互感器输入端相连；二次侧电流互感器输出端与光耦隔离模块输入端相连；光耦模块输出端和二次侧电压互感器输出端与信号采集系统输入端相连，信号采集系统输出端将采集得到的结果输入上位机系统，对采集得到的电压及电流信号提取分析并最终得到电力变压器的空载损耗及负载损耗。

一次侧电压互感器包括电压互感器PT_A，电压互感器PT_B，电压互感器PT_C，电压互感器PT_X，电压互感器PT_Y，电压互感器PT_Z。其中，电压互感器PT_A输入端与电力变压器高压侧A相相连，电压互感器PT_B输入端与电力变压器高压侧B相相连，电压互感器PT_C输入端与电力变压器高压侧C相相连，电压互感器PT_X输入端与电力变压器低压侧A相相连，电压互感器PT_Y输入端与电力变压器低压侧B相相连，电压互感器PT_Z输入端与电力变压器低压侧C相相连。其功能为确保电力变压器高压侧及低压侧电压未超过一次侧电压互感器量程，将其按比例转换为不超过二次侧电压互感器量程的电压，并将此电压输入隔离变压器。

一次侧电流互感器包括电流互感器CT_A，电流互感器CT_B，电流互感器CT_C，电流互感器CT_X，电流互感器包括CT_Y，电流互感器包括CT_Z。其中，电流互感器CT_A输入端与电力变压器高压侧A相相连，电流互感器CT_B输入端与电力变压器高压侧B相相连，电流互感器CT_C输入端与电力变压器高压侧C相相连，电流互感器CT_X输入端与电力变压器低压侧A相相连，电流互感器CT_Y输入端与电力变压器低压侧B相相连，电流互感器CT_Z输入端与电力变压器低压侧C相相连。其功能为确保电力变压器高压侧及低压侧电流未超过一次侧电流互感器量程，将其按比例转换为不超过二次侧电流互感器量程的电流，并将此电流输入二次侧电流互感器。

隔离变压器包括隔离变压器IT_A，隔离变压器IT_B，隔离变压器IT_C，隔离变压器IT_X，隔离变压器IT_Y，隔离变压器IT_Z。其中，隔离变压器IT_A输入端与电压互感器PT_A输出端相连接，隔离变压器IT_B输入端与电压互感器PT_B输出端相连接，隔离变压器IT_C输入端与电压互感器PT_C输出端相连接，隔离变压器IT_X输入端与电压互感器PT_X输出端相连接，隔离变压器IT_Y输入端与电压互感器PT_Y输出端相连接，隔离变压器IT_Z输入端与电压互感器PT_Z输出端相连接。其功能为将电力变压器高压输出侧与二次侧电压互感器及二次侧电流互感器隔离，以防对二次侧电压互感器及电流互感器造成损坏。

二次侧电压互感器包括电压互感器PT_a，电压互感器PT_b，电压互感器PT_c，电压互感器PT_x，电压互感器PT_y，电压互感器PT_z。其中，电压互感器PT_a输入端与隔离变压器IT_A输出端相连接，电压互感器PT_b输入端与隔离变压器IT_B输出端相连接，电压互感器PT_c输入端与隔离变压器IT_C输出端相连接，电压互感器PT_x输入端与隔离变压器IT_X输出端相连接，电压互感器PT_y输入端与隔离变压器IT_Y输出端相连接，电压互感器PT_z输入端与隔离变压器IT_Z输出端相连接。其功能为将一次侧电压互感器输出的电压进行变换，使其能够被信号采集系统采集。

二次侧电流互感器包括电流互感器CT_a，电流互感器CT_b，电流互感器CT_c，电流互感器CT_x，电流互感器包括CT_y，电流互感器CT_z。其中，电流互感器CT_a输入端与电流互感器CT_A输出端相连接，电流互感器CT_b输入端与电流互感器CT_B输出端相连接，电流互感器CT_c输入端与电流互感器CT_C输出端相连接，电流互感器CT_x输入端与电流互感器CT_X输出端相连接，电流互感器CT_y输入端与电流互感器CT_Y输出端相连接，电流互感器CT_z输入端与电流互感器CT_Z输出端相连接。其功能为将一次侧电流互感器输出的电流进行变换，使电流信号能够由信号采集系统完成信号A/D采集转换。

光耦隔离模块包括光耦合隔离模块OC_a，光耦合模块OC_b，光耦合模块OC_c，光耦合模块OC_x，光耦合模块OC_y，光耦合模块OC_z。其中，光耦合模块OC_a输入端与电流互感器CT_a输出端相连接，光耦合模块OC_b输入端与电流互感器CT_b输出端相连接，光耦合模块OC_c输入端与电流互感器CT_c输出端相连接，光耦合模块OC_x输入端与电流互感器CT_x输出端相连接，光耦合模块OC_y输入端与电流互感器CT_y输出端相连接,光耦合模块OC_z输入端与电流互感器CT_z输出端相连接。其功能为将二次侧电流互感器输出电流与信号采集系统隔离，防止突然变换的大电流信号耦合至信号采集系统，对采集板卡造成破坏。

信号采集系统包括电压采集卡及电流采集卡。电压采集卡输入端分别与电压互感器PT_a、电压互感器PT_b、电压互感器PT_c、电压互感器PT_x、电压互感器PT_y、电压互感器PT_z输出端相连；电流采集卡输入端分别与光耦隔离模块OC_a、光耦隔离模块OC_b、光耦隔离模块OC_c、光耦隔离模块OC_x、光耦隔离模块OC_y、光耦隔离模块OC_z输出端相连。其功能为分时采集已安装的二次侧电压互感器及二次侧电流互感器的输出结果，将连续变换的电压及电流信号实时离散采集，并将采集结果发送至上位机系统。

上位机系统根据采集得到的离散电压、电流信号，按照预定空载损耗及负载损耗计算方法，实时计算电力变压器的空载损耗及负载损耗。

参见图3及图4，损耗计算方法为：

由于检测系统在检测过程分别经由一次侧电压互感器、一次侧电流互感器、二次侧电压互感器和二次侧电流互感器对电压和电流分别变换，故最终输入信号采集系统的电压值与电流值存在一定偏差。为此，本实用新型采用标定曲线的方法以减小此误差带来的影响。即在利用此检测系统测试电力变压器空载损耗及负载损耗前，利用标准仪器对此套检测系统的电压和电流测试结果进行标定并绘制出电压标定曲线f_u和电流标定曲线f_i。若分别令此套系统测试得到的电压信号序列为U_a，U_b，U_c，U_x，U_y，U_z，电流信号序列为I_a，I_b，I_c，I_x，I_y，I_z。则利用标定曲线将电压信号序列变化为f_u(U_a),f_u(U_b),f_u(U_c),f_u(U_x),f_u(U_y),f_u(U_z)；电流信号序列变化为f_i(Ia)，f_i(I_b)，f_i(I_c)，f_i(I_x)，f_i(I_y)，f_i(I_z)。为方便计算，首先将电压及电流信号按照标准转化为Yy0型电力变压器电压及电流的大小，随后电压及电流序列根据电力变压器等级直接折算为标幺值。若信号采集系统在0.02s内共采集12n个点，则变换后电力变压器高压侧A相标幺值电压信号序列f_u’(U_a)表示为：

f_u'(U_a)＝[f_u'(U_a0),f_u'(U_a1),f_u'(U_a2),…,f_u'(U_ai),…,f_u'(U_an)]

电力变压器高压侧A相电流信号序列表示为：

f_i'(I_a)＝[f_i'(I_a0),f_i'(I_a1),f_i'(I_a2),…,f_i'(I_ai),…,f_i'(I_an)]

电力变压器A相高压侧的功率表示为：

电力变压器高压侧B相、C相及电力变压器低压侧X相、Y相、Z相的功率可分别按照上式计算。则电力变压器的损耗功率可表示为：

P_总＝P_A+P_B+P_C-P_X-P_Y-P_Z

电力变压器的空载损耗表示为：

电力变压器的负载损耗表示为：

Claims (4)

1.一种电力变压器损耗的带电检测系统，其特征在于，包括一次侧电压互感器、一次侧电流互感器、隔离变压器、二次侧电流互感器、二次侧电压互感器、光耦隔离模块、信号采集系统和上位机系统；一次侧电压互感器输入端与电力变压器高压侧及低压侧分别连接，其输出端接入隔离变压器；一次侧电流互感器输入端通过钳口与电力变压器高压侧及低压侧端口相接，其输出端接入二次侧电流互感器；隔离变压器输出端与二次侧电压互感器输入端相连；二次侧电流互感器输出端与光耦隔离模块输入端相连；光耦模块输出端和二次侧电压互感器输出端与信号采集系统输入端相连，信号采集系统输出端连接上位机系统。

2.根据权利要求1所述的一种电力变压器损耗的带电检测系统，其特征在于，一次侧电压互感器包括电压互感器PT_A，电压互感器PT_B，电压互感器PT_C，电压互感器PT_X，电压互感器PT_Y，电压互感器PT_Z；其中，电压互感器PT_A输入端与电力变压器高压侧A相相连，电压互感器PT_B输入端与电力变压器高压侧B相相连，电压互感器PT_C输入端与电力变压器高压侧C相相连，电压互感器PT_X输入端与电力变压器低压侧A相相连，电压互感器PT_Y输入端与电力变压器低压侧B相相连，电压互感器PT_Z输入端与电力变压器低压侧C相相连；

隔离变压器包括隔离变压器IT_A，隔离变压器IT_B，隔离变压器IT_C，隔离变压器IT_X，隔离变压器IT_Y，隔离变压器IT_Z；其中，隔离变压器IT_A输入端与电压互感器PT_A输出端相连接，隔离变压器IT_B输入端与电压互感器PT_B输出端相连接，隔离变压器IT_C输入端与电压互感器PT_C输出端相连接，隔离变压器IT_X输入端与电压互感器PT_X输出端相连接，隔离变压器IT_Y输入端与电压互感器PT_Y输出端相连接，隔离变压器IT_Z输入端与电压互感器PT_Z输出端相连接；

二次侧电压互感器包括电压互感器PT_a，电压互感器PT_b，电压互感器PT_c，电压互感器PT_x，电压互感器PT_y，电压互感器PT_z；其中，电压互感器PT_a输入端与隔离变压器IT_A输出端相连接，电压互感器PT_b输入端与隔离变压器IT_B输出端相连接，电压互感器PT_c输入端与隔离变压器IT_C输出端相连接，电压互感器PT_x输入端与隔离变压器IT_X输出端相连接，电压互感器PT_y输入端与隔离变压器IT_Y输出端相连接，电压互感器PT_z输入端与隔离变压器IT_Z输出端相连接。

3.根据权利要求2所述的一种电力变压器损耗的带电检测系统，其特征在于，一次侧电流互感器包括电流互感器CT_A，电流互感器CT_B，电流互感器CT_C，电流互感器CT_X，电流互感器包括CT_Y，电流互感器包括CT_Z；其中，电流互感器CT_A输入端与电力变压器高压侧A相相连，电流互感器CT_B输入端与电力变压器高压侧B相相连，电流互感器CT_C输入端与电力变压器高压侧C相相连，电流互感器CT_X输入端与电力变压器低压侧A相相连，电流互感器CT_Y输入端与电力变压器低压侧B相相连，电流互感器CT_Z输入端与电力变压器低压侧C相相连；

二次侧电流互感器包括电流互感器CT_a，电流互感器CT_b，电流互感器CT_c，电流互感器CT_x，电流互感器包括CT_y，电流互感器CT_z；其中，电流互感器CT_a输入端与电流互感器CT_A输出端相连接，电流互感器CT_b输入端与电流互感器CT_B输出端相连接，电流互感器CT_c输入端与电流互感器CT_C输出端相连接，电流互感器CT_x输入端与电流互感器CT_X输出端相连接，电流互感器CT_y输入端与电流互感器CT_Y输出端相连接，电流互感器CT_z输入端与电流互感器CT_Z输出端相连接；

光耦隔离模块包括光耦合隔离模块OC_a，光耦合模块OC_b，光耦合模块OC_c，光耦合模块OC_x，光耦合模块OC_y，光耦合模块OC_z；其中，光耦合模块OC_a输入端与电流互感器CT_a输出端相连接，光耦合模块OC_b输入端与电流互感器CT_b输出端相连接，光耦合模块OC_c输入端与电流互感器CT_c输出端相连接，光耦合模块OC_x输入端与电流互感器CT_x输出端相连接，光耦合模块OC_y输入端与电流互感器CT_y输出端相连接,光耦合模块OC_z输入端与电流互感器CT_z输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的一种电力变压器损耗的带电检测系统，其特征在于，信号采集系统包括电压采集卡及电流采集卡；电压采集卡输入端分别与电压互感器PT_a、电压互感器PT_b、电压互感器PT_c、电压互感器PT_x、电压互感器PT_y、电压互感器PT_z输出端相连；电流采集卡输入端分别与光耦隔离模块OC_a、光耦隔离模块OC_b、光耦隔离模块OC_c、光耦隔离模块OC_x、光耦隔离模块OC_y、光耦隔离模块OC_z输出端相连。