一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置及方法制造方法及图纸

一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置及方法，包括瞬态油压特征量测量模块、信号调理与采集模块以及数字处理分析模块；瞬态油压特征量测量模块和信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块和数字处理分析模块相连，数据存储模块、人机对话模块以及数据通信接口模块均与数字处理分析模块相连。本发明专利技术实时获取变压器油箱内部多个测点瞬态油压特征信息，计算表征变压器油压幅度的动作油压值，通过与预设过压门槛值、准过压门槛值的比较，判断被测变压器是否发生异常过压。本发明专利技术装置独立于电力网络，具有构成简单、易于实现、可靠准确等优点。

An On-line Monitoring Device and Method for Power Transformer Based on Transient Oil Pressure Characteristics

【技术实现步骤摘要】
一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置及方法
本专利技术属于电力系统领域，涉及一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置及方法，用于测量、记录、分析油浸式电力变压器瞬态油压特征，并以此评估变压器运行状态。
技术介绍
作为一种关键的电力主设备，变压器在电力系统中占有举足轻重的地位，它的稳定运行是保证整个电力系统电能可靠传输、灵活分配且安全使用的重要前提。随着电力系统容量、电压等级的不断提高，对电力变压器的可靠性、安全性提出了更高的要求。然而，在夏季用电高峰时期，因内部故障引起的变压器本体爆炸、起火事故时有发生。尤其对于高电压等级、大容量的枢纽变压器，由于自身造价昂贵、结构复杂，且带有大量负荷，一旦爆炸起火将导致严重的经济损失。此外，大型变压器内部含有数十吨可燃性绝缘油，爆炸起火势必导致热油飞溅、火光冲天，严重威胁站内运行人员乃至周围居民生命财产安全，严重影响社会稳定。作为石油提取物的变压器油具有绝缘性能好、粘度较低、传热性能好且制造成本低等优点。自19世纪末起，电力变压器便开始填充这种烷烃类重油作为冷却和绝缘介质使用。除了一些特殊用途的中小容量变压器以及个别气体绝缘变压器外，使用变压器油作为填充物的油浸式变压器广泛应用在不同容量、电压等级要求下的电力系统中。目前，大型的电力变压器均为油浸式电力变压器，其油箱内部含有数吨乃至数十吨的变压器绝缘油。对变压器绝缘油瞬时油压特征的监测对于评估变压器的运行状态，判断变压器是否发生故障意义重大。一方面，当油浸式电力变压器内部发生严重过热或电弧故障时，液态绝缘油将被瞬间汽化、分解形成具有一定体积的高内能气泡。在故障电能的持续注入下，故障气泡内压也不断升高，同时由于故障点附近液态绝缘油存在膨胀惰性，故障气泡与周围液态绝缘油之间的气液相界面必然产生显著的压力升高，并以压力波的形式在变压器油箱内部传播，导致油箱内部油压的整体骤升。另一方面，当变压器内部发生过热故障时，绝缘油温度的上升同样会导致绝缘油油压的变化。因此，针对变压器油箱内部油压的实时测量、记录、运算、分析对于变压器运维人员评估变压器安全运行状态具有重要的参考价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置及方法，用于测量、记录、分析油浸式电力变压器瞬态油压特征，并以此评估变压器运行状态。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置，包括瞬态油压特征量测量模块、信号调理与采集模块以及数字处理分析模块；瞬态油压特征量测量模块和信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块和数字处理分析模块相连，数据存储模块、人机对话模块以及数据通信接口模块均与数字处理分析模块相连；瞬态油压特征量测量模块用于测量变压器内部不同位置的油压变化特征，并输出与之相对应的模拟电压/电流信号；信号调理与采集模块用于接收瞬态油压特征量测量模块输出的模拟电压/电流信号，并将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号，再输出标准数字信号；数字处理分析模块用于接收标准数字信号后执行监测运算，完成标准数字信号处理任务，从而实现对油箱内部瞬态油压的在线监测与变压器运行状态评估功能。本专利技术进一步的改进在于，瞬态油压特征量测量模块由若干个高频动态油压传感器及其通信线缆组成；高频动态油压传感器安装在变压器本体上，传感器端部探头直接与变压器绝缘油相接触，以测量变压器不同位置的内部油压变化特征，并利用通信线缆输出与之相对应的模拟电压/电流信号。本专利技术进一步的改进在于，高频动态油压传感器的测量频率为20kHz，测量误差小于1％，工作温度为-45～120℃，量程为-0.1～6MPa。本专利技术进一步的改进在于，信号调理与采集模块由接线端子、信号调理电路、低通滤波器、信号采样电路以及模数A/D转换电路组成；接线端子与信号调理电路相连，信号调理电路与低通滤波器相连，低通滤波器与信号采样电路相连，信号采样电路与模数A/D转换电路相连；接线端子还与通信线缆相连。本专利技术进一步的改进在于，数字处理分析模块由总线、中央处理器、GPS同步时钟、随机存储器、只读存储器以及控制电路组成；中央处理器、GPS同步时钟、随机存储器以及控制电路均与总线相连；模数A/D转换电路与总线相连；总线包括数据总线、地址总线以及控制总线，实现数据交换和操作控制；中央处理器为单片微处理器、通用微处理器或数字信号处理器，实现数字信号处理；GPS同步时钟用于实现变电站内、系统各场站装置同步采样要求；随机存储器用于暂存临时数据，包括信号调理与采集模块输入的数据信息、计算处理过程的中间结果；只读存储器用于保存数据；控制电路利用现场可编程门阵列实现整个数字电路的连接和协调工作。本专利技术进一步的改进在于，还包括与数字处理分析模块相连的数据存储模块、人机对话模块以及数据通信接口模块；数据存储模块用于数据的存储；人机对话模块用于建立在线监测装置与使用者之间的信息联系，以便运行人员对在线监测装置的人工操作、调试以及信息反馈；数据通信接口模块用于实现与其他设备以及总站之间的信息交互、数据传输、远方操作以及远程维护。本专利技术进一步的改进在于，数据存储模块由主闪存存储器与副闪存存储器组成；主、副闪存存储器作为在线监测装置的主存储器及备用存储器使用；人机对话模块包括紧凑键盘、显示屏、指示灯、按钮以及打印机接口；数据通信接口模块遵循IEC61850通信协议，利用以太网实现与其他设备以及总站之间的信息交互、数据传输、远方操作以及远程维护。一种基于上述的基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：①瞬态油压特征量测量模块用于测量变压器内部不同位置的油压变化特征，即读取当前时刻t下变压器内部n个测点油压pms.n(t)，n为1,2,3……；并输出与之相对应的模拟电压/电流信号；信号调理与采集模块用于接收瞬态油压特征量测量模块输出的模拟电压/电流信号，并将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号，再输出标准数字信号；②数字处理分析模块接收标准数字信号后判断每个测点瞬时油压pms.n(t)与预设启动门槛pst的大小，若任一测点瞬时油压pms.n(t)大于等于预设启动门槛pst，即式(1)成立，则进入步骤③；若全部测点油压均小于预设启动门槛pst，即式(1)不成立，则显示变压器内部油压正常，进入步骤⑤；pms.n(t)-pst≥0(1)③利用下式计算各个测点t时刻的动作油压pop.n(t)：式(2)中，T为数据窗长度，f为采集模块的信号采样频率；判断动作油压pop.n(t)与过压报警门槛pth.1的大小，若动作油压pop.n(t)大于等于过压报警门槛pth.1，即式(3)成立，则发出变压器内部过压警示，进入步骤⑤；若动作油压pop.n(t)小于过压报警门槛，即式(3)不成立，则进入步骤④；pop.n(t)-pth.1≥0(3)④判断动作油压pop.n(t)与准过压预警门槛pth.2的大小，若pop.n(t)大于等于准过压预警门槛pth.2，即式(4)成立，则发出油箱内部准过压预警，进入步骤⑤；若pop.n(t)小于准过压预警门槛pth.2，即式(4)不成立，则显示油箱内部油压正常；pop.n(t)-pth.2≥0(4)⑤存储测量得到的油压数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置，其特征在于，包括瞬态油压特征量测量模块、信号调理与采集模块以及数字处理分析模块；瞬态油压特征量测量模块和信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块和数字处理分析模块相连，数据存储模块、人机对话模块以及数据通信接口模块均与数字处理分析模块相连；瞬态油压特征量测量模块用于测量变压器内部不同位置的油压变化特征，并输出与之相对应的模拟电压/电流信号；信号调理与采集模块用于接收瞬态油压特征量测量模块输出的模拟电压/电流信号，并将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号，再输出标准数字信号；数字处理分析模块用于接收标准数字信号后执行监测运算，完成标准数字信号处理任务，从而实现对油箱内部瞬态油压的在线监测与变压器运行状态评估功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置，其特征在于，包括瞬态油压特征量测量模块、信号调理与采集模块以及数字处理分析模块；瞬态油压特征量测量模块和信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块和数字处理分析模块相连，数据存储模块、人机对话模块以及数据通信接口模块均与数字处理分析模块相连；瞬态油压特征量测量模块用于测量变压器内部不同位置的油压变化特征，并输出与之相对应的模拟电压/电流信号；信号调理与采集模块用于接收瞬态油压特征量测量模块输出的模拟电压/电流信号，并将其转换为数字处理分析模块能够识别的标准数字信号，再输出标准数字信号；数字处理分析模块用于接收标准数字信号后执行监测运算，完成标准数字信号处理任务，从而实现对油箱内部瞬态油压的在线监测与变压器运行状态评估功能。2.根据权利要求1所述的一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置，其特征在于，瞬态油压特征量测量模块由若干个高频动态油压传感器及其通信线缆组成；高频动态油压传感器安装在变压器本体上，传感器端部探头直接与变压器绝缘油相接触，以测量变压器不同位置的内部油压变化特征，并利用通信线缆输出与之相对应的模拟电压/电流信号。3.根据权利要求2所述的一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置，其特征在于，高频动态油压传感器的测量频率为20kHz，测量误差小于1％，工作温度为-45～120℃，量程为-0.1～6MPa。4.根据权利要求2所述的一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置，其特征在于，信号调理与采集模块由接线端子、信号调理电路、低通滤波器、信号采样电路以及模数A/D转换电路组成；接线端子与信号调理电路相连，信号调理电路与低通滤波器相连，低通滤波器与信号采样电路相连，信号采样电路与模数A/D转换电路相连；接线端子还与通信线缆相连。5.根据权利要求2所述的一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置，其特征在于，数字处理分析模块由总线、中央处理器、GPS同步时钟、随机存储器、只读存储器以及控制电路组成；中央处理器、GPS同步时钟、随机存储器以及控制电路均与总线相连；模数A/D转换电路与总线相连；总线包括数据总线、地址总线以及控制总线，实现数据交换和操作控制；中央处理器为单片微处理器、通用微处理器或数字信号处理器，实现数字信号处理；GPS同步时钟用于实现变电站内、系统各场站装置同步采样要求；随机存储器用于暂存临时数据，包括信号调理与采集模块输入的数据信息、计算处理过程的中间结果；只读存储器用于保存数据控制电路利用现场可编程门阵列实现整个数字电路的连接和协调工作。6.根据权利要求1所述的一种基于瞬态油压特征的电力变压器在线监测装置，其特征在于，还包括与数字处理分析模块相连的数据存储模块、人机对话模块以及数据通信接口模块；数据存储模块用于数据的存储；人机对话模块用于建立在线监测装置与使用者之间的信息联系，以便运行人员对在线监测装置的人工操作、调试以及信息反馈；数据通信接口模块用于实...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晨光，朱述友，徐彻，罗宝锋，张保会，高琰，卫誉洲，周贤武，
申请(专利权)人：北京中瑞和电气有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11