TWI831485B - 電力變壓器溫度監視與負載預警系統 - Google Patents
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Abstract
一種電力變壓器溫度監視與負載預警系統，包含有：電力變壓器；訊號傳送模組，用以傳送電力變壓器之相關資訊；環境感測模組，用以感測電力變壓器之環境參數；以及監視平台，包含有：歷史運轉資料庫，儲存有歷史資料；油/線溫度監視單元，以一演算法找尋相近於歷史資料之估算油溫度值與估算繞組線溫度值，並計算一警戒範圍，當電力變壓器之相關資訊超過警戒範圍時，產生第一異常訊息；及負載上限預警單元，用以計算出一容許負載電流上限值，當電力變壓器之即時負載電流值超過容許負載電流上限值時，產生第二異常訊息。
Description
本發明是有關於一種變壓器預警系統，特別是關於一種電力變壓器溫度監視與負載預警系統。
在整個電力系統中，電力變壓器之主要功能為不同等級電壓間之電力轉換，由於長時間運轉操作及使用環境等因素，會逐年發生劣化，進而發生故障或事故，造成非預期的停電事件。
目前，台電對於運轉中電力變壓器的溫度與負載等重要數據，雖然已能透過資訊系統與網路通訊進行遠端記錄與監視，但是觸發監視警報的溫度上限值，仍是憑藉操作人員依經驗所設定的固定值。
因此，有可能當電力變壓器運轉在低載的情況下，內部繞組因絕緣劣化而造成內部溫度上升，但仍未達到固定的警報觸發值而錯失早期診斷的良機。
因此，如何能提供一種『電力變壓器溫度監視與負載預警系統』，成為業界所待解決之課題。
本發明實施例提供一種電力變壓器溫度監視與負載預警系統，包含有：電力變壓器；訊號傳送模組，用以傳送電力變壓器之相關資訊；環境感測模組，用以感測電力變壓器之環境參數；以及監視平台，包含有：歷史運轉資料庫，儲存有歷史資料；油/線溫度監視單元，以一演算法找尋相近於歷史資料
之估算油溫度值與估算繞組線溫度值，並計算一警戒範圍，當電力變壓器之相關資訊超過警戒範圍時，產生第一異常訊息；及負載上限預警單元，用以計算出一容許負載電流上限值，當電力變壓器之即時負載電流值超過容許負載電流上限值時，產生第二異常訊息。
在一些實施例中，所述的歷史資料包含有一負載電流、一負載電壓、一冷卻泵電流、一冷卻風扇電流、一負載功率因數與一接地電流。
在一些實施例中，所述的演算法為一多維度空間的向量距離演算法。
在一些實施例中，所述的訊號傳送模組以一有線傳輸方式傳送所述的即時油溫度值、所述的即時繞組線溫度值與所述的即時負載電流值之資訊。
在一些實施例中，所述的訊號傳送模組以一無線傳輸方式傳送所述的即時油溫度值、所述的即時繞組線溫度值與所述的即時負載電流值之資訊。
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10:電力變壓器
20:訊號傳送模組
30:環境感測模組
40:監視平台
42:歷史運轉資料庫
44:油/線溫度監視單元
46:負載上限預警單元
50:估算油/線溫度曲線
52:即時油/線溫度曲線
54:警戒範圍曲線
54a:上限值
54b:下限值
100:電力變壓器溫度監視與負載預警系統
S300~S370:步驟
第1圖為本發明實施例之系統方塊圖。
第2圖為本發明實施例之電力變壓器之油溫曲線示意圖。
第3圖為本發明實施例之警戒範圍計算流程圖。
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上
可能會被擴大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋；「第一」、「第二」、「第三」等序數，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參照第1圖，為本發明實施例之系統方塊圖。如第1圖所示，電力變壓器溫度監視與負載預警系統100包含有：電力變壓器10、訊號傳送模組20、環境感測模組30與監視平台40。
電力變壓器10，用於輸配電系統的升壓或降壓。電力變壓器10可以例如是單相變壓器或三相變壓器。
訊號傳送模組20，與電力變壓器10連接。訊號傳送模組20，用以傳送電力變壓器10之即時油溫度值、即時繞組線溫度值與即時負載電流值之資訊。在一實施例中，訊號傳送模組20，以一有線傳輸方式傳送即時油溫度值、即時繞組線溫度值與即時負載電流值之資訊。在一實施例中，訊號傳送模組20，以一無線傳輸方式傳送即時油溫度值、即時繞組線溫度值與即時負載電流值之資訊。
環境感測模組30，安裝於電力變壓器10所設置的場域。環境感測模組30，用以感測電力變壓器10之環境溫度值與環境濕度值。環境感測模組30可以例如是由溫度感測器與濕度感測器組成。
監視平台40，分別與訊號傳送模組20、環境感測模組30連接。監視平台40包含有：歷史運轉資料庫42、油/線溫度監視單元44與負載上限預警單元46。監視平台40可以例如是由電腦系統，或由具有計算機功能的資訊處理裝
置組成。
歷史運轉資料庫42，儲存有一歷史資料。所述的歷史資料包含有負載電流、負載電壓、冷卻泵電流、冷卻風扇電流、負載功率因數與接地電流。在一些實施例中，所述的歷史資料至少有一年以上的分鐘級的記錄數據。
油/線溫度監視單元44，分別與歷史運轉資料庫42、訊號傳送模組20連接。油/線溫度監視單元44，以一演算法至歷史運轉資料庫42中找尋相近於歷史資料之一估算油溫度值與一估算繞組線溫度值，並計算出對應估算油溫度值與估算繞組線溫度值之一警戒範圍。所述的演算法為一多維度空間的向量距離演算法。油/線溫度監視單元44，將即時油溫度值、即時繞組線溫度值與所述的警戒範圍進行比對，當即時油溫度值與即時繞組線溫度值超過所述的警戒範圍時，產生第一異常訊息，以提醒操作人員目前電力變壓器10的溫度異常。
負載上限預警單元46，將所述的警戒範圍之上限值與環境溫度值輸入一等效電路法熱模型，以計算出一容許負載電流上限值。當即時負載電流值超過容許負載電流上限值時，產生一第二異常訊息，以提醒操作人員目前電力變壓器10的運轉異常。
請參照第2圖，為本發明實施例之電力變壓器之油溫曲線示意圖。如第2圖所示，橫軸為時間，單位為分鐘，縱軸為電力變壓器10的油溫，單位為℃。油/線溫度監視單元44先找尋到估算油/線溫度曲線50後，並計算出對應估算油/線溫度曲線50的警戒範圍曲線54。當即時油/線溫度曲線52超過警戒範圍曲線54的上限值54a或下限值54b時，油/線溫度監視單元44產生第一異常訊息，以提醒操作人員目前電力變壓器10的溫度異常。警戒範圍曲線54是以標準差σ=2.5為例。
請參照第3圖，為本發明實施例之警戒範圍計算流程圖。本發明實施例之警戒範圍計算流程可由電腦系統，或具有計算機功能的資訊處理裝置
執行以下的各步驟。
步驟S300，數據無因次化。對歷史運轉資料庫42中的歷史資料特徵向量進行無因次化，以避免因為單位不同，在後續計算上產生失真。無因次化公式為
，其中，value為歷史資料的數值，Min為最小值，Max為最大值。
舉例來說，特徵向量x中記錄有環境溫度的數值：30.0,17.3,21.8,15.0...,28.4。選擇歷史資料記錄值「28.4」，並將記錄值中的最大值、最小值帶入前述的無因化公式後，所得到的無因次化數值為0.89。特徵向量y中記錄有繞組溫度的數值：52.0,45.0,62.0,120.0...,97.0。選擇歷史資料記錄值「97.0」，並將記錄值中的最大值、最小值帶入前述的無因化公式後，所得到的無因次化數值為0.76。依此類推，對所有歷史資料特徵向量進行無因次化處理。
步驟S310，以下列公式計算無因次距離d x,yi 。
其中，x i 代表即時油溫度值、即時繞組線溫度值與即時負載電流值之無因次化數值。y i,j 代表歷史資料之無因次化數值。φ j 代表即時油/線溫度值與即時繞組線溫度值與即時負載電流值之間的相關係數。
步驟S320，選擇前n個最小距離樣本點。其中，n代表n筆資料。
步驟S330，以下列公式將無因次距離的倒數作為權重值w i 。
步驟S340，將權重值w i 帶入下列公式，以計算估算油/線溫度值θ ex 。
其中，θ i 代表前n個最小距離樣本點的歷史油/線溫度之無因次化數值。θ ex 代表估算油/線溫度值之無因次化數值。
步驟S350，以下列公式計算前n個最小距離樣本點的θ i 標準差σ
其中，
代表前n個最小距離樣本點的油/線溫度之無因次化數值平均。
步驟S360，以下列公式計算無因次對應估算油/線溫度值的警戒範圍。警戒範圍=θ ex ±k．σ
步驟S370，還原無因次數據。
綜上所述，本發明實施例之電力變壓器溫度監視與負載預警系統，根據過往的歷史運轉資料，進行即時油、線溫度的動態預測與警戒，以早期檢查出異常，解決低載運轉而警報不被觸發的問題，並且計算容許轉換的電力負載預警，方便操作人員執行電力變壓器的運轉與診斷工作。
根據本發明實施例之警戒範圍計算流程，可提升電力變壓器的診斷精準度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:電力變壓器
20:訊號傳送模組
30:環境感測模組
40:監視平台
42:歷史運轉資料庫
44:油/線溫度監視單元
46:負載上限預警單元
100:電力變壓器溫度監視與負載預警系統
Claims (5)
- 一種電力變壓器溫度監視與負載預警系統，包含：一電力變壓器；一訊號傳送模組，用以傳送該電力變壓器之一即時油溫度值、一即時繞組線溫度值與一即時負載電流值之資訊；一環境感測模組，用以感測該電力變壓器之一環境溫度值與一環境濕度值；以及一監視平台，分別與該訊號傳送模組、該環境感測模組連接，包含有：一歷史運轉資料庫，儲存有一歷史資料；一油/線溫度監視單元，以一演算法至該歷史運轉資料庫中找尋相近於該歷史資料之一估算油溫度值與一估算繞組線溫度值，並計算出對應該估算油溫度值與該估算繞組線溫度值之一警戒範圍，將該即時油溫度值、該即時繞組線溫度值與該警戒範圍進行比對，當該即時油溫度值與該即時繞組線溫度值超過該警戒範圍時，產生一第一異常訊息，以表示該電力變壓器的溫度異常；及一負載上限預警單元，將該警戒範圍之上限值與該環境溫度值輸入一等效電路法熱模型，以計算出一容許負載電流上限值，當該即時負載電流值超過該容許負載電流上限值時，產生一第二異常訊息，以表示該電力變壓器的運轉異常。
- 如請求項1所述之電力變壓器溫度監視與負載預警系統，其中該歷史資料包含有一負載電流、一負載電壓、一冷卻泵電流、一冷卻風扇電流、一負載功率因數與一接地電流。
- 如請求項1所述之電力變壓器溫度監視與負載預警系統，其中該演算法為一多維度空間的向量距離演算法。
- 如請求項1所述之電力變壓器溫度監視與負載預警系統，其中該訊號傳送模組以一有線傳輸方式傳送該即時油溫度值、該即時繞組線溫度值與該即時負載電流值之資訊。
- 如請求項1所述之電力變壓器溫度監視與負載預警系統，其中該訊號傳送模組以一無線傳輸方式傳送該即時油溫度值、該即時繞組線溫度值與該即時負載電流值之資訊。
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|---|---|---|---|---|
| TW201530994A (zh) * | 2014-01-27 | 2015-08-01 | Ap Systems Inc | 電力轉換裝置 |
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| CN115248402A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-10-28 | 国家电投集团贵州金元威宁能源股份有限公司 | 油浸变压器在线监测系统及方法 |
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2022
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