CN214585932U - 一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统,包括：实体变压器模块为电力变压器；实时数据采集模块通过多个数据采集点的传感器，实时采集实体变压器的运行数据，数字孪生变压器模块为在计算器仿真环境中生成数字化虚拟的电力变压器，故障监测模块获取监测数据；仿真监测模块，获取在仿真环境下产生的故障进行监测的数据；评价模块，用于获取评价报告，并传输到事件记录模块，并接收警报信息传输给显示终端模块；事件记录模块，接收评价报告并进行保存，显示终端模块对接收到的警报信息予以显示，提供了将数字孪生与电力变压器故障监测整合统一考虑的在线监测系统，提高故障监测的效率，有效降低了传统直接在电力变压器实体上进行实验的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及变压器监测领域，特别是一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统。
背景技术
目前，在现代社会的工业化生产中，电能是生产不可或缺的重要能源，因此保证电能供应的稳定性便显得尤为重要。变压器是电力系统的核心部件，是电能运输过程中的重要基础性设备，但变压器在长期的使用过程中有较高概率接触不良现象，对变压器自身造成损害，使变压器发生故障。大型的电力变压器在运行时一旦发生故障，轻则造成线路停运，线路设备受损；重则可能造成大范围停电，造成巨大的经济损失，威胁工业的安全生产。为了保证变压器稳定运行，一般对变压器采用定期停工检修的方式，费用高且检修期长。如果能够采用合适的故障在线监测方法，将能够预防变压器突发事故，缩短变压器检修期时长，降低人力成本与线路运行成本，保障线路稳定运行；
目前，采用较多的变压器故障在线监测方法主要是变压器的油样色谱法，这种方法无法识别变压器机械结构层面出现的故障，只能反映变压器的局部特征，无法全面的判断变压器的工作状态，因此需要采用新的技术手段对变压器运行状态进行监测；
数字孪生技术利用数字化建模和仿真的方法，能够对电力变压器物理实体的电磁学特征、结构特征、力学特征等关键信息进行描述与刻画，结合在运行周期中产生的历史数据和实时反馈数据，在仿真环境中建立于电力变压器物理对象相互映射的虚拟对象。通过对电力变压器仿真数据的分析，提高故障监测的效率，有效降低了传统直接在电力变压器实体上进行实验而带来的成本。
目前，尚不存在将数字孪生与电力变压器故障监测整合统一考虑的在线监测系统。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统，提供了将数字孪生与电力变压器故障监测整合统一考虑的在线监测系统，提高故障监测的效率，有效降低了传统直接在电力变压器实体上进行实验的成本。
本实用新型采用如下技术方案：
一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统，包括：
实体变压器模块、实时数据采集模块、数字孪生变压器模块、故障监测模块、仿真监测模块、评价模块、事件记录模块和显示终端模块；其中，
所述实体变压器模块为电力变压器；
所述实时数据采集模块通过多个数据采集点的传感器，实时采集实体变压器的运行数据，并通过导线传输到数字孪生变压器模块；
所述数字孪生变压器模块为在计算器仿真环境中生成数字化虚拟的电力变压器，接收实体变压器的运行数据，并获取实体变压器的运行数据和数字孪生变压器的结构参数和环境参数；
所述故障监测模块分成多个故障监测单元，用于获取从不同角度对实体变压器的运行发生的故障状态的监测数据；
所述仿真监测模块，用于获取在仿真环境下对数字孪生变压器仿真运行时由于参数调整而产生的故障进行监测的数据；
所述评价模块，用于获取通过实时数据采集模块、故障监测模块、仿真监测模块传输来的数据生成的评价报告，并传输到事件记录模块，并接收警报信息传输给显示终端模块；
所述事件记录模块，接收评价报告并进行保存，以便后续维修时查阅；
所述显示终端模块对接收到的警报信息予以显示，并发送通知给检修人员。
具体地，所述实时数据采集模块在预设监测点设置多个传感器，包括但不限于油位传感器、声音传感器、振动传感器、绕组温度传感器、红外测温传感器和形变传感器。
具体地，所述故障监测模块分成多个故障监测单元，具体为：所述的故障监测模块包括：瓦斯气体监测单元、声音监测单元、油位监测单元、温度监测单元、套管绝缘监测单元、接地电流测试单元和外观监测单元。
具体地，所述仿真监测模块，用于获取对数字孪生变压器仿真运行时由于参数调整而产生的故障进行监测的数据，其中，数字孪生变压器仿运行具体包括：系统仿真、多体仿真、物理场仿真和虚拟试验。
具体地，所述事件记录模块的输入接口面向评价模块和母线汇入信号，将接收到的评价报告储存在本地储存器和云服务器中，所述事件记录模块的应用接口具有在线访问和离线访问储存资源的能力。
具体地，所述的显示终端模块包括电脑、平板和手机。
由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)本实用新型提供的一种将数字孪生与电力变压器故障监测整合统一考虑的在线监测系统，提高故障监测的效率，有效降低了传统直接在电力变压器实体上进行实验的成本。
(2)本实用新型提供的一种基于数字孪生的电力变压器故障在线监测系统，实时数据采集模块在预设监测点设置多个传感器，包括但不限于油位传感器、声音传感器、振动传感器、绕组温度传感器、红外测温传感器和形变传感器，能够实现多监测点不同参数的实时监测，对实际运行中不同类型的故障问题的监测，并实现多终端显示；整个故障在线监测系统组网灵活、可靠性高，更加具有实时性、安全性，且效率更高，能够使检修人员能够快速及时发现电力变压器的故障问题。
(3)本实用新型提供的一种基于数字孪生的电力变压器故障在线监测系统，实时数据采集模块使用的传感器为普通传感器，不具备无线传输模块，传感器采集得到的信息数据需要汇总到模块的收发装置打包后进行无线发送；其他各个模块都具有无线通信模块，通信使用的是物联网卡，降低了多监测点、多维度监测的成本问题。
附图说明
图1为本实用新型提供的基于数字孪生的电力变压器在线监测系统的结构框图。
具体实施方式
参照图1，为本实用新型提供的基于数字孪生的电力变压器在线监测系统的结构框图，具体为：
实体变压器模块10、实时数据采集模块20、数字孪生变压器模块30、故障监测模块40、仿真监测模块50、评价模块60、事件记录模块70和显示终端模块80；其中，
所述实体变压器模块10为电力变压器；
所述实时数据采集模块20通过多个数据采集点的传感器，实时采集实体变压器的运行数据，并通过导线传输到数字孪生变压器模块；
所述数字孪生变压器模块30为在计算器仿真环境中生成数字化虚拟的电力变压器，接收实体变压器的运行数据，并获取实体变压器的运行数据和数字孪生变压器的结构参数和环境参数；
所述故障监测模块40分成多个故障监测单元，用于获取从不同角度对实体变压器的运行发生的故障状态的监测数据；
所述仿真监测模块50，用于获取在仿真环境下对数字孪生变压器仿真运行时由于参数调整而产生的故障进行监测的数据；
所述评价模块60，用于获取通过实时数据采集模块、故障监测模块、仿真监测模块传输来的数据生成的评价报告，并传输到事件记录模块，并接收警报信息传输给显示终端模块；
所述事件记录模块70，接收评价报告并进行保存，以便后续维修时查阅；
所述显示终端模块80对接收到的警报信息予以显示，并发送通知给检修人员。
各个模块之间通过GPRS网络传输数据。
具体地，所述实时数据采集模块20在预设监测点设置多个传感器，包括但不限于油位传感器、声音传感器、振动传感器、绕组温度传感器、红外测温传感器和形变传感器，本实用新型实施例使用的传感器为普通传感器，不具备无线传输模块，传感器采集得到的信息数据需要汇总到模块的收发装置打包后进行无线发送。
具体地，所述故障监测模块40分成多个故障监测单元，具体为：所述的故障监测模块包括：瓦斯气体监测单元、声音监测单元、油位监测单元、温度监测单元、套管绝缘监测单元、接地电流测试单元和外观监测单元；其中模块具有无线通信模块，通信使用的是物联网卡；
下面就故障监测模块40的配置通过下表详细说明：
具体地，所述仿真监测模块50，用于获取对数字孪生变压器仿真运行时由于参数调整而产生的故障进行监测的数据，其中，数字孪生变压器仿运行具体包括：系统仿真、多体仿真、物理场仿真和虚拟试验；为了确保监测的可靠性与高效性，仿真监测模块内部各个单元之间、上行与下行数据之间不共用接口，各自独享数据接口。
仿真监测模块50获取的监测数据包括温度场参数、电磁场参数、力场参数，其中温度场参数包含绕组热点温升、绕组平均温升、铁芯温度；电磁场参数包含变压器铁芯、绕组、拉板、夹件、油箱处的瞬态电流和磁场变化，磁屏蔽表面的涡流损耗、油箱内表面磁通密度变化；力场参数包含关键结构部件的应力应变、机械应力分布、张力分布、位移场分布。
具体地，所述事件记录模块70的输入接口面向评价模块和母线汇入信号，将接收到的评价报告储存在本地储存器和云服务器中，所述事件记录模块的应用接口具有在线访问和离线访问储存资源的能力。
具体地，所述的显示终端模块80包括电脑、平板和手机。
具体的使用过程以及相应的功能实现如下：
将实时数据采集模块20安装到配电箱中，将传感器放置在选定的测量点，采集电力变压器的运行信号，并保证通讯的畅通和设备的持续供电，为数字孪生变压器30提供现场的运行数据。数字孪生变压器30面向实时数据采集模块20的数据接口有A/D数据接口、DSP信号接口、调制信号接口。数字孪生变压器30使用的IPC工业计算机，利用建立好的电力变压器了几何模型、动态模型、有限元模型、损害演变模型，引入变压器的材料性能数据、电热测试数据、环境数据，使数字孪生变压器30尽量贴近实体变压器10。
所述故障监测模块40分成多个故障监测单元，用于获取从不同角度对实体变压器的运行发生的故障状态的监测数据；
所述仿真监测模块50，用于获取在仿真环境下对数字孪生变压器仿真运行时由于参数调整而产生的故障进行监测的数据；如果接收到故障信息则立刻向评价模块60发送故障信息；若正常状态则向评价模块60发送安全信息；
故障监测模块40使用物联网卡或通讯光纤与实体变压器10相联系，使用通讯光纤与评价模块60相联系；仿真监测模块50使用通讯光纤与数字孪生变压器30相联系，使用通讯光纤与评价模块60相联系。
评价模块60收集安全信息或故障信息，对不同维度的输入量进行变权重求和，计算得到的评价值如果超过安全警报阈值，则生成报警信息发往显示终端模块80和事件记录模块70。
评价模块60使用通讯光纤或无线网卡与显示终端模块80相联系，使用通讯光纤与事件记录模块70相联系。
事件记录模块70对母线的运行情况按照每5min的时间间隔进行记录，对评价模块60发送来的报警信息全部记录，存储区以天数为单位划分，最长保留前30天的日志信息。
显示终端模块80的对接收到的警报信息予以显示，并发送通知给检修人员，保证了监测人员无论在有无数据流量的情况下都能即时的收到报警信息并及时处理。
需要重点说明的是，本实用新型涉及到的执行程序是现有或已知的程序，应当理解本申请是一种组合创新，并不限定已知器件、单元、模块硬件结构，以及内部的现有已知程序，也即采用现有的具有对应执行功能的硬件器件构造用于本实用新型。
本实用新型提供的一种将数字孪生与电力变压器故障监测整合统一考虑的在线监测系统，提高故障监测的效率，有效降低了传统直接在电力变压器实体上进行实验的成本；本实用新型提供的一种基于数字孪生的电力变压器故障在线监测系统，实时数据采集模块在预设监测点设置多个传感器，包括但不限于油位传感器、声音传感器、振动传感器、绕组温度传感器、红外测温传感器和形变传感器，能够实现多监测点不同参数的实时监测，对实际运行中不同类型的故障问题的监测，并实现多终端显示；整个故障在线监测系统组网灵活、可靠性高，更加具有实时性、安全性，且效率更高，能够使检修人员能够快速及时发现电力变压器的故障问题；本实用新型提供的一种基于数字孪生的电力变压器故障在线监测系统，实时数据采集模块使用的传感器为普通传感器，不具备无线传输模块，传感器采集得到的信息数据需要汇总到模块的收发装置打包后进行无线发送；其他各个模块都具有无线通信模块，通信使用的是物联网卡，降低了多监测点、多维度监测的成本问题。
上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
Claims (6)
1.一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统，其特征在于：包括：
实体变压器模块、实时数据采集模块、数字孪生变压器模块、故障监测模块、仿真监测模块、评价模块、事件记录模块和显示终端模块；其中，
所述实体变压器模块为电力变压器；
所述实时数据采集模块通过多个数据采集点的传感器，实时采集实体变压器的运行数据，并通过导线传输到数字孪生变压器模块；
所述数字孪生变压器模块为在计算器仿真环境中生成数字化虚拟的电力变压器，接收实体变压器的运行数据，并获取实体变压器的运行数据和数字孪生变压器的结构参数和环境参数；
所述故障监测模块分成多个故障监测单元，用于获取从不同角度对实体变压器的运行发生的故障状态的监测数据；
所述仿真监测模块，用于获取在仿真环境下对数字孪生变压器仿真运行时由于参数调整而产生的故障进行监测的数据；
所述评价模块，用于获取通过实时数据采集模块、故障监测模块、仿真监测模块传输来的数据生成的评价报告，并传输到事件记录模块，并接收警报信息传输给显示终端模块；
所述事件记录模块，接收评价报告并进行保存，以便后续维修时查阅；
所述显示终端模块对接收到的警报信息予以显示，并发送通知给检修人员。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统，其特征在于，所述实时数据采集模块在预设监测点设置多个传感器，包括但不限于油位传感器、声音传感器、振动传感器、绕组温度传感器、红外测温传感器和形变传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统，其特征在于，所述故障监测模块分成多个故障监测单元，具体为：所述的故障监测模块包括：瓦斯气体监测单元、声音监测单元、油位监测单元、温度监测单元、套管绝缘监测单元、接地电流测试单元和外观监测单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统，其特征在于，所述仿真监测模块，用于获取对数字孪生变压器仿真运行时由于参数调整而产生的故障进行监测的数据，其中，数字孪生变压器仿运行具体包括：系统仿真、多体仿真、物理场仿真和虚拟试验。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统，其特征在于，所述事件记录模块的输入接口面向评价模块和母线汇入信号，将接收到的评价报告储存在本地储存器和云服务器中，所述事件记录模块的应用接口具有在线访问和离线访问储存资源的能力。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力变压器在线监测系统，其特征在于，所述的显示终端模块包括电脑、平板和手机。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20211102 |
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