CN209400633U - 基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，通过所述数据运算判断模块可以监测功率损耗，通过所述红外诊断模块可以诊断变压器套管的接头连接处的接触故障，从而可以实现从多个方面来进一步监测变压器匝间短路故障。因此，通过所述基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统可以高效率监测变压器匝间短路故障，且通过所述数据运算判断模块与所述红外诊断模块可以从多方面进行检测，在故障早期就能及时发现故障并将故障信号上传至控制中心，避免发生运行事故，延长变压器的实际使用寿命，提高供电可靠性，提高了检测变压器匝间短路故障的便捷性以及准确性。

Description

基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统

技术领域

本申请涉及配电变压器故障诊断，特别是涉及一种基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统。

背景技术

配电变压器是电力系统中实现不同电压等级电能转换的高压电气设备，承担着转换电压和电流以及传输电功率的任务，因此配电变压器性能的好坏将直接影响电力系统的安全稳定运行。同时，它的正常运行是整个配电网系统正常运行的关键。配电变压器发生匝间短路故障后，故障绕组会产生很大的短路电流，发热量等各种损耗加大，反过来破坏绝缘，引起变压器损坏。若不及时发现匝间短路，故障就会继续发展，最终导致变压器的烧毁，对用户产生极大的影响，严重影响供电安全及供电可靠性。

传统的变压器匝间短路故障监测通常是通过小波定位法进行分析，通过小波分辨技术对变压器短路时接地电流的高频成分进行分解，对比信号高频分量诊断变压器是否存在匝间短路情况。并且，传统的变压器匝间短路预防监测通常还需要主要靠电力公司配网维护人员进行现场监测。因此，传统的变压器匝间短路故障监测得效率低、容易造成故障忽略。

发明内容

基于此，有必要针对传统的变压器匝间短路故障监测得效率低、容易造成故障忽略的问题，提供一种效率高、准确性可靠性高的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统。

本申请提供一种基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统包括电能检测单元、数据处理单元、数据传输单元以及故障诊断单元。所述电能检测单元用于采集电气参数。所述数据处理单元与所述电能检测单元电连接，用于将所述电气参数转换成数字信号，并通过数据传输单元对所述数字信号进行传输。所述故障诊断单元用于接收经所述数据传输单元传输的所述数字信号，并进行故障诊断。所述故障诊断单元包括数据运算判断模块与红外诊断模块，所述数据运算判断模块与所述红外诊断模块电连接，所述数据运算判断模块用于接收经所述数据传输单元传输的所述数字信号并与故障阈值进行运算判断，所述红外诊断模块用于检测变压器接头故障。

在其中一个实施例中，所述电能检测单元包括电力设备以及检测模块。所述检测模块与所述电力设备电连接，用以采集所述电力设备的电气参数。

在其中一个实施例中，所述电力设备为三相变压器。

在其中一个实施例中，所述红外诊断模块包括第一相红外诊断模块、第二相红外诊断模块以及第三相红外诊断模块。所述第一相红外诊断模块与所述数据运算判断模块电连接，用以检测第一相变压器接头是否故障。所述第二相红外诊断模块与所述数据运算判断模块电连接，用以检测第二相变压器接头是否故障。所述第三相红外诊断模块与所述数据运算判断模块电连接，用以检测第三相变压器接头是否故障。

在其中一个实施例中，所述电气参数为所述三相变压器的功率参数与温度参数。

在其中一个实施例中，所述三相变压器的功率参数包括第一相变压器的输入功率与输出功率、第二相变压器的输入功率与输出功率以及第三相变压器的输入功率与输出功率。

在其中一个实施例中，所述三相变压器的温度参数包括第一相变压器的第一接头温度、第二相变压器的第二接头温度以及第三相变压器的第三接头温度。

在其中一个实施例中，所述数据处理单元包括信号预处理模块以及数据采集模块。所述信号预处理模块与所述检测模块电连接，用于将所述电气参数转换成数字信号。所述数据采集模块与所述信号预处理模块电连接，用以获取所述数字信号，并通过所述数据传输单元将所述数字信号传输至所述故障诊断单元。

在其中一个实施例中，所述检测模块包括功率表。

在其中一个实施例中，所述检测模块还包括红外测温探头。

本申请提供一种基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统及方法。通过所述电能检测单元采集所述电气参数，并将所述电气参数传输至所述数据处理单元。所述数据处理单元将所述电气参数转换成数字信号，并通过所述数据传输单元可以无线传输至所述故障诊断单元。所述数据运算判断模块接收到所述数字信号后与故障阈值进行运算判断。同时，通过所述红外诊断模块检测变压器的接头是否故障，从而通过所述基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统共同来在线监测变压器是否发生故障。

当变压器发生匝间短路故障后可导致每相功率损耗增加，且在变压器套管的接头连接处的接触故障也会导致功率损耗增大。通过所述数据运算判断模块可以监测功率损耗，通过所述红外诊断模块可以诊断变压器套管的接头连接处的接触故障，从而可以实现从多个方面来进一步监测变压器匝间短路故障。因此，通过所述基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统可以高效率监测变压器匝间短路故障，且通过所述数据运算判断模块与所述红外诊断模块可以从多方面进行检测，提高了检测变压器匝间短路故障的便捷性以及准确性。

附图说明

图1为本申请提供的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统的原理结构示意图；

图2为本申请提供的一个实施例中基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统的结构示意图；

图3为本申请提供的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测方法的流程图。

附图标记说明

基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统100、电能检测单元10、数据处理单元20、数据传输单元30、故障诊断单元40、电力设备110、检测模块120、信号预处理模块210、数据采集模块220、数据运算判断模块410、红外诊断模块420。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1-2，本申请提供一种基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统100包括电能检测单元10、数据处理单元20、数据传输单元30以及故障诊断单元40。所述电能检测单元10用于采集电气参数。所述数据处理单元20与所述电能检测单元10电连接，用于将所述电气参数转换成数字信号，并通过数据传输单元30对所述数字信号进行传输。所述故障诊断单元40用于接收经所述数据传输单元30传输的所述数字信号，并进行故障诊断。所述故障诊断单元40包括数据运算判断模块410与红外诊断模块420，所述数据运算判断模块410与所述红外诊断模块420电连接，所述数据运算判断模块410用于接收经所述数据传输单元30传输的所述数字信号并与故障阈值进行运算判断，所述红外诊断模块420用于检测变压器接头故障。

通过所述电能检测单元10采集所述电气参数，并将所述电气参数传输至所述数据处理单元20。所述数据处理单元20将所述电气参数转换成数字信号，并通过所述数据传输单元30可以无线传输至所述故障诊断单元40。所述数据运算判断模块410接收到所述数字信号后与故障阈值进行运算判断。同时，通过所述红外诊断模块420检测变压器的接头是否故障，从而通过所述基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统100共同来在线监测变压器是否发生故障。

当变压器发生匝间短路故障后可导致每相功率损耗增加，且在变压器套管的接头连接处的接触故障也会导致功率损耗增大。通过所述数据运算判断模块410可以监测功率损耗，通过所述红外诊断模块420可以诊断变压器套管的接头连接处的接触故障，从而可以实现从多个方面来进一步监测变压器匝间短路故障。因此，通过所述基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统100可以高效率监测变压器匝间短路故障，且通过所述数据运算判断模块410与所述红外诊断模块420可以从多方面进行检测，提高了检测变压器匝间短路故障的便捷性以及准确性。

在一个实施例中，所述电能检测单元10包括电力设备110与检测模块120。所述检测模块120与所述电力设备110电连接，用以采集所述电力设备110的电气参数。

所述电力设备110为三相变压器，所述检测模块120用于采集三相变压器的的输入端及输出端的电能损耗，并将采集到的电能损耗信息传送到所述数据处理单元20进行处理。其中，所述检测模块120包括功率表以及红外测温探头。通过功率表采集三相变压器(A、B、C三相变压器)的输入端及输出端的功率，并计算获得三相变压器的输入端及输出端的电能损耗。同时，通过红外测温探头来检测三相变压器的套管的接头连接处的温度信息，从而来判别三相变压器是否有接头故障。

在一个实施例中，所述电气参数为所述三相变压器的功率参数与温度参数，所述三相变压器的功率参数包括第一相变压器的输入功率与输出功率、第二相变压器的输入功率与输出功率以及第三相变压器的输入功率与输出功率，所述三相变压器的温度参数包括第一相变压器的第一接头温度、第二相变压器的第二接头温度以及第三相变压器的第三接头温度。

其中，所述第一相变压器为三相变压器中的A相变压器，所述第二相变压器为三相变压器中的B相变压器，所述第三相变压器为三相变压器中的C相变压器。通过所述第一相变压器的输入功率与输出功率、所述第二相变压器的输入功率以及所述第三相变压器的输入功率与输出功率，可以计算三相变压器的空载总损耗、第一相电能损耗、第二相电能损耗以及第三相电能损耗。其中，所述第一相电能损耗为A相变压器的空载损耗，所述第二相电能损耗为B相变压器的空载损耗，所述第三相电能损耗为C相变压器的空载损耗。所述第一接头温度为A相变压器的套管的接头连接处的温度，所述第二接头温度为B相变压器的套管的接头连接处的温度，所述第三接头温度为C相变压器的套管的接头连接处的温度。

通过功率表采集三相变压器(A、B、C三相变压器)的输入端及输出端的功率，并计算获得三相变压器的输入端及输出端的电能损耗。同时，通过红外测温探头来检测三相变压器的套管的接头连接处的温度信息，从而来判别三相变压器是否有接头故障。因此，通过所述基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统100可高效的、无接触的判别变压器功率损耗异常是否为接头故障，使得变压器故障检测更加全面，可区分匝间短路及接头故障。

在一个实施例中，所述红外诊断模块420包括第一相红外诊断模块、第二相红外诊断模块与第三相红外诊断模块。所述第一相红外诊断模块与所述数据运算判断模块电连接，用以检测第一相变压器接头是否故障。所述第二相红外诊断模块与所述数据运算判断模块电连接，用以检测第二相变压器接头是否故障。所述第三相红外诊断模块与所述数据运算判断模块电连接，用以检测第三相变压器接头是否故障。

通过所述第一相红外诊断模块、所述第二相红外诊断模块以及所述第三相红外诊断模块可以分别判断A、B、C三相变压器的套管的接头连接处的温度与设定的温度阈值，以此来判别是哪一相变压器的接头是否故障。同时，通过所述第一相红外诊断模块、所述第二相红外诊断模块以及所述第三相红外诊断模块可以分别单独检测A、B、C三相变压器的接头是否故障，彼此之间互不影响，使得所述基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统100可高效的、无接触的判别变压器功率损耗异常是否为接头故障，使得变压器故障检测更加全面，可区分匝间短路及接头故障，并区分每一相变压器发生故障的情况。

在一个实施例中，所述数据处理单元20包括信号预处理模块210与数据采集模块220。所述信号预处理模块210与所述检测模块120电连接，用于将所述电气参数转换成数字信号。所述数据采集模块220与所述信号预处理模块210电连接，用以获取所述数字信号，并通过所述数据传输单元30将所述数字信号传输至所述故障诊断单元40。

所述信号预处理模块210将所述电气参数转换成数字信号，经过滤波转换等处理之后将所述数字信号通过所述数据传输单元30可以无线传输至所述故障诊断单元40。所述数据运算判断模块410将三相变压器的总损耗与故障阈值进行对比，若总损耗小于故障阈值则输出“正常”信号，若总损耗大于故障阈值，则对每一相的损耗与每一相的故障阈值进行对比。若检测到所述第一相变压器(A相变压器)的损耗大于故障阈值，则启动所述红外诊断模块420中的所述第一相红外诊断模块(A相红外诊断模块)，用以检测所述第一相变压器(A相变压器)是否存在接头故障。

若A相变压器存在接头故障则输出“变压器A相接头故障”，若A相变压器不存在接头故障，则输出“变压器A相匝间短路故障”。以此类推，对于所述第二相变压器(B相变压器)以及第三相变压器(C相变压器)可以也进行同样的判断。所以，通过所述数据运算判断模块410与所述红外诊断模块420可高效的、无接触的判别变压器功率损耗异常是否为接头故障，使得变压器故障检测更加全面，可区分匝间短路及接头故障。

请参见图3，在一个实施例中，一种基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测方法包括：

S10，设置三相变压器的电能损耗总阈值、第一电能损耗阈值、第二电能损耗阈值以及第三电能损耗阈值，且设置三相变压器的第一温度阈值、第二温度阈值以及第三温度阈值；

S20，在线采集所述三相变压器的功率参数与温度参数；

S30，将所述功率参数与所述温度参数进行滤波转换，获得数据预处理后的所述功率参数与所述温度参数；

S40，根据数据预处理后的所述功率参数与所述温度参数计算所述三相变压器的电能总损耗；

S50，若所述电能总损耗小于所述电能损耗总阈值，则重新在线采集所述三相变压器的功率参数与温度参数，若所述电能总损耗大于所述电能损耗总阈值，则计算第一相电能损耗、第二相电能损耗以及第三相电能损耗；

S60，根据所述第一相电能损耗、所述第二相电能损耗以及所述第三相电能损耗，若所述第一相电能损耗大于所述第一电能损耗阈值，则第一相变压器发生故障，若所述第二相电能损耗大于所述第二电能损耗阈值，则第二相变压器发生故障，若所述第三相电能损耗大于所述第三电能损耗阈值，则第三相变压器发生故障；

S70，根据所述第一相变压器的故障情况、所述第二相变压器的故障情况以及所述第三相变压器的故障情况进行故障严重程度分析，并输出诊断结果。

在所述步骤S20中，通过所述电能检测单元10采集所述三相变压器的功率参数与温度参数。在所述步骤S30中，通过所述数据处理单元20对所述功率参数与所述温度参数进行滤波转换，获得数据预处理后的所述功率参数与所述温度参数。通过功率表采集三相变压器(A、B、C三相变压器)的输入端及输出端的功率，并计算获得三相变压器的输入端及输出端的电能损耗。通过所述第一相变压器的输入功率与输出功率、所述第二相变压器的输入功率以及所述第三相变压器的输入功率与输出功率，可以计算三相变压器的空载总损耗、第一相电能损耗、第二相电能损耗以及第三相电能损耗。若三相变压器的电能总损耗小于所述电能损耗总阈值，则输出诊断结果为“正常”信号。若三相变压器的电能总损耗大于所述电能损耗总阈值，则可以对每一相的损耗与每一相的故障阈值进行对比。

在所述步骤S60中，若所述第一相电能损耗(A相电能损耗)大于所述第一电能损耗阈值，则所述第一相变压器发生故障，若所述第一相电能损耗(A相电能损耗)小于所述第一电能损耗阈值，则所述第一相变压器输出诊断结果为“正常”信号。若所述第二相电能损耗((B相电能损耗))大于所述第二电能损耗阈值，则第二相变压器发生故障，若所述第二相电能损耗(B相电能损耗)小于所述第二电能损耗阈值，则所述第二相电能损耗输出诊断结果为“正常”信号。若所述第三相电能损耗(C相电能损耗)大于所述第三电能损耗阈值，则第三相变压器发生故障，若所述第三相电能损耗(C相电能损耗)小于所述第三电能损耗阈值，则所述第三相电能损耗输出诊断结果为“正常”信号。

采用监测电能损耗的方法，即对功率损耗进行时间累积，以反映轻微匝间短路故障。同时，除了匝间短路可导致每相功率损耗增加外，在变压器套管的接头连接处的接触故障也会导致功率损耗增大，因此，为了判别具体的变压器故障位置，可以通过增加红外测温探头，检测变压器的套管的接头连接处的温度来判别变压器是否接头故障。

在一个实施例中，所述步骤S60包括：

S611，若所述第一相电能损耗大于所述第一电能损耗阈值，则启动第一相红外诊断模块；

S612，根据所述第一相红外诊断模块，若所述第一相变压器的第一接头温度大于所述第一温度阈值，则所述第一相变压器的接头发生故障，否则所述第一相变压器的匝间短路。

若所述第一相电能损耗(A相电能损耗)大于所述第一电能损耗阈值，则启动第一相红外诊断模块(A相红外诊断模块)。若所述第一相变压器的第一接头温度大于所述第一温度阈值，则所述第一相变压器(A相变压器)的接头发生故障，则输出结果为“A相变压器接头故障”。若所述第一相变压器(A相变压器)不存在接头故障，则输出结果为“A相变压器匝间短路故障”。

在一个实施例中，所述步骤S60还包括：

S621，若所述第二相电能损耗大于所述第二电能损耗阈值，则启动第二相红外诊断模块；

S622，根据所述第二相红外诊断模块，若所述第二相变压器的第二接头温度大于所述第二温度阈值，则所述第二相变压器的接头发生故障，否则所述第二相变压器的匝间短路。

若所述第二相电能损耗(B相电能损耗)大于所述第二电能损耗阈值，则启动第二相红外诊断模块(B相红外诊断模块)。若所述第二相变压器的第二接头温度大于所述第二温度阈值，则所述第二相变压器(B相变压器)的接头发生故障，则输出结果为“B相变压器接头故障”。若所述第二相变压器(B相变压器)不存在接头故障，则输出结果为“B相变压器匝间短路故障”。

在一个实施例中，所述步骤S60还包括：

S631，若所述第三相电能损耗大于所述第三电能损耗阈值，则启动第三相红外诊断模块；

S632，根据所述第三相红外诊断模块，若所述第三相变压器的第三接头温度大于所述第三温度阈值，则所述第三相变压器的接头发生故障，否则所述第三相变压器的匝间短路。

若所述第三相电能损耗(C相电能损耗)大于所述第三电能损耗阈值，则启动第三相红外诊断模块(C相红外诊断模块)。若所述第三相变压器的第三接头温度大于所述第三温度阈值，则所述第三相变压器(C相变压器)的接头发生故障，则输出结果为“C相变压器接头故障”。若所述第三相变压器(C相变压器)不存在接头故障，则输出结果为“C相变压器匝间短路故障”。

通过所述基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统100可高效的、无接触的判别变压器功率损耗异常是否为接头故障，使得变压器故障检测更加全面，可区分匝间短路及接头故障。通过所述基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统100及方法能够对配电变压器匝间短路故障进行实时在线监测，在故障早期就能及时发现故障并将故障信号上传至控制中心，避免发生运行事故，延长变压器的实际使用寿命，提高供电可靠性。通过功率损耗增量的累积，可以预警初期的匝间短路故障，防止故障进一步发展，在早期就发现故障并上传至控制中心以采取措施清除故障，对提高供电单位的供电可靠性具有深远影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，包括：

电能检测单元(10)，用于采集电气参数；

数据处理单元(20)，与所述电能检测单元(10)电连接，用于将所述电气参数转换成数字信号，并通过数据传输单元(30)对所述数字信号进行传输；

故障诊断单元(40)，用于接收经所述数据传输单元(30)传输的所述数字信号，并进行故障诊断；

所述故障诊断单元(40)包括数据运算判断模块(410)与红外诊断模块(420)，所述数据运算判断模块(410)与所述红外诊断模块(420)电连接，所述数据运算判断模块(410)用于接收经所述数据传输单元(30)传输的所述数字信号并与故障阈值进行运算判断，所述红外诊断模块(420)用于检测变压器接头故障。

2.如权利要求1所述的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，所述电能检测单元(10)包括：

电力设备(110)；

检测模块(120)，与所述电力设备(110)电连接，用以采集所述电力设备(110)的电气参数。

3.如权利要求2所述的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，所述电力设备(110)为三相变压器。

4.如权利要求3所述的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，所述红外诊断模块(420)包括：

第一相红外诊断模块(421)，与所述数据运算判断模块(410)电连接，用以检测第一相变压器接头是否故障；

第二相红外诊断模块(422)，与所述数据运算判断模块(410)电连接，用以检测第二相变压器接头是否故障；

第三相红外诊断模块(423)，与所述数据运算判断模块(410)电连接，用以检测第三相变压器接头是否故障。

5.如权利要求3所述的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，所述电气参数为所述三相变压器的功率参数与温度参数。

6.如权利要求5所述的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，所述三相变压器的功率参数包括第一相变压器的输入功率与输出功率、第二相变压器的输入功率与输出功率以及第三相变压器的输入功率与输出功率。

7.如权利要求5所述的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，所述三相变压器的温度参数包括第一相变压器的第一接头温度、第二相变压器的第二接头温度以及第三相变压器的第三接头温度。

8.如权利要求2所述的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，所述数据处理单元(20)包括：

信号预处理模块(210)，与所述检测模块(120)电连接，用于将所述电气参数转换成数字信号；

数据采集模块(220)，与所述信号预处理模块(210)电连接，用以获取所述数字信号，并通过所述数据传输单元(30)将所述数字信号传输至所述故障诊断单元(40)。

9.如权利要求2所述的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，所述检测模块(120)包括功率表。

10.如权利要求9所述的基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测系统，其特征在于，所述检测模块(120)还包括红外测温探头。