一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统及方法，系统包括变压器、穿心式互感器、采集装置和采集装置交流电源，分别采用独立的穿心式互感器连接变压器和采集装置交流电源，监测方法通过对铁芯接地电流基波幅值和相位、各次谐波幅值和相位的测量，识别变压器三相不平衡、过激磁、局部放电等运行状态。本发明专利技术的监测系统和方法克服了传统方式的不足，采用了精密的互感器、高速采样装置，配合精巧的算法，精确的获得被测模拟量的基波和各次谐波数值，无需外接其他设备信号，精确判断出变压器的异常状态，实施简便，为变压器系统的日常运行和维护工作提供了可靠的数据基础，提前发现事故隐患。

A Transformer Condition Monitoring System and Method Based on Core Grounding Current

The invention discloses a transformer condition monitoring system and method based on iron core grounding current. The system includes transformer, core-piercing transformer, acquisition device and acquisition device AC power supply. Independent core-piercing transformer is used to connect transformer and acquisition device AC power supply respectively. The monitoring method is based on the amplitude and phase of fundamental wave of iron core grounding current, the amplitude and phase of each harmonic wave. The three-phase unbalance, over-excitation and partial discharge of transformer can be identified by the measurement of potential. The monitoring system and method of the present invention overcome the shortcomings of the traditional method, adopt the precision transformer and high-speed sampling device, cooperate with the exquisite algorithm, accurately obtain the fundamental wave and harmonic value of the measured analog quantity, and accurately judge the abnormal state of the transformer without additional equipment signals, so that the implementation is simple and convenient, and provide the daily operation and maintenance work of the transformer system. Reliable data base is established to detect potential accident hazards in advance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统及方法
本专利技术涉及电气设备状态监测
，特别是涉及一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统及方法。
技术介绍
变压器铁芯是绝缘设计的一个重要部件，为保证变压器绝缘性能，变压器铁芯必须处于地电位，以稳定铁芯周边的电场分布。由于铁芯中有工频磁通，当铁芯发生两点接地时，接地回路包括的面积内往往有磁通铰链，这样就会形成环路电流，导致铁芯局部过热，进而引发绝缘油劣化、瓦斯告警等故障。目前为监测铁芯的绝缘状态，110kV及以上电压等级变压器一般装设铁芯接地电流监测装置，采集接地电流的基波幅值。正常运行情况下铁芯接地电流一般小于30mA，国标规定接地电流大于100mA时需要消缺处理。常规铁芯接地电流监测装置分辨率为1mA左右，可满足绝缘监测的要求。随着技术水平的不断进步，高性能的DSP芯片和AD芯片应用于铁芯接地电流监测领域，被测电流的分辨率大幅提高。由于采用了窗函数截断技术，非整周波采样带来的误差基本被消除，在精准获得铁芯接地电流的频率后，通过补偿算法可以获得被测模拟量的精确数值，测量的分辨率可达到1uA级别，一些典型的变压器运行状态引发的铁芯接地电流细微变化可以被观测，并总结成判据推广应用。因此，本领域技术人员需要提供一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测的方法及系统，能够通过此方法和系统实现对变压器运行状态的识别。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统及方法，能够通过对铁芯接地电流的分析和计算，判定变压器的运行状态，为变压器系统的日常运行和维护工作提供了可靠的数据基础，提前发现事故隐患。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统，其特征在于：包括变压器、穿心式互感器、采集装置和采集装置交流电源，分别采用独立的穿心式互感器连接变压器和采集装置交流电源，穿心式互感器用于采集检测变压器的铁芯接地电流和采集装置交流电源，采集装置同步采集铁芯接地电流和采集装交流电源。一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统方法，其特征在于：包括变压器、穿心式互感器、采集装置和采集装置交流电源，分别采用独立的穿心式互感器连接变压器和采集装置交流电源，穿心式互感器用于采集检测变压器的铁芯接地电流和采集装置交流电源，采集装置同步采集铁芯接地电流和采集装交流电源，采集装置同步采集铁芯接地电流和采集装交流电源，采集装置以交流电源作为参考向量，获得铁芯接地电流相对于交流电流的基波的幅值和相位、各次谐波的幅值和相位，通过对铁芯接地电流的基波和谐波的信息的识别，判断变压器的运行状态。具体地，当铁芯接地电流的基波幅值增大时，3的整次倍谐波幅值接近于零、其余谐波的幅值和基波的幅值等比例增大时，判断变压器处于三相不平衡状态。作为优选，根据变压器的低压侧负载性质设置3的整次倍谐波变化门槛，当基波和其余谐波均增大时，若3的整次倍谐波没有超过门槛，判断变压器处于三相不平衡状态。具体地，当铁芯接地电流的基波幅值变化不超过10％，5次、7次谐波幅值增加、其余谐波的幅值增幅不超过5％时，判断变压器处于过激励状态。具体地，根据变压器的过激磁倍数设置5、7次谐波电流幅值门槛，当5、7次谐波电流增长超过门槛值时，若5、7次谐波电流在多个计算周期内相位差稳定，且基波变化小于10％，其他谐波变化小于20％时，判断变压器处于过激磁状态。具体地，当铁芯接地电流的基波幅值不变，各次谐波幅值等量增长、各次谐波相位不变，判断变压器处于局部放电状态。作为优选，根据变压器的负载特性和电压等级设置基波电流门槛，当基波电流变化小于门槛值时，若2～20次谐波幅值均增大、高次谐波增幅大于低次谐波，且谐波电流的相位稳定，判断变压器处于局部放电状态。具体地，一个采集装置同时接入多台变压器的铁芯接地电流数据时，通过检测铁芯接地电流的谐波相位判定发生局部放电的变压器所在区域。具体地，所述采集装置采用低噪声的高速16位AD采样器，采用频率补偿算法得出被测模拟量的基波和各次谐波数值。有益效果：本专利技术的一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统及方法，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术涉及的测量系统对外接线与常规铁芯接地电流监测系统完全相同，即没有增加新的接线或设备，但实现了变压器运行状态的评估，此特点十分适合改造工程的实施，大大减少了施工的工作量。方法使用的输入参量全部来源于铁芯电流监测装置，无需外接其他设备信号，系统简单可靠，实施简便。附图说明图1为本专利技术的铁芯接地电流采集装置的结构示意图；图2为现有技术中铁芯接地电流的示意图；图3为本专利技术提供的变压器三相不平衡运行状态判断流程图；图4为本专利技术提供的变压器过激磁运行状态判断流程图；图5为本专利技术提供的变压器局部放电运行状态判断流程图；图6为本专利技术提供的方法及系统的自学习方式示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。图2为现有技术中铁芯接地电流的示意图：其中，变压器高压绕组通过磁耦合在低压绕组中产生电压，低压绕组的对地电压通过低压绕组和铁芯之间的电容产生泄漏电流，低压绕组三相泄漏电流之和即为铁芯接地电流。高压绕组对铁芯也有容性泄漏电流，但由于低压绕组位于内侧，距离铁芯较近，且低压绕组对外侧的高压绕组有一的工频屏蔽作用，铁芯接地电流主要由低压绕组容性耦合产生。铁芯接地电流的互感器一般为穿心式互感器，为提高采集精度，互感器的频带一般较低。图1为本专利技术提供的铁芯接地电流的采集装置示意图：铁芯接地电流通过穿心式互感器接入采集装置，将采集装置电源通过限流电阻后接入另一个穿心式互感器，两互感器的输出被采集装置同步采集，可计算得到两模拟量的精确相位差。采集装置的电源可采用交流220V电源，取自站用变，和变电站主变压器有稳定的相位关系，因此铁芯接地电流的相位为相对主变压器的绝对相位。当有多台主变时，多台铁芯接地电流采集使用同一交流电源供电，多个铁芯接地电流的相位具备可比性。本系统通过增加一只穿心式互感器的方式，解决了铁芯接地电流相位测量的问题，为变压器状态判定提供了依据。即本专利技术涉及的测量系统通过对交流供电电源的测量，获得了铁芯接地电流的绝对相位。本专利技术中没有同步采样脉冲输入，常规铁芯接地电流监测装置获得的电流相位一般是随机值，为获得铁芯接是电流的绝对相位，一般有脉冲同步和向量同步两种方式。脉冲同步需要接入采样脉冲控制采样的时刻，增加了现场接线的工作量，且脉冲信号在长距离上容易受干扰；本专利技术采用了向量同步的方式，以交流供电电源为参考向量，在没有增加接线工作量的同时，获得了铁芯接地电流的参考向量，从而得到了铁芯接地电流的稳定相位。交流供电电源一般取自站用变，和变压器的三要相位有稳定的关系。本专利技术的系统使用的互感器优选频率上限达到1000Hz，可测量到20次谐波，测量结果包括20个幅值和20个相位，共40个参量，变压器不同的运行状态会通过铁芯接地电流回路反映到这40个参量中。图3为本专利技术提供的变压器三相不平衡运行状态判断流程图：当变压器出现高压侧系统电压三相不平衡，或低压侧三相负载不平衡时，变压器的高、低压侧三相电压之和都不为零，通过容性耦合到铁芯中的电流不再接近于零，将出现明显增大。由于铁芯接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统，其特征在于：包括变压器、穿心式互感器、采集装置和采集装置交流电源，分别采用独立的穿心式互感器连接变压器和采集装置交流电源，穿心式互感器用于采集检测变压器的铁芯接地电流和采集装置交流电源，采集装置同步采集铁芯接地电流和采集装交流电源。

【技术特征摘要】
1.一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测系统，其特征在于：包括变压器、穿心式互感器、采集装置和采集装置交流电源，分别采用独立的穿心式互感器连接变压器和采集装置交流电源，穿心式互感器用于采集检测变压器的铁芯接地电流和采集装置交流电源，采集装置同步采集铁芯接地电流和采集装交流电源。2.一种基于铁芯接地电流的变压器状态监测方法，其特征在于：包括变压器、穿心式互感器、采集装置和采集装置交流电源，分别采用独立的穿心式互感器连接变压器和采集装置交流电源，穿心式互感器用于采集检测变压器的铁芯接地电流和采集装置交流电源，采集装置同步采集铁芯接地电流和采集装交流电源，采集装置同步采集铁芯接地电流和采集装交流电源，采集装置以交流电源作为参考向量，获得铁芯接地电流相对于交流电流的基波的幅值和相位、各次谐波的幅值和相位，通过对铁芯接地电流的基波和谐波的信息的识别，判断变压器的运行状态。3.根据权利要求2所述的基于铁芯接地电流的变压器状态监测方法，其特征在于：当铁芯接地电流的基波幅值增大时，3的整次倍谐波幅值接近于零、其余谐波的幅值和基波的幅值等比例增大时，判断变压器处于三相不平衡状态。4.根据权利要求3所述的基于铁芯接地电流的变压器状态监测方法，其特征在于：根据变压器的低压侧负载性质设置3的整次倍谐波变化门槛，当基波和其余谐波均增大时，若3的整次倍谐波没有超过门槛，判断变压器处于三相不平衡状态。5.根据权利要求2所述的基于铁芯接地电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘念浩，刘浩，万恩忠，温国强，王欣欣，郭帅，刘向东，黄正博，秦飞，暴永辉，
申请(专利权)人：北京许继电气有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11