CN212208349U - 基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，该装置用于对变压器的运行状态进行实时风险评估。本装置包括装置包括电源模块、信号检测模块、数据处理模块、通信模块和输出模块，监测变压器的运行电压、电流、局部放电超声信号、振动信号、绕组热点温度等信息，将采集数据上传到主机风险计算和故障类型的诊断，实现对变压器的风险评估。本实用新型基于多种传感器采集与变压器运行状态相关的多种指标参量，用于对每个变压器运行状态和环境进行风险评估，提高了风险评估的可靠性，采用多级报警方式便于维修人员及时发现存在运行风险的变压器，保证了变压器的安全运行。

Description

基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置

技术领域

本实用新型属于变压器技术领域，特别涉及一种基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置。

背景技术

随着电力事业的蓬勃发展，智能电网和泛在电力物联网的建设，配电变压器作为电网中重要的变电设备，其运行的可靠性决定了电网的稳定性。配电变压器由于自身结构和复杂的运行环境，事故率一直较高。为了避免变压器事故带来的巨大经济损失和安全隐患，有必要对变压器的运行状态进行评估，通过有效的监测和数据分析手段来预防变压器事故的发生。目前市场上还没有较为成熟的风险评估装置，且该类装置安装复杂且容易给变压器的运行带来不稳定因素，故当前监测装置还有进一步改进的空间。

发明内容

本实用新型旨在提供一种结构简单、安装方便、准确度高、可实时对变压器进行风险评估的装置，该装置包括电源模块、信号检测模块、数据处理模块、通信模块和输出模块，监测变压器的运行电压、电流、局部放电超声信号、振动信号、绕组热点温度等信息，将采集数据上传到主机进行风险计算和故障类型诊断，实现对变压器运行状态的实时风险评估。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，包括电源模块、信号检测模块、数据处理模块、通信模块和输出模块；

所述多源信息包括变压器运行状态信息和工作环境信息，其中变压器运行状态信息又包含油色谱、绕组热点温度、振动信号、局部放电超声信号和变压器工作电压、电流等，变压器工作环境信息包括环境实时温湿度等。

优选的，所述电源模块为50Hz的220V交流电源和分布式电源模块，分布式电源管理模块包括降压整流电路和电源总线，用于多个变压器装置内部各器件、传感器供电；

所述主机包括微控制器单片机及相应辅助电路和通信等功能模块；

所述传感器包括传感器芯片、相应辅助电路和通信等功能模块；

所述传感器模块和主机模块均有防高温、防水和防爆设计，使得装置可以适应多种复杂工作环境，提高运行可靠性。

优选的，所述信号检测模块，包括温湿度传感器、油色谱分析仪、电压电流互感器、绕组温度计、振动传感器、超声传感器和抗干扰铁芯；

所述油色谱分析仪采用了便携式油色谱分析仪，用于检测变压器的油色谱数据，得到油中溶解气体含量；

所述电压、电流传感器配合不同变比的电压、电流互感器后可监测不同电压等级的三相电压、电流信号；

所述温湿度传感器采用了集成式温湿度传感器，用于检测变压器外环境温湿度；

所述绕组温度计用于检测变压器绕组热点温度，用于分析变压器可能的故障类型；

所述抗干扰铁芯用于去除环境中的干扰信号，提高数据采集的准确性。

所述超声传感器模块包括6个超声传感器，分别安装在变压器三相绕组的顶面和底面，用于检测变压器异常放电产生的超声信号；

所述振动传感器模块包括3个振动传感器，分别监测变压器正面、顶面和侧面的振动信号，进而对故障类型进行分析判断。

优选的，所述数据处理模块包括传感器边缘处理和主机集中处理；

所述传感器边缘处理为各传感器就地处理该传感器采集到的数据，并向主机发送数据，其中超声传感器和振动传感器使用DIF变换，获取采集信息的频段信息，其中超声传感器主要截取40KHz-200KHz的超声局放信号，振动传感器主要截取基频的振动信号信息；

所述主机集中处理包括风险计算和故障类型诊断，分析各传感器上传的数据，计算综合健康指数，得到变压器的实时故障概率，从而得到故障频度等级、严重度等级、综合风险等级，对振动、局放和绕组热点温度进行分析得到变压器的故障类型。

优选的，所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块；

所述有线通信模块包括电源总线模块和G3-PLC通信模块，电源总线模块用于主机和传感器之间的一对多通信，确保传感器数据实时上传，G3-PLC通信模块主要用于现场数据读取和装置通信；

所述无线通信模块为LORA1276通信模块，用于手持终端实时监测与后台通信；

所述后台为监控站自带终端，可完成监测数据的图表绘制、变压器风险评估结果显示和信息推送。

优选的，所述输出模块包括存储模块和报警模块；

所述存储模块由数据存储器组成，对运行数据、风险评估结果和相关波形图等进行存储；

所述报警模块包括LED显示器和蜂鸣器，LED显示器用于传感器运行状态显示，蜂鸣器用于变压器风险评估分级报警。

综上所述，本实用新型的有益效果是：

本实用新型应用于变压器的实时在线风险评估，应用中可以根据需求适当增减传感器种类及数量完成对不同类型变压器的实时风险评估，较现有变压器风险评估设备而言，本实用新型能监测的变压器状态量更多，包括电流、电压、超声局放、振动、温湿度、绕组热点温度等，同时监测温湿度等环境信息，可实现变压器运行状态的实时风险评估，利用蜂鸣器对每台变压器进行多级报警，可提高对变压器风险评估的准确度，能对实际工程提供有效帮助，装置可以及时信息上传和储存，提高数据管理的高效性。

本装置具有监测精度高、兼容性强、功能齐全、经济成本低、安装简单等优点，可以降低人工作业强度、节省人力、节约维护成本，便于维修人员及时发现变压器潜在的风险，有很好的应用价值。

附图说明

图1为本实用新型在线风险评估装置的工作流程图；

图2为本实用新型中一种基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置的结构示意图；

其中1-温湿度传感器，2-绕组温度计，3-超声传感器，4-振动传感器，5-终端，6-抗干扰铁芯，7-电源总线，8-蜂鸣器，9-LORA通信模块，10-主机，11-LED显示，12-油色谱分析仪，13-电压电流互感器，14-配电变压器本体，15-数据存储器。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述，但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。

所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置主要针对配电变压器，调整传感器类型、数量及分析算法也可适用于部分特殊变压器。

如图2所示，所述监测装置包括电源模块、信号检测模块、数据处理模块、通信模块和输出模块。

所述电源模块为50Hz的220V交流电源和分布式电源模块，分布式电源管理模块包括降压整流电路和电源总线，用于多个变压器装置内部各器件和传感器供电；

所述主机包括微控制器单片机及相应辅助电路、电源总线模块、LED显示器、蜂鸣器等通信、报警功能模块；

所述传感器包括相应传感器芯片、辅助电路和通信等功能模块。

所述信号检测模块包括温湿度传感器、油色谱分析仪、电压电流互感器、绕组温度计、振动传感器、超声传感器和抗干扰铁芯；

所述电压电流互感器用于变压器工作电流和电压的实时监测；

所述温湿度传感器用于检测变压器外环境温湿度；

所述绕组温度计用于检测变压器绕组热点温度；

所述油色谱分析仪用于采集变压器绝缘油中的气体含量；

所述抗干扰铁芯用于去除环境中的干扰信号；

所述超声传感器用于采集并处理配电变压器产生的局放超声数据，并将所述数据发送到主机，每个配电变压器设置6个超声传感器，每个振动传感器位置选在各个绕组的顶面中心和底面中心，用于监测40KHz-200KHz频段的超声局放信号，判断是否存在故障；

所述振动传感器用于采集并处理配电变压器产生的振动数据，并将所述数据发送到主机，每个配电变压器设置3个振动传感器，每个振动传感器位置选在对应变压器正面中心、顶面中心和侧面中心，用于监测变压器异常振动，主要采集50Hz、100Hz、150Hz、200Hz等基波和谐波振动信号。

所述数据处理模块，包括传感器边缘处理和主机集中处理；

所述传感器边缘处理为各传感器就地处理该传感器采集到的数据，并向主机发送数据，其中超声传感器和振动传感器使用DIF变换，获取采集信息的频段信息，其中超声传感器主要截取40KHz-200KHz的超声局放信号，振动传感器主要截取基频的振动信号信息；

所述主机集中处理将来自各传感器的数据进行综合分析处理，进行风险计算和故障类型的诊断，风险计算包括计算变压器实时故障率、故障频度、资产损失、环境影响、安全影响、严重度等级和综合风险等级，通过对振动信号、超声局放信号、绕组热点温度的分析，得到变压器的故障类型。

所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块；

有线通信模块包括电源总线模块和G3-PLC通信模块，电源总线模块用于主机和传感器之间的一对多通信，确保传感器数据实时上传，G3-PLC通信模块包括两组通信接口，主要用于现场数据读取和装置通信；

无线通信模块为LORA1276通信模块，用于手持终端实时监测与后台通信，实现变压器状态的远程监测和在线评估。

所述输出模块，包括存储模块和报警模块；

存储模块由数据存储器组成，对运行数据、风险评估结果和相关波形图等进行存储；

报警模块包括LED显示器和蜂鸣器，LED显示器用于传感器运行状态显示，蜂鸣器用于变压器风险评估分级报警。

所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置根据采集到的油色谱数据、超声波信号、振动信号、温湿度信号、电流、电压信号数据对变压器状态进行综合数据分析，对变压器进行实时的风险计算和故障类型的诊断。

上述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置的变压器风险评估步骤如下：

第一步：按照附图2所绘位置安装设备；

第二步：信号监测模块实时采集变压器的各类运行参数和周围环境的温湿度信息；

第三步：数据处理模块根据信号检测模块采集的数据进行数据分析处理，传感器对采集数据进行滤波、DIF等初步处理，并形成数据发送至主机；

第四步：主机对采集数据进行传感器边缘处理和主机集中处理，传感器边缘处理为各传感器就地处理该传感器采集到的数据，并向主机发送处理后的数据，主机集中处理包括风险计算和故障类型诊断；

第五步：将主机处理后的信息发送至手持终端和后台，通过输出模块实现对变压器运行状态数据显示和存储，以及对风险评估结果进行分级报警。

Claims (9)

1.基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，其特征在于，该装置应用于变压器在线风险评估，所述多源信息包括变压器运行状态信息和工作环境信息，其中变压器运行状态信息又包含油色谱、绕组热点温度、振动信号、局部放电超声信号和变压器工作电压、电流等，变压器工作环境信息包括环境实时温湿度等，所述风险评估装置包括电源模块、信号检测模块、数据处理模块、通信模块和输出模块；

所述电源模块为50Hz的220V交流电源和分布式电源模块，用于多个变压器装置内部各器件、传感器供电；

所述信号检测模块，包括温湿度传感器、油色谱分析仪、电压电流互感器、绕组温度计、振动传感器、超声传感器和抗干扰铁芯；

所述数据处理模块，包括传感器边缘处理和主机集中处理，传感器边缘处理为各传感器就地处理该传感器采集到的数据，并向主机发送处理后的数据，主机集中处理包括风险计算和故障类型诊断；

所述通信模块，包括有线通信模块和无线通信模块，有线通信模块主要用于信号总线与信号副线的一对多通信及现场数据读取，无线通信模块用于手持终端实时监测与后台通信，实现变压器状态的远程监测和在线风险评估；

所述输出模块，包括存储模块和报警模块，存储模块由数据存储器组成，对运行数据、风险评估结果和相关波形图等进行存储，报警模块包括LED显示器和蜂鸣器，LED显示器用于传感器运行状态显示，蜂鸣器用于变压器风险评估分级报警。

2.如权利要求1所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，其特征在于，所述分布式电源模块采用电源总线控制，由主机向各传感器稳定供电，简化装置的供电线缆排布；

所述主机包括微控制器单片机及相应辅助电路和通信、报警等功能模块；

所述传感器包括传感器芯片、辅助电路和通信、报警等功能模块；

所述电源总线可同时满足供电和通信功能。

3.如权利要求1所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，其特征在于，所述信号检测模块包括温湿度传感器、油色谱分析仪、电压电流互感器、绕组温度计、振动传感器、超声传感器和抗干扰铁芯；

所述电压电流互感器用于变压器工作电流和电压的实时监测；

所述温湿度传感器用于检测变压器外环境温湿度；

所述绕组温度计用于检测变压器绕组热点温度；

所述油色谱分析仪用于检测变压器的油色谱数据，得到油中溶解气体含量；

所述超声传感器用于检测变压器异常放电产生的超声信号；

所述振动传感器用于检测变压器振动信号；

所述抗干扰铁芯用于去除环境中的干扰信号。

4.如权利要求1所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，其特征在于，所述数据处理模块包括传感器边缘计算处理和主机集中处理；

所述传感器边缘计算处理为传感器模块将自身采集到的数据进行AD变换、提取滤波、DIF等操作；

所述主机集中处理将来自各传感器的数据进行综合分析处理，进行风险计算和故障类型的诊断，风险计算包括计算变压器实时故障率、资产损失、环境影响和安全影响，通过对振动信号、局放超声信号、绕组热点温度的分析，得到变压器的故障类型。

5.如权利要求1所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，其特征在于，所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块；

所述有线通信模块包括电源总线模块和G3-PLC通信模块；

所述无线通信模块为LORA1276通信模块，用于手持终端实时监测以及后台通信。

6.如权利要求3所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，其特征在于，所述超声传感器模块包括6个超声传感器，位于变压器三相绕组的顶面和底面，监测变压器三相的超声波信号，提高局部放电信号分析的可靠性。

7.如权利要求3所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，其特征在于，所述振动传感器模块包括3个振动传感器，分别监测变压器正面、顶面和侧面的振动信号，可实现变压器绕组和铁芯故障判断。

8.如权利要求3所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，其特征在于，所述油色谱分析仪通过检测变压器的油色谱数据，得到油中溶解气体含量，然后传送到主机中进行风险计算。

9.如权利要求5所述基于多源信息的配电变压器在线风险评估装置，其特征在于，所述电源总线用于处理器主机与传感器之间供电和通信，实现装置通信、供电综合管理。

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