基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，屬于電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括包括耦合分壓?jiǎn)卧?、信?hào)采集單元、信號(hào)處理單元和人機(jī)接口單元，所述耦合分壓?jiǎn)卧ㄗ儔浩鬟^電壓電容耦合傳感器、分壓器低壓臂、分壓器匹配部分；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器為帶狀，并以纏繞方式緊貼設(shè)置在變壓器套管末屏靠近法蘭處；所述分壓器低壓臂采用多個(gè)同型號(hào)電容同軸對(duì)稱的方式排列后并聯(lián)而成；所述分壓器匹配部分，采取同軸電纜首尾兩端匹配的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠?qū)ψ儔浩骼@組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，準(zhǔn)確判斷其變形情況，并及時(shí)作出預(yù)警，有效地保障了變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng) 的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)。 基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其安全穩(wěn)定工作對(duì)于保障電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、 可靠運(yùn)行具有重要的意義，特別是在我國電力等級(jí)提高、用電量持續(xù)增加、對(duì)供電質(zhì)量和可 靠性要求日益增長的背景下，顯得尤為突出。根據(jù)變壓器故障后檢修情況統(tǒng)計(jì)，變壓器繞組 變形在所有故障中的比例很大。變壓器在運(yùn)輸、運(yùn)行過程中，由于遭受到機(jī)械力、電動(dòng)力的 作用，其繞組會(huì)發(fā)生輕微的不可逆變形，從而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部絕緣破損、局部放電等發(fā)生， 進(jìn)一步地?fù)p壞變壓器的絕緣性能，降低其抗短路強(qiáng)度。當(dāng)變壓器在短路電流或勵(lì)磁涌流的 情況下，其繞組會(huì)進(jìn)一步地發(fā)生變形，這一過程是逐漸累積的。
[0003] 國內(nèi)的針對(duì)變壓器繞組變形檢測(cè)，已經(jīng)有短路阻抗法、低壓脈沖法、頻率響應(yīng)法、 振動(dòng)法和超聲波法等方法的出現(xiàn)。各個(gè)方法效果不一，對(duì)變壓器各種變形的靈敏度也各有 側(cè)重。但是針對(duì)變壓器繞組變形的在線檢測(cè)方法卻鮮有報(bào)道。目前的方法大多是在變壓器 退出運(yùn)行的情況下進(jìn)行預(yù)防性檢測(cè)的，而這就導(dǎo)致了不能實(shí)時(shí)掌握變壓器內(nèi)部繞組的變形 狀態(tài)，有可能出現(xiàn)大的變壓器事故發(fā)生。因此，對(duì)變壓器繞組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而判斷其變 形情況，及時(shí)作出預(yù)警，對(duì)于保障變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。
[0004] 在變壓器運(yùn)行期間，難免會(huì)遭受包括內(nèi)部過電壓和外部過電壓的信號(hào)，而過電壓 信號(hào)中包含著豐富的諧波分量，通過獲取變壓器過電壓的響應(yīng)，能夠得到較寬頻帶范圍內(nèi) 的繞組頻率響應(yīng)。通過對(duì)繞組頻率響應(yīng)的分析，能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器繞組變形故障的分析和模 式識(shí)別。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，針對(duì)現(xiàn)有電力變壓器繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)的不足之處，提供一種基 于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)；本發(fā)明具有裝置簡(jiǎn)單、易于安裝、對(duì) 變壓器結(jié)構(gòu)影響很小、能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測(cè)等特點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括耦合分壓 單元、信號(hào)采集單元、信號(hào)處理單元、信號(hào)存儲(chǔ)單元和人機(jī)接口單元，
[0008] 所述耦合分壓?jiǎn)卧ㄗ儔浩鬟^電壓電容耦合傳感器、分壓器低壓臂、分壓器匹 配部分；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器為帶狀，并以纏繞方式緊貼設(shè)置在變壓器套管 末屏靠近法蘭處；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器上安裝有BNC接口，且與變壓器套管 的導(dǎo)桿形成耦合電容C T ;
[0009] 所述分壓器低壓臂采用多個(gè)同型號(hào)電容同軸對(duì)稱的方式排列后并聯(lián)而成，所得分 壓器低壓臂電容為C S1;所述分壓器低壓臂的電容牢固的焊接為一整體，且該整體一端連接 BNC接口，另一端接地；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器和分壓器低壓臂通過兩端安裝 有BNC接口的同軸電纜連接；
[0010] 所述分壓器匹配部分，采取同軸電纜首尾兩端匹配的結(jié)構(gòu)，在分壓器低壓臂上端 連接一無感電阻&作為匹配電阻，再通過一波阻抗為r3的電纜與無感電阻r2和電容C S2串 聯(lián)；分壓器信號(hào)輸出接口設(shè)置在無感電阻r2與同軸電纜的連接處。
[0011] 進(jìn)一步的，所述信號(hào)采集單元，用作采集變壓器運(yùn)行過程中在一側(cè)遭受的過電壓 信號(hào)和在另一側(cè)的響應(yīng)信號(hào)；所述的信號(hào)采集單元要求通道數(shù)不少于6個(gè)，采樣率不低于 50M/s，采樣位數(shù)不少于10位。
[0012] 進(jìn)一步的，所述信號(hào)處理單元實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)采集單元采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理， 包括過電壓判斷、信號(hào)預(yù)處理、繞組變形模式判別。
[0013] 進(jìn)一步的，所述的過電壓判斷，是對(duì)信號(hào)采集單元采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行判斷，若 在正常電壓運(yùn)行范圍內(nèi)，則不對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理；若是過電壓信號(hào)，則對(duì)過電壓 信號(hào)及其響應(yīng)信號(hào)做后續(xù)處理；
[0014] 進(jìn)一步的，所述的信號(hào)預(yù)處理，包括濾除低頻分量、獲取頻譜特性，且所述濾除低 頻分量采用小波算法實(shí)現(xiàn)；所述獲取頻譜特性是將經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換， 求取繞組網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù)，繪制繞組網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)曲線；
[0015] 所述的繞組變形模式識(shí)別，是通過提取繞組的過電壓信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線的特征 量，來對(duì)繞組變形的類型和程度作出判斷。
[0016] 進(jìn)一步的，所述的人機(jī)接口單元，包括頻率響應(yīng)曲線局部分析、橫縱向?qū)Ρ确治觥?歷史數(shù)據(jù)的查看調(diào)取、分析報(bào)告的自動(dòng)生成功能。
[0017] 進(jìn)一步的，所述變壓器過電壓電容耦合傳感器以紫銅材料制成，寬度為10? 30mm、厚度為0. 5?2mm。
[0018] 進(jìn)一步的，所述札、R2和R3阻值均為50 Ω。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0020] 1、本發(fā)明能夠?qū)ψ儔浩骼@組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，準(zhǔn)確判斷其變形情況，并及時(shí)作出預(yù) 警，有效地保障了變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行；
[0021] 2、本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝、對(duì)變壓器結(jié)構(gòu)影響很小，便于推廣利用；
[0022] 3、本發(fā)明具有對(duì)頻率響應(yīng)曲線進(jìn)行分析、歷史數(shù)據(jù)的查看調(diào)取、分析報(bào)告的自動(dòng) 生成等，方便人為操控管理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述，其中：
[0024] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明變壓器過電壓電容耦合傳感器原理圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明中耦合分壓?jiǎn)卧姆謮浩鞯蛪罕奂捌ヅ洳糠衷韴D；
[0027] 其中：1-導(dǎo)桿、2-法蘭、3-變壓器過電壓電容耦合傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面通過【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0029] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2為本發(fā)明變壓器過電壓電容耦合傳 感器原理圖；圖3為本發(fā)明中耦合分壓?jiǎn)卧姆謮浩鞯蛪罕奂捌ヅ洳糠衷韴D。根據(jù)圖1、 2和3所示，一種基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括耦合分 壓?jiǎn)卧?、信?hào)采集單元、信號(hào)處理單元、信號(hào)存儲(chǔ)單元和人機(jī)接口單元。該系統(tǒng)能夠在不改 變電力系統(tǒng)現(xiàn)有接線的情況下，通過在線監(jiān)測(cè)過電壓信號(hào)并分析其響應(yīng)，來監(jiān)測(cè)變壓器繞 組變形。
[0030] 所述耦合分壓?jiǎn)卧ㄗ儔浩鬟^電壓電容耦合傳感器、分壓器低壓臂、分壓器匹 配部分；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器3為帶狀，并以纏繞方式緊貼設(shè)置在變壓器套 管末屏靠近法蘭2處；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器3上安裝有BNC接口，且與變壓器 套管的導(dǎo)桿1形成耦合電容C T，該耦合電容形成分壓器的高壓臂部分；
[0031] 所述分壓器低壓臂為減小分布電感采用多個(gè)同型號(hào)電容同軸對(duì)稱的方式排列后 并聯(lián)而成，所得分壓器低壓臂電容為C S1 ;所述分壓器低壓臂的電容牢固的焊接為一整體， 且該整體一端連接BNC接口，另一端接地；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器和分壓器低 壓臂通過兩端安裝有BNC接口的同軸電纜連接，從而構(gòu)成用于測(cè)量過電壓信號(hào)的分壓器結(jié) 構(gòu)；
[0032] 所述分壓器匹配部分，采取同軸電纜首尾兩端匹配的結(jié)構(gòu)，在分壓器低壓臂上端 連接一無感電阻&作為匹配電阻，再通過一波阻抗為R 3的電纜與無感電阻R2和電容CS2串 聯(lián)；分壓器信號(hào)輸出接口設(shè)置在無感電阻R 2與同軸電纜的連接處。
[0033] 所述信號(hào)采集單元，用作采集變壓器運(yùn)行過程中在一側(cè)遭受的過電壓信號(hào)和在另 一側(cè)的響應(yīng)信號(hào)；所述的信號(hào)采集單元要求通道數(shù)不少于6個(gè)，采樣率不低于50M/s，采樣 位數(shù)不少于10位。
[0034] 所述信號(hào)處理單元實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)采集單元采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，包括過電壓 判斷、信號(hào)預(yù)處理、繞組變形模式判別等處理過程。
[0035] 所述的過電壓判斷，是對(duì)信號(hào)采集單元采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行判斷，若在正常電 壓運(yùn)行范圍內(nèi)，則不對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理；若是過電壓信號(hào)，則對(duì)過電壓信號(hào)及其 響應(yīng)信號(hào)做后續(xù)處理；
[0036] 所述的信號(hào)預(yù)處理，包括濾除低頻分量、獲取頻譜特性，且所述濾除低頻分量采用 小波算法實(shí)現(xiàn)；所述獲取頻譜特性是將經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，求取繞組網(wǎng) 絡(luò)的轉(zhuǎn)移函數(shù)，繪制繞組網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)曲線；
[0037] 所述的繞組變形模式識(shí)別，是通過提取繞組的過電壓信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線的特征 量，來對(duì)繞組變形的類型和程度作出判斷。
[0038] 所述的人機(jī)接口單元，包括頻率響應(yīng)曲線局部分析、橫縱向?qū)Ρ确治?、歷史數(shù)據(jù)的 查看調(diào)取、分析報(bào)告的自動(dòng)生成功能，可以用安裝有以上處理軟件的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
[0039] 所述變壓器過電壓電容耦合傳感器以紫銅材料制成，寬度為10?30mm、厚度為 0· 5 ?2mm〇
[0040] 所述&、R2和R3阻值均為50 Ω。
[0041] 最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在 形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括耦合分壓?jiǎn)卧?信號(hào)采集單元、信號(hào)處理單元、信號(hào)存儲(chǔ)單元和人機(jī)接口單元，其特征在于： 所述耦合分壓?jiǎn)卧ㄗ儔浩鬟^電壓電容耦合傳感器、分壓器低壓臂、分壓器匹配部 分；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器為帶狀，并以纏繞方式緊貼設(shè)置在變壓器套管末屏 靠近法蘭處；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器上安裝有BNC接口，且與變壓器套管的導(dǎo) 桿形成耦合電容C T ; 所述分壓器低壓臂采用多個(gè)同型號(hào)電容同軸對(duì)稱的方式排列后并聯(lián)而成，所得分壓器 低壓臂電容為CS1 ;所述分壓器低壓臂的電容牢固的焊接為一整體，且該整體一端連接BNC 接口，另一端接地；所述變壓器過電壓電容耦合傳感器和分壓器低壓臂通過兩端安裝有 BNC接口的同軸電纜連接； 所述分壓器匹配部分，采取同軸電纜首尾兩端匹配的結(jié)構(gòu)，在分壓器低壓臂上端連接 一無感電阻凡作為匹配電阻，再通過一波阻抗為R3的電纜與無感電阻R2和電容CS2串聯(lián)； 分壓器信號(hào)輸出接口設(shè)置在無感電阻馬與同軸電纜的連接處。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，其 特征在于：所述信號(hào)采集單元，用作采集變壓器運(yùn)行過程中在一側(cè)遭受的過電壓信號(hào)和在 另一側(cè)的響應(yīng)信號(hào)；所述的信號(hào)采集單元要求通道數(shù)不少于6個(gè)，采樣率不低于50M/s，采 樣位數(shù)不少于10位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，其 特征在于：所述信號(hào)處理單元實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)采集單元采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，包括過電 壓判斷、信號(hào)預(yù)處理、繞組變形模式判別。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，其 特征在于：所述的過電壓判斷，是對(duì)信號(hào)采集單元采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行判斷，若在正常電 壓運(yùn)行范圍內(nèi)，則不對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理；若是過電壓信號(hào)，則對(duì)過電壓信號(hào)及其 響應(yīng)信號(hào)做后續(xù)處理； 所述的信號(hào)預(yù)處理，包括濾除低頻分量、獲取頻譜特性，且所述濾除低頻分量采用小波 算法實(shí)現(xiàn)；所述獲取頻譜特性是將經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，求取繞組網(wǎng)絡(luò)的 轉(zhuǎn)移函數(shù)，繪制繞組網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)曲線； 所述的繞組變形模式識(shí)別，是通過提取繞組的過電壓信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線的特征量， 來對(duì)繞組變形的類型和程度作出判斷。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，其 特征在于：所述的人機(jī)接口單元，包括頻率響應(yīng)曲線局部分析、橫縱向?qū)Ρ确治?、歷史數(shù)據(jù) 的查看調(diào)取、分析報(bào)告的自動(dòng)生成功能。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，其 特征在于：所述變壓器過電壓電容耦合傳感器以紫銅材料制成，寬度為10?30_、厚度為 0· 5 ?2mm〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變壓器過電壓信號(hào)及響應(yīng)的繞組變形在線檢測(cè)系統(tǒng)，其 特征在于：所述氏、R2和R 3阻值均為50 Ω。
【文檔編號(hào)】G01B7/16GK104061849SQ201410315388
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】李偉, 馬勤勇, 王建, 張勇, 姚陳果, 趙曉震, 李成祥, 趙仲勇, 廖瑞金 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 重慶大學(xué), 國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院