WO2020125090A1 - 变压器监测系统及方法 - Google Patents

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WO2020125090A1
WO2020125090A1 PCT/CN2019/105875 CN2019105875W WO2020125090A1 WO 2020125090 A1 WO2020125090 A1 WO 2020125090A1 CN 2019105875 W CN2019105875 W CN 2019105875W WO 2020125090 A1 WO2020125090 A1 WO 2020125090A1
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司文荣
黄华
傅晨钊
赵丹丹
陆启宇
陈璐
李红雷
袁鹏
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国网上海市电力公司
华东电力试验研究院有限公司
西安茂荣电力设备有限公司
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    • G01R31/1227Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1263Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
    • GPHYSICS
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    • G01R19/16566Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16576Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing DC or AC voltage with one threshold

Abstract

一种变压器监测系统及方法,该系统包括变压器套管(1),过电压及局部放电综合传感器模块(2),第一同轴电缆传输模块(31),第二同轴电缆传输模块(32),幅值衰减和低通滤波模块(4),带通滤波和信号放大模块(5),第一数据采集装置(61),第二数据采集装置(62),数据分析、显示、存储和传输模块(7)以及数据监控与故障诊断模块(8)。

Description

变压器监测系统及方法
本申请要求在2018年12月20日提交中国专利局、申请号为201811564800.0的中国专利申请的优先权,该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及变压器类在线监测领域,例如涉及一种变压器监测系统及方法。
背景技术
随着国家智能电网试点工程的建设,智能电网技术例如智能变电站技术得到了迅速发展,其中变电设备在线监测技术对于促进智能变电站建设发挥了重要作用。变电设备在线监测技术包括变压器局部放电在线监测、变电站绝缘子泄漏电流在线监测、电容型变电设备在线监测、氧化锌避雷器(Metal Zinc-Oxide Arrester,MOA)在线监测、气体绝缘全封闭组合电器(Gas Insulated Substation,GIS)局部放电在线监测以及高压开关柜状态监测等技术,均已在电力系统成熟应用。其中,变压器类的在线监测,监测特征量有油中溶解气体、局部放电、绕组变形、铁芯接地电流、油中微水、高压套管的介质损耗因数和电容量等。实际运行经验表明:变压器虽然有外部避雷器保护,但雷电活动、开关操作和系统短路接地引起的过电压对变压器绝缘老化具有累计破坏效应,是绝缘老化加剧并引发局部放电甚至绝缘击穿的重要因素;但相关技术中缺乏一种能够同时测量变压器承受的过电压以及在该工况下局部放电水平的技术。
发明内容
本申请提供一种变压器监测系统及方法。
本申请实施例提供一种变压器监测系统,包括变压器套管、过电压及局部放电综合传感器模块、第一同轴电缆传输模块、第二同轴电缆传输模块、幅值衰减和低通滤波模块、带通滤波和信号放大模块、第一数据采集装置、第二数据采集装置、数据分析、显示、存储和传输模块、以及数据监控与故障诊断模块;
所述变压器套管通过所述过电压及局部放电综合传感器模块依次连接所述第一同轴电缆传输模块、所述幅值衰减和低通滤波模块、所述第一数据采集装置、所述数据分析、显示、存储和传输模块和所述数据监控与故障诊断模块,形成用于监测变压器过电压波形信号的监测回路;
所述变压器套管通过所述过电压及局部放电综合传感器模块依次连接所述第二同轴电缆传输模块、所述带通滤波和信号放大装置模块、所述第二数据采集装置、所述数据分析、显示、存储和传输模块和所述数据监控与故障诊断模块,形成用于监测变压器局部放电脉冲电流信号的监测回路。
本申请实施例还提供一种变压器监测方法,应用于变压器监测系统,包括:
变压器套管对被监测对象进行绝缘,其中,所述变压器套管通过套管末屏专用接口连接过电压及局部放电综合传感器模块;
所述过电压及局部放电综合传感器模块获取所述被检测对象的初始变压器过电压波形信号和初始变压器局部放电脉冲电流信号,并将所述初始变压器过电压波形信号通过第一同轴电缆传输模块传输至幅值衰减和低通滤波模块,以及将所述初始变压器局部放电脉冲电流信号通过第二同轴电缆传输模块传输至带通滤波和信号放大模块;
所述幅值衰减和低通滤波模块基于电容分压原理,对所述初始变压器过电压波形信号进行二次分压和低通滤波后,得到可采集的变压器过电压波形信号,并将所述可采集的变压器过电压波形信号传输至第一数据采集装置;
所述带通滤波和信号放大装置对所述初始变压器局部放电脉冲电流信号进行带通滤波和信号放大后,得到可采集的变压器局部放电脉冲电流信号,并将所述可采集的变压器局部放电脉冲电流信号传输至第二数据采集装置;
所述第一数据采集装置对所述可采集的变压器过电压波形信号进行信号采集,并将采集到的变压器过电压波形信号传输至数据分析、显示、存储和传输模块,所述第二数据采集装置对所述可采集的变压器局部放电脉冲电流信号进行信号采集,并将采集到的变压器局部放电脉冲电流信号传输至所述数据分析、显示、存储和传输模块;
所述数据分析、显示、存储和传输模块对所述变压器过电压波形信号和所 述变压器局部放电脉冲电流信号进行分析、显示以及存储,并将分析结果传输至数据监控与故障诊断模块;
其中,所述变压器监测系统包括变压器套管、过电压及局部放电综合传感器模块、第一同轴电缆传输模块、第二同轴电缆传输模块、幅值衰减和低通滤波模块、带通滤波和信号放大模块、第一数据采集装置、第二数据采集装置、数据分析、显示、存储和传输模块、以及数据监控与故障诊断模块;
所述变压器套管通过所述过电压及局部放电综合传感器模块依次连接所述第一同轴电缆传输模块、所述幅值衰减和低通滤波模块、所述第一数据采集装置、所述数据分析、显示、存储和传输模块和所述数据监控与故障诊断模块,形成用于监测变压器过电压波形信号的监测回路;
所述变压器套管通过所述过电压及局部放电综合传感器模块依次连接所述第二同轴电缆传输模块、所述带通滤波和信号放大模块、所述第二数据采集装置、所述数据分析、显示、存储和传输模块和所述数据监控与故障诊断模块,形成用于监测变压器局部放电脉冲电流信号的监测回路。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种变压器监测系统的方框结构示意图;
图2a为本申请实施例提供的一种变压器监测方法的流程图;
图2b为本申请实施例提供的另一种变压器监测方法的流程图;
图3为本申请实施例提供的过电压及局部放电综合传感器模块结构示意图;
图4为本申请实施例提供的电容传感器的结构示意图;
图5为本申请实施例提供的过电压及局部放电综合传感器模块电压信号检测原理示意图;
图6为本申请实施例提供的微小电流传感器结构示意图;
图7为本申请实施例提供的过电压监测的电压波形图;
图8为本申请实施例提供的过电压监测数字滤波低通后的电压波形图;
图9为本申请实施例提供的局部放电谱图。
附图标记:1为变压器套管,2为过电压及局部放电综合传感器模块,31为第一同轴电缆传输模块,32为第二同轴电缆传输模块,4为幅值衰减和低通滤波模块,5为带通滤波和信号放大模块,61为第一数据采集装置,62为第二数据采集装置,7为数据分析、显示、存储和传输模块,8为数据监控与故障诊断模块,9为套管末屏对接接头,11为套管,12为高压导杆,13为电容极板,14为套管末屏专用接口,21为电容传感器,22为宽频带微小电流传感器,23为金属导杆,24为金属屏蔽外壳。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行描述,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部实施例。本申请针对变压器套管的末屏设计专用接口,末屏通过金属导杆串联无感电容器后可靠接地,实现套管电容和无感电容器分压的过电压信号的测量;并且利用宽频带微小电流传感器(高频变流器(Current Transformer,CT))测量金属导杆上的局部放电脉冲电流信号;电容传感器和宽频带微小电流传感器通过金属屏蔽外壳封装后设计成一体化的实现测量过电压波形信号和局部放电脉冲电流信号的套管末屏综合传感器(即过电压及局部放电综合传感器模块)。利用双通道数据采集装置的一端分别与幅值衰减和低通滤波模块以及带通滤波和信号放大模块连接,双通道数据采集装置的另一端均与用于数据分析和处理的数据分析、显示、存储和传输模块连接,数据分析、显示、存储和传输模块连接数据监控与故障诊断模块,实现本申请实施例提供的一种基于套管末屏的变压器监测系统,该系统设置为变压器局部放电脉冲电流信号和过电压波形信号的综合监测。
如图1所示,本申请实施例提供的一种变压器监测系统,该系统包括变压器套管1、过电压及局部放电综合传感器模块2、第一同轴电缆传输模块31、第二同轴电缆传输模块32、幅值衰减和低通滤波模块4、带通滤波和信号放大模块5、第一数据采集装置61、第二数据采集装置62、数据分析、显示、存储和传输模块7和数据监控与故障诊断模块8;所述变压器套管1通过过电压及局部放电综合传感器模块2依次连接第一同轴电缆传输模块31、幅值衰减和低通滤波模块4、数据第一采集装置61、数据分析、显示、存储和传输模块7和数据监控与故障诊断模块8,形成用于监测变压器过电压波形信号的监测回路;所述 变压器套管1通过过电压及局部放电综合传感器模块2依次连接第二同轴电缆传输模块32、带通滤波和信号放大装置模块5、第二数据采集装置62、数据分析、显示、存储和传输模块7和数据监控与故障诊断模块8,形成用于监测变压器局部放电脉冲电流信号的监测回路。
所述的变压器套管1包括套管11,套管11包括末屏;变压器套管1还包括:高压导杆12、电容极板13和套管末屏专用接口14,过电压及局部放电综合传感器模块2通过套管末屏对接接头9连接套管末屏专用接口14。
如图3所示,所述的过电压及局部放电综合传感器模块2包括电容传感器21、宽频带微小电流传感器22、金属导杆23和金属屏蔽外壳24,电容传感器21和宽频带微小电流传感器22封装于金属屏蔽外壳24内,金属导杆23插入金属屏蔽外壳24内,金属屏蔽外壳24可靠接地。
在一实施例中,电容传感器21依次通过金属导杆23、套管末屏对接接头9连接套管末屏专用接口14。
如图4所示,电容传感器21包括预设数量个轴对称无感电容,所述预设数量个轴对称无感电容并联。在一实施例中,预设数量为8。例如,电容传感器21为采用8个轴对称无感电容并联制作而成的电容传感器。
如图5所示,电容传感器通过金属导杆,利用套管末屏对接接头与变压器套管末屏专用接口对接,形成了变压器套管电容C 1和电容传感器C 2电容分压原理的过电压波形信号检测耦合装置,初始分压比k=C 2除以C 1。通过同轴电缆传输至数据采集装置前,需进行二次分压(幅值衰减),并进行低通滤波滤除高频背景电磁噪声信号。为确保该过电压波形检测耦合装置的暂态特性,电容传感器采用8个轴对称无感电容并联用以降低整体的电感量。
宽频带微小电流传感器22通过测量金属导杆23上的高频接地电流信号来耦合变压器内部的局部放电脉冲电流信号。
如图6所示,在一实施例中,宽频带微小电流传感器22的铁芯包括采用锰锌铁氧体材质制作而成的铁芯。
在一实施例中,宽频带微小电流传感器22为空心穿心式传感器。
在一实施例中,涉及的传感器、数据采集的参数等分别进行如下定义:
(1)、电容传感器
圆盘半径:15cm;
输入阻抗:200Ω;
电容值:以实际变压器套管电容量进行匹配,使得初始分压比为1000;
有效带宽:300MHz~3000MHz。
(2)、宽频带微小电流传感器
铁芯材料:锰锌铁氧体;
结构形式:空心穿心式;
模拟带宽:30MHz;
加工工艺:微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术。
(3)过电压波形信号采集
检测频带:300MHz~10MHz;
检测通道:1CH;
低通滤波带宽:0~50MHz;
采样率:100MS/s;
(4)局部放电脉冲电流信号采集
检测频带:0~30MHz;
检测通道:1CH;
带通滤波带宽:10kHz~30MHz;
灵敏度:≤1mV;
采样率:100MS/s;
(5)显示和分析
显示:放电幅值、相位、波形,以及局部放电相位(Phase Resolved Partial Discharge,PRPD)谱图;
分析:信号趋势分析、模式识别等。
如图7~9所示,本申请实施例基于提供的变压器监测系统方法,示出了该系统采集到的监测过电压波形、局部放电脉冲电流信号及谱图。
如图2a所示,本申请实施例提供一种变压器监测方法,应用于变压器监测系统,包括步骤210至步骤260。
步骤210,变压器套管对被监测对象进行绝缘,其中,所述变压器套管通过 套管末屏专用接口连接过电压及局部放电综合传感器模块。
步骤220,所述过电压及局部放电综合传感器模块获取所述被检测对象的初始变压器过电压波形信号和初始变压器局部放电脉冲电流信号,并将所述初始变压器过电压波形信号通过第一同轴电缆传输模块传输至幅值衰减和低通滤波模块,以及将所述初始变压器局部放电脉冲电流信号通过第二同轴电缆传输模块传输至带通滤波和信号放大模块。
步骤230,所述幅值衰减和低通滤波模块基于电容分压原理,对所述初始变压器过电压波形信号进行二次分压和低通滤波后,得到可采集的变压器过电压波形信号,并将所述可采集的变压器过电压波形信号传输至第一数据采集装置。
步骤240,所述带通滤波和信号放大装置对所述初始变压器局部放电脉冲电流信号进行带通滤波和信号放大后,得到可采集的变压器局部放电脉冲电流信号,并将所述可采集的变压器局部放电脉冲电流信号传输至第二数据采集装置。
步骤250,所述第一数据采集装置对所述可采集的变压器过电压波形信号进行信号采集,并将采集到的变压器过电压波形信号传输至数据分析、显示、存储和传输模块,所述第二数据采集装置对所述可采集的变压器局部放电脉冲电流信号进行信号采集,并将采集到的变压器局部放电脉冲电流信号传输至所述数据分析、显示、存储和传输模块。
步骤260,所述数据分析、显示、存储和传输模块对所述变压器过电压波形信号和所述变压器局部放电脉冲电流信号进行分析、显示以及存储,并将分析结果传输至数据监控与故障诊断模块。
其中,所述变压器监测系统包括变压器套管、过电压及局部放电综合传感器模块、第一同轴电缆传输模块、第二同轴电缆传输模块、幅值衰减和低通滤波模块、带通滤波和信号放大模块、第一数据采集装置、第二数据采集装置、数据分析、显示、存储和传输模块、以及数据监控与故障诊断模块;
所述变压器套管通过所述过电压及局部放电综合传感器模块依次连接所述第一同轴电缆传输模块、所述幅值衰减和低通滤波模块、所述第一数据采集装置、所述数据分析、显示、存储和传输模块和所述数据监控与故障诊断模块,形成用于监测变压器过电压波形信号的监测回路;
所述变压器套管通过所述过电压及局部放电综合传感器模块依次连接所述第二同轴电缆传输模块、所述带通滤波和信号放大模块、所述第二数据采集装置、所述数据分析、显示、存储和传输模块和所述数据监控与故障诊断模块,形成用于监测变压器局部放电脉冲电流信号的监测回路。
在一实施例中,所述过电压及局部放电综合传感器模块包括电容传感器和宽频带微小电流传感器。如图2b所示,本申请实施例提供了另一种变压器监测方法,应用于基变压器监测系统,包括:
步骤1、基于套管末屏及套管末屏的可靠接地,设计专用接口,将电容器和宽频带微小电流传感器(高频CT)设计成测量过电压波形信号和局部放电脉冲电流信号的综合传感器;
步骤2、将综合传感器基于套管末屏接口安装布置,并连接2个用于监测信号的测量回路;
步骤3、变压器过电压信号基于电容分压原理,经二次分压(幅值衰减)和低通滤波后转化为可以采集的电压波形信号;变压器内部局部放电脉冲电流信号基于套管末屏金属导杆上的高频CT转换,带通滤波和信号放大后转化为可以采集的电压波形信号;
步骤4、对变压器过电压波形、局部放电脉冲电流信号进行采集、数据分析、显示、存储和传输;
步骤5、分析结果传输至数据监控和故障诊断中心,为值班人员提供变压器状态评价和生产指挥的依据。
因此本申请针对变压器套管末屏设计专用接口,末屏通过金属导杆串联无感电容器后可靠接地,形成套管电容和无感电容器分压的过电压信号测量;并且利用宽频带微小电流传感器(高频CT)测量金属导杆上的局部放电脉冲电流信号;电容传感器和宽频带微小电流传感器通过金属屏蔽外壳封装后设计成一体化的实现测量过电压波形信号和局部放电脉冲电流信号的套管末屏综合传感器。利用双通道数据采集装置的一端分别与幅值衰减和低通滤波模块以及带通滤波和信号放大模块连接,双通道数据采集装置的另一端均与用于数据分析和处理的数据分析、显示、存储和传输模块连接,数据分析、显示、存储和传输模块连接数据监控与故障诊断模块,实现本申请实施例提供的一种基于套管末 屏的变压器监测系统,该系统设置为局部放电脉冲电流信号和过电压波形信号的综合监测。本申请提供的系统及方法具有简单、实用、可靠、降低电磁干扰、能够充分发挥套管末屏多监测量等优点,用于分析变压器内部过电压幅值及局部放电信号等。

Claims (10)

  1. 一种变压器监测系统,包括变压器套管(1)、过电压及局部放电综合传感器模块(2)、第一同轴电缆传输模块(31)、第二同轴电缆传输模块(32)、幅值衰减和低通滤波模块(4)、带通滤波和信号放大模块(5)、第一数据采集装置(61)、第二数据采集装置(62)、数据分析、显示、存储和传输模块(7)、以及数据监控与故障诊断模块(8);
    所述变压器套管(1)通过所述过电压及局部放电综合传感器模块(2)依次连接所述第一同轴电缆传输模块(31)、所述幅值衰减和低通滤波模块(4)、所述第一数据采集装置(61)、所述数据分析、显示、存储和传输模块(7)和所述数据监控与故障诊断模块(8),形成用于监测变压器过电压波形信号的监测回路;
    所述变压器套管(1)通过所述过电压及局部放电综合传感器模块(2)依次连接所述第二同轴电缆传输模块(32)、所述带通滤波和信号放大模块(5)、所述第二数据采集装置(62)、所述数据分析、显示、存储和传输模块(7)和所述数据监控与故障诊断模块(8),形成用于监测变压器局部放电脉冲电流信号的监测回路。
  2. 根据权利要求1所述的系统,其中,所述变压器套管(1)包括套管(11),所述套管(11)包括末屏;所述变压器套管(1)还包括高压导杆(12)、电容极板(13)和套管末屏专用接口(14);所述过电压及局部放电综合传感器模块(2)通过套管末屏对接接头(9)连接所述套管末屏专用接口(14)。
  3. 根据权利要求2所述的系统,其中,所述过电压及局部放电综合传感器模块(2)包括电容传感器(21)、宽频带微小电流传感器(22)、金属导杆(23)和金属屏蔽外壳(24),所述电容传感器(21)和所述宽频带微小电流传感器(22)封装于所述金属屏蔽外壳(24)内,所述金属导杆(23)插入所述金属屏蔽外壳(24)内,所述金属屏蔽外壳(24)接地。
  4. 根据权利要求3所述的系统,其中,所述电容传感器(21)依次通过所述金属导杆(23)和所述套管末屏对接接头(9)连接所述套管末屏专用接口(14)。
  5. 根据权利要求4所述的系统,其中,所述的电容传感器(21)包括预设数量个轴对称无感电容,所述预设数量个轴对称无感电容并联。
  6. 根据权利要求3所述的系统,其中,所述宽频带微小电流传感器(22)设置为通过所述测量金属导杆(23)上的高频接地电流信号来耦合变压器内部的局部放电脉冲电流信号。
  7. 根据权利要求6所述的系统,其中,所述宽频带微小电流传感器(22)的铁芯包括采用锰锌铁氧体材质制作而成的铁芯。
  8. 根据权利要求6所述的系统,其中,所述宽频带微小电流传感器(22)为空心穿心式传感器。
  9. 一种变压器监测方法,应用于变压器监测系统,包括:
    变压器套管对被监测对象进行绝缘,其中,所述变压器套管通过套管末屏专用接口连接过电压及局部放电综合传感器模块;
    所述过电压及局部放电综合传感器模块获取所述被检测对象的初始变压器过电压波形信号和初始变压器局部放电脉冲电流信号,并将所述初始变压器过电压波形信号通过第一同轴电缆传输模块传输至幅值衰减和低通滤波模块,以及将所述初始变压器局部放电脉冲电流信号通过第二同轴电缆传输模块传输至带通滤波和信号放大模块;
    所述幅值衰减和低通滤波模块基于电容分压原理,对所述初始变压器过电压波形信号进行二次分压和低通滤波后,得到可采集的变压器过电压波形信号,并将所述可采集的变压器过电压波形信号传输至第一数据采集装置;
    所述带通滤波和信号放大装置对所述初始变压器局部放电脉冲电流信号进行带通滤波和信号放大后,得到可采集的变压器局部放电脉冲电流信号,并将所述可采集的变压器局部放电脉冲电流信号传输至第二数据采集装置;
    所述第一数据采集装置对所述可采集的变压器过电压波形信号进行信号采集,并将采集到的变压器过电压波形信号传输至数据分析、显示、存储和传输模块,所述第二数据采集装置对所述可采集的变压器局部放电脉冲电流信号进行信号采集,并将采集到的变压器局部放电脉冲电流信号传输至所述数据分析、显示、存储和传输模块;
    所述数据分析、显示、存储和传输模块对所述变压器过电压波形信号和所述变压器局部放电脉冲电流信号进行分析、显示以及存储,并将分析结果传输 至数据监控与故障诊断模块;
    其中,所述变压器监测系统包括变压器套管、过电压及局部放电综合传感器模块、第一同轴电缆传输模块、第二同轴电缆传输模块、幅值衰减和低通滤波模块、带通滤波和信号放大模块、第一数据采集装置、第二数据采集装置、数据分析、显示、存储和传输模块、以及数据监控与故障诊断模块;
    所述变压器套管通过所述过电压及局部放电综合传感器模块依次连接所述第一同轴电缆传输模块、所述幅值衰减和低通滤波模块、所述第一数据采集装置、所述数据分析、显示、存储和传输模块和所述数据监控与故障诊断模块,形成用于监测变压器过电压波形信号的监测回路;
    所述变压器套管通过所述过电压及局部放电综合传感器模块依次连接所述第二同轴电缆传输模块、所述带通滤波和信号放大模块、所述第二数据采集装置、所述数据分析、显示、存储和传输模块和所述数据监控与故障诊断模块,形成用于监测变压器局部放电脉冲电流信号的监测回路。
  10. 根据权利要求9所述的方法,其中,所述过电压及局部放电综合传感器模块包括电容传感器和宽频带微小电流传感器。
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