CN213957506U - 变压器故障监测及报警系统 - Google Patents

Abstract

变压器故障监测及报警系统，它涉及电力系统技术领域。它包含云服务器、变压器现场检测器、管理员设备、变压器、高压线；所述的云服务器包含数据服务器、控制调度主站，多个变压器现场检测器的检测数据输出端连接于云服务器，且多个变压器现场检测器分别连接对应的变压器，各变压器均连接于高压线；多个管理员设备分别连接于云服务器；所述的变压器现场检测器包含防水外壳、位单片机、数据采集单元、数据分析单元、NB‑IOT通讯单元；适用于～kV配电网，能够实现故障区域及故障类型判定；具备谐波分析、故障录波、故障统计分析等功能。

Description

变压器故障监测及报警系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，具体涉及一种变压器故障监测及报警系统。

背景技术

变压器在电力系统运行中发挥着重要作用，而且价格也非常昂贵，其主要功能是实现电能的分配、电压的转化以及转移的作用。电力系统安全与否、供电性能是否可靠、运行是否经济与变压器有着直接的关系。所以，变压器的正常运行对整个电力系统而言非常重要。因变压器长期处于不停歇的工作状态，所以无法避免故障的产生。

当小电流接地系统发生单相接地故障时，其它两相对地电压升高到线电压，对电网的绝缘薄弱点形成威胁。如长期带故障运行，就有可能使故障进一步扩大成两点或多点接地甚至是相间短路；此外，间歇性弧光接地还会引起全系统过电压，进一步危及系统的绝缘。随着线路总长度的增加，电力系统规模的增大，对地电容电流变得越来越大，间歇性弧光接地引起的过电压也变得越来越高。 特别在最近几年，由于单相接地故障造成电缆爆炸，互感器烧毁，甚至母线烧毁，发电机组停运等一系列恶性事故，对电网安全稳定运行造成极大的影响。所以，当小电流接地系统发生单相接地故障时，尽快找出故障线路排除故障就具有极其重大的意义。因此，相关电力运维人员需全面提高对变压器故障检测工作的重视，加强现代在线监测技术和故障诊断技术的应用，综合提高变压器的故障检测和维修效率，进而促进我国电力事业的进一步发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种变压器故障监测及报警系统，适用于6～35kV 配电网，能够实现故障区域及故障类型判定；具备谐波分析、故障录波、故障统计分析等功能。适用于中性点不接地 、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地、经小电阻接地、经高阻接地等接地方式，适用于6kV 、10kV 、35kV 的系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案是：它包含云服务器1、变压器现场检测器2、管理员设备3、变压器4、高压线5；所述的云服务器1包含数据服务器11、控制调度主站12，多个变压器现场检测器2的检测数据输出端连接于云服务器1，且多个变压器现场检测器2分别连接对应的变压器4，各变压器4均连接于高压线5；多个管理员设备3分别连接于云服务器1；所述的变压器现场检测器2包含防水外壳、32位单片机、数据采集单元、数据分析单元、NB-IOT通讯单元；

进一步的，所述的变压器现场检测器2、管理员设备3、变压器4数量相同，且均一一对应连接；实现一对一的控制及一对一检测。

进一步的，所述的高压线5电压值为6-35kv，本系统适用于中性点不接地 、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地、经小电阻接地、经高阻接地等接地方式，适用于6kV 、10kV 、35kV 的系统。

进一步的，所述的变压器现场检测器2与变压器4之间的连接工作方式为铁芯电流信号提取。

本实用新型的工作原理：云服务器负责系统运行、监控变压器状态。其它单元组成变压器现场监测器安装在现场，完成铁芯电流信号的提取，数字化处理、监测参数的显示、历史数据的自动保存，并将最新数据自动保存到存储器中或通过通信线路上传给云服务器，云服务器获得了变压器现场监测器上传的数据后可以进行波形显示，历史数据的分析以及初步的故障诊断等，云服务器和变压器现场监测器之间通过NB-IOT通讯单元进行数据交换。变压器现场监测器由防水外壳、32位单片机、数据采集、数据分析、NB-IOT通讯等单元组成。电流互感器完成对泄漏电流模拟量的采集，经A/D转换后通过SPI接口传到单片机；由单片机发出控制命令，实现对模拟开关的控制；设置通信单元模块，通过该模块可完成软件系统的调试、维护及程序的在线更新。

采用上述技术方案后，本实用新型有益效果为：本系统适用于6～35kV 配电网，能够实现故障区域及故障类型判定。系统具备谐波分析、故障录波、故障统计分析等功能。本系统适用于中性点不接地 、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地、经小电阻接地、经高阻接地等接地方式，适用于6kV 、10kV 、35kV 的系统。系统能够实时监测系统三相电压、零序电压及线路每个监测点的有功电流、零序电流。当系统异常时能够立刻启动故障录波，同时准确判别故障类型，如系统谐振、接地故障、短路故障、线路断线。通过APP或者短信，主动发送给管理人员，管理人员可派发工单给抢修人员，抢修人员依据手机APP地图定位，快速查出故障故障地点，完成抢修。此系统可精确定位接地故障发生点，降低接地故障安全风险，并大幅降低抢修时间和停电时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的工作原理拓扑图；

图2为本实用新型中主控MCU的电路图；

图3为本实用新型中485通讯电路图；

图4为本实用新型中计量电路图；

图5 为本实用新型中4G模块原理图；

图6为本实用新型中电源主控电路图。

附图标记说明：云服务器1、变压器现场检测器2、管理员设备3、变压器4、高压线5、数据服务器11、控制调度主站12。

具体实施方式

参看图1-图6所示，本具体实施方式采用的技术方案是：针对入户侧的用电安全接地故障精准定位研究，用接地故障监测新方法、新结构、新系统，设计完善的低功耗、高可靠性、长寿命的接地故障传感器及宽范围低损耗感应取电新方法，研制一套接地故障在线监测系统，各个采集感知传感器通过NB-IOT上传至监测系统，实现入户侧接地故障全感知、全可视，与运维抢修人员联动，快速预测和处理告警警情。针对0.4千伏配电网线路接地故障项目的研究，将解决存在安全风险高、隐蔽性强、检修停电时间长等问题，提高配电网的安全性，并大幅缩短接地故障的检修时间，填补目前市场空白。

整个系统由LCD、单片机、计量IC、NB-IOT、指示灯、主站云服务器等单元组成。当系统判断多点接地存在时，采样值稳定且超过300mA，发出告警信号，提示工作人员变压器发生铁芯接地，应尽快处理。采样值稳定且超过100mA，发出带变压器编号相别提示信号，提醒应进行预防性跟踪试验，尽快找出接地电流变大的原因。

具体实施步骤为：信号采集、处理：该监测系统在采集监测信号时不改变设备的运行状态。铁芯电流正常和故障时的数值差别较大，通过测量回路中电流互感器，分别精确监测正常运行情况下的弱接地电流（微安级）和铁芯发生多点接地后出现的大接地电流（可达几十安），保证测量精度。采用傅里叶算法，将经变换后离散的采样值计算出电流基波幅值和高次谐波分量，进行各种分析和处理，提高采集、运算精度。

一、时钟日历芯片、EEPROM：实时时钟日历芯片提供给主机当前的准确时间，每隔60秒系统将采集到的电流幅值存入以当前日期命名的文件，并记录采集电流的时间。每24小时记录一个文件,可用按时间来查阅的电流趋势图。EEPROM存储芯片存储所有电流互感器的信息，包括电流互感器的编号、是否故障、变压器编号、变压器是否投入以及系统参数和故障日志等。

二、报警功能：装置设有报警继电器，通过设定不同的定值来发出不同的信号。当系统判断多点接地存在时，采样值稳定且超过300mA后，发出告警信号，提示工作人员变压器发生铁芯接地，应尽快处理；采样值稳定且超过100mA后，发出提示信号，提醒工作人员应进行预防性跟踪试验，尽快找出接地电流变大的原因。在发信号时，报出变压器的编号、相别。

三、硬件抗干扰设计：

设计包括以下部分：

1）高、低压数值系统采用光耦隔离设计；数字电路、模拟电路及功率电路分开布置。

2）在电源入口适当位置增加去耦电容，减少电源地线的公共阻抗。采用不同的电源分别对数字电路、模拟电路单独供电，避免通过地线形成回路，同时保证系统一点接地。

3）采用屏蔽双绞线电缆传输弱电信号，并且屏蔽层单端接地。

4）设置看门狗(WDT)，在软件运行出错或死循环时使自动使系统复位。

四、波形记录：达到单通道5kHz以上，能够保证选线的正确性和谐波分析功能。系统具有故障录波功能，可以提供故障前后的波形，包括故障发生前的一个周期和故障发生后五个周期的波形。可海量保存保存现场故障录波数据和选线结果。

五、后台统计：对系统过电压、谐振过电压进行监测，包括谐振幅度和间歇性。对谐波进行监测，包括谐波频率数值。对电流量的不平衡度进行监测，实现电流越限报警。装置能够对各条线路的短路故障、瞬时接地和永久接地次数统计，为分析线路的运行状况提供依据。

接收智能配电终端的数据。当发生故障后，能够将故障信息通过手机短信方式发送给工作人员。通过网络将故障信息发送给调度平台，采用实用的Web应用软件，对数据进行深人挖掘，分析馈线的运行状况并给出提高运行可靠性、经济性的决策支持。

采集线电流、线电压、零序电流、零序电压等物理量，深入分析电压电流相位变化、幅值突变等信息，综合判断系统的运行状态，如果发现数据异常立即主动上传报警信息。

对不同区段的短路故障和接地故障进行统计，为状态检修提供指导。例如发现某一个分支在一段时间多次发生短路及接地故障，说明该分支线路的运行状况不好，需要进行检修。

系统根据用户需求，按照预定格式自动生成各种数据报表，方便对整体配网运行情况进行统计分析。

根据变电站现有地理图形和线路分布图建立供电系统地理信息图。当故障发生时，故障区域自动变色、闪烁，提醒、帮助运行人员进行故障判断，同时为检修提供有力的技术支撑。

采用树状结构显示各智能配电终端状态，方便用户随时了解线路运行状态，操作简单方便。可遥控智能终端对断路器进行控制。

六、样机调试：电流互感器首先进行零偏校正，然后进行满量程输出幅度调整。利用可调稳压源、交流电阻箱和标准交流毫安表串联构成回路，搭建一个实验平台，通过调节电阻来改变电流大小，用设计完成后的装置，进行测试。实验使用高精度钳形电流表作为测量和校准的标准表，其采样速率2次/s，分辨率10uA，测量精度70%RH以下。利用升流器升流检测系统报警情况，在100mA时，装置即发出报警信号，在300mA时，限流电阻自动投入，将电流降到要求以下，满足在线监测的实时性要求，并且能够有效地避免变压器在铁芯接地电流超标的情况下长期运行。

以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.变压器故障监测及报警系统，其特征在于：它包含云服务器(1)、变压器现场检测器(2)、管理员设备(3)、变压器(4)、高压线(5)；所述的云服务器(1)包含数据服务器(11)、控制调度主站(12)，多个变压器现场检测器(2)的检测数据输出端连接于云服务器(1)，且多个变压器现场检测器(2)分别连接对应的变压器(4)，各变压器(4)均连接于高压线(5)；多个管理员设备(3)分别连接于云服务器(1)；所述的变压器现场检测器(2)包含防水外壳、32位单片机、数据采集单元、数据分析单元、NB-IOT通讯单元。

2.根据权利要求1所述的变压器故障监测及报警系统，其特征在于：所述的变压器现场检测器(2)、管理员设备(3)、变压器(4)数量相同，且均一一对应连接。

3.根据权利要求1所述的变压器故障监测及报警系统，其特征在于：所述的高压线(5)电压值为6-35kv。

4.根据权利要求1所述的变压器故障监测及报警系统，其特征在于：所述的变压器现场检测器(2)与变压器(4)之间的连接工作方式为铁芯电流信号提取。

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