變壓器絕緣故障實時在線預警裝置及預警方法
2023-09-10 16:28:40 1
專利名稱：變壓器絕緣故障實時在線預警裝置及預警方法
技術領域：
本發明涉及ー種故障實時在線預警裝置，特別涉及一種變壓器絕緣故障實時在線預警裝置及預警方法。
背景技術：
隨著電カ系統向高壓大容量方向發展，電カ變壓器的電壓等級和單臺容量也在不斷提高，其運行的可靠性直接關係到電カ系統的安全與穩定。高壓大容量電カ變壓器一旦發生事故，將會造成大面積停電，甚至危及整個電カ系統的穩定運行，事故涉及面大、維修費用高、周期長，經濟損失巨大。統計分析表明大型電カ變壓器事故發生 的ー個重要原因是絕緣故障，絕緣系統的狀況直接決定了變壓器運行的可靠性。但由於理論的缺乏和技術的限制，目前的變壓器絕緣故障研究集中在故障後的保護以及絕緣老化監測方面，暫時沒有故障預警方法和相應的裝置。當這些保護裝置動作時或絕緣老化監測裝置發現絕緣老化較為嚴重時，很有可能已經造成無法挽回的損失，甚至是重大安全事故。但絕大多數的絕緣故障都是有ー個發展的過程，如果能實時準確的捕捉到變壓器絕緣正常到故障之間的發展過程，就有可能實現變壓器絕緣實時故障預警。變壓器絕緣實時故障預警，是防止重大事故發生的最有效的手段之一，是提高供電可靠性和電力系統的經濟效益的需要，也是繼電保護的進一歩發展。
發明內容
本發明的目的是提供一種變壓器絕緣故障實時在線預警裝置及預警方法，能夠及時的捕捉到變壓器絕緣正常到故障的發展過程，及時提供變壓器絕緣故障預警信息，防止進ー步發展為重大事故。為了實現上述目的，技術方案如下文所述變壓器絕緣故障實時在線預警裝置，包括局部放電超高頻傳感器、局部放電超高頻信號調理器、同軸電纜、鐵芯接地電流傳感器、鐵芯接地電流信號調理器、屏蔽信號線、A/D採集卡、CAN通訊卡、エ控機，A/D採集卡、CAN通訊卡分別安裝在エ控機內；局部放電超高頻傳感器安裝在變壓器檢查孔或事故放油閥處，局部放電超高頻傳感器的輸出端通過同軸電纜與局部放電超高頻信號調理器的輸入端相連，局部放電超高頻信號調理器的輸出端通過同軸電纜與エ控機內部的A/D採集卡相連；鐵芯接地電流傳感器安裝在變壓器鐵芯引出線與接地網連接處，鐵芯接地電流傳感器的輸出端通過屏蔽信號線與鐵芯接地電流信號調理器的輸入端相連，鐵芯接地電流信號調理器的輸出端通過屏蔽信號線與エ控機內部的A/D採集卡相連，エ控機的CAN通訊卡與CAN網絡相連。變壓器絕緣故障實時在線預警方法，包括以下步驟(I)、エ控機對絕緣故障信號進行連續採集和分析與計算エ控機依次完成以下エ作五個エ頻周期的局部放電超高頻信號的採集，採用多線程並發處理技術同步進行局部放電超高頻信號的分析與計算和原始採樣數據顯示和存儲，五個エ頻周期的鐵芯接地電流信號的採集，採用多線程並發處理技術同步進行鐵芯接地電流信號的分析與計算和原始採樣數據顯示和存儲，五個エ頻周期的局部放電超高頻信號的採集，周而復始；(2)、エ控機通過CAN通訊卡接收變壓器エ況信息，所述エ況信息為變壓器高低壓側斷路器狀態、一次側與二次側電壓值、一次側與二次側電流值，然後識別出變壓器的啟動過程、空載運行、併網過程、負載運行、加負荷過程、減負荷過程、解列過程；(3)、エ控機通過CAN通訊卡把絕緣故障信號的分析與計算結果向其他設備發送；
(4)、エ控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器エ況信息，實時提供變壓器絕緣故障預警信息；(5)、エ控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器エ況信息，採用多種數據儲存機制對原始採樣數據進行儲存。多線程並發處理的技術為現有技術，描述如下所述的エ控機裝載有變壓器絕緣實時在線預警軟體，在軟體初始化時預先分別創建局部放電超高頻原始採樣數據的顯示(線程I )、局部放電超高頻原始採樣數據的存儲(線程II)、局部放電超高頻信號的分析與計 算(線程III)、鐵芯接地電流原始採樣數據的顯示(線程IV)、鐵芯接地電流原始採樣數據的存儲(線程V)、鐵芯接地電流信號的分析與計算(線程VD六個掛起的線程，當局部放電超高頻信號採集完成時線程I、線程II、線程III三個線程被激活，當完成局部放電超高頻原始採樣數據的顯示、原始採樣數據的存儲、信號的分析與計算之後，線程I、線程II、線程III三個線程被掛起；然後啟動對鐵芯接地電流信號的採集，鐵芯接地電流信號的採集完成時線程IV、線程V、線程VI三個線程被激活，當完成鐵芯接地電流原始採樣數據的顯示、原始採樣數據的存儲、信號的分析與計算之後，線程IV、線程V、線程VI分別被掛起，然後啟動對局部放電超高頻信號的採集；周而復始。所述的局部放電超高頻信號的分析與計算，包括以下幾個步驟(I)、採用無限衝擊響應高通數字濾波器來抑制傳感器耦合到的エ頻及其諧波等周期性窄帶幹擾，其中的通帶邊界頻率為ΙΚΗζ，階數為2階；(2)、對局部放電超高頻信號中的脈衝進行提取，脈衝提取的基本任務是確定脈衝的起始時間t(s)和終止時間t(e);即根據局部放電超高頻信號中脈衝上升沿和下降沿的位置，來確定脈衝的起點和終點；分別記錄下姆個脈衝的起點和終點在局部放電超高頻信號採樣序列lx(i)}中的位置，作為脈衝提取的結果，i為自然數；(3)、對提取後的脈衝進行脈衝寬度、脈衝幅值和脈衝上升沿的陡峭程度特徵計算，並與エ控機內知識庫中的各類脈衝相比較，來識別各類脈衝，各類脈衝為雷電感應脈衝、雷電衝擊脈衝、刀閘操作感應脈衝、刀閘操作衝擊脈衝、移動通訊幹擾脈衝和局部放電脈衝，再統計出各類脈衝幅值的最大值、平均值，各類脈衝的個數，作為局部放電超高頻信號的分析與計算的結果。對部放電超高頻信號中的脈衝進行提取採用現有方法。鐵芯接地電流的分析與計算主要指計算鐵芯接地電流的全電流有效值，以及エ頻成分的有效值。在計算エ頻有效值時採用無限衝擊響應低通數字濾波器來濾除高頻分量，其中的通帶邊界頻率為100Hz，階數為2階；由於變壓器絕緣故障信號通常同與變壓器エ況有密切的關係，變壓器絕緣故障預警得變壓器エ況信息來進行。變壓器絕緣故障預警信息的技術方案如下文所述變壓器絕緣預警信息包括預警等級、預警機制、預警內容。將變壓器絕緣故障預警信息等級分為異常提示、異常報警，級別依次升高。故障預警機制分為分エ況預警、突發性異常預警。分エ況報警指，根據當前的變壓器エ況和絕緣故障信號的分析與計算結果來提供變壓器絕緣故障預警信息，以併網過程為例預警信息可能為異常提示、分エ況預警、變壓器併網過程局部放電脈衝幅值較大。突發性異常預警指直接根據絕緣故障信號的分析與計算結果，對突發性的絕緣故障信號異常直接發出預警信息，以雷電衝擊為例預警信息可能為異常報警、突發性異常預警、雷電衝擊後鐵芯接地電流明顯増大。エ控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器エ況信息，實時提供變壓器絕緣故障預警信息，包括兩項內容判斷在當前エ況下，變壓器絕緣故障信號的分析與計算結果是否超標，若超標則發出絕緣故障預警；不考慮當前エ況，直接根據變壓器絕緣故障信號的分析與計算結果簡要分析，判斷是否發出絕緣故障預警。為了給絕緣故障預警保留證據並且在減少冗餘的前提下儘量全面地保存絕緣故 障信號的原始採樣數據，為此採用了多種數據存儲機制。エ控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器エ況信息，對原始採樣數據的存儲採用多種數據存儲機制，包括以下幾個項預警事件存儲機制當發出絕緣故障預警信息時，觸發數據存儲，為絕緣故障預警保留證據；變エ況存儲機制當變壓器エ況出現變化時，觸發數據存儲，如當出現併網過程、解列過程、變壓器增負荷或變壓器減負荷過程時保存數據，變エ況存儲機制主要用來記錄變壓器運行特徵變化下的絕緣故障信號的原始採樣數據；變負荷存儲機制將變壓器整個負荷區間劃分若干個子區間，當變壓器在任意負荷子區間運行的時間超過某閾值時，觸發數據存儲，每天每個負荷子區間上保存的文件不超過10個；特徵信息過閾值存儲機制絕緣故障信號的分析與計算結果超過某閾值時，觸發數據存儲；特徵信息突變存儲機制當絕緣故障信號的分析與計算結果呈現突然増大或突然減小的趨勢時，觸發數據存儲；定時存儲機制根據時間定時觸發存儲，實現了絕緣預警裝置的常規信息記錄。本發明通過快速高效的實時信號處理的技術以及多線程並發處理的技術，使得エ控機完成五個エ頻周期的絕緣故障信號採集以及原始採樣數據的顯示、原始採樣數據的存儲、絕緣故障信號的分析與計算等這樣ー個採集-分析任務的時間花費小於I秒，若發現變壓器絕緣故障信號出現異常立即發出預警信息，使得變壓器絕緣故障潛伏時間小於I秒。
圖I為本發明結構連接示意圖。圖2為本發明的系統軟體結構圖。圖3為本發明的絕緣故障預警方法流程圖。圖中I-變壓器，2-局部放電超高頻傳感器，3-同軸電纜，4-局部放電超高頻信號調理器，5-鐵芯接地電流傳感器，6-屏蔽信號線，7-鐵芯接地電流調理器，8- CAN網絡。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行詳細的說明如圖I所示，本發明包括局部放電超高頻傳感器2、局部放電超高頻信號調理器4、同軸電纜3、鐵芯接地電流傳感器5、鐵芯接地電流信號調理器7、屏蔽信號線6、A/D採集卡、CAN通訊卡、エ控機，A/D採集卡、CAN通訊卡分別安裝在エ控機內，局部放電超高頻傳感器2安裝在變壓器I檢查孔或事故放油閥處，局部放電超高頻傳感器2的輸出端通過高頻同軸電纜3用BNC連接頭與局部放電超高頻信號調理器4的輸入端相連，局部放電超高頻信號調理器4的輸出端通過高頻同軸電纜3用BNC連接頭與エ控機內部的A/D採集卡相連；鐵芯接地電流傳感器5安裝在變壓器鐵芯引出線與接地網連接處，鐵芯接地電流傳感器5的輸出端通過屏蔽信號線6與鐵芯接地電流信號調理器7的輸入端相連，鐵芯接地電流信號調理器7的輸出端通過屏蔽信號線6用BNC連接頭與エ控機內部的A/D採集卡相連，利用CAN通訊卡將エ控機通過CAN網絡與其他監測裝置相連接。局部放電超高頻傳感器採用的是武漢海泰電カ科技有限公司生產的UHTS 500型·傳感器(檢測頻帶500-1500 MHz)，局部放電超高頻信號調理器採用的是武漢海泰電カ科技有限公司生產的UHTM 500型信號調理器(通過包絡檢波技術對局放超高頻信號進行降頻處理)，鐵芯接地電流傳感器採用的是武漢海泰電カ科技有限公司生產的CECS-3B型傳感器(接地電流測量範圍エ頻電流O. 001 10A，最大允許衝擊電流1000AX I秒)，鐵芯接地電流信號調理器採用的是武漢海泰電カ科技有限公司生產的CECM-3B型信號調理器，A/D採集卡採用的是採樣率為30MS/s的高速採集卡，エ控機採用的是的無風扇、無轉動部件，抗幹擾能力強、可靠性高、免維護、可擴展性強的エ控機。CAN通訊卡採用的是北京華控技術有限責任公司生產的HK-CAN30B。如圖2、圖3所示，變壓器絕緣故障實時在線預警方法，包括以下步驟(I)、エ控機對絕緣故障信號進行連續採集和分析與計算エ控機依次完成以下エ作五個エ頻周期的局部放電超高頻信號的採集，採用多線程並發處理技術同步進行局部放電超高頻信號的分析與計算和原始採樣數據顯示和存儲，五個エ頻周期的鐵芯接地電流信號的採集，採用多線程並發處理技術同步進行鐵芯接地電流信號的分析與計算和原始採樣數據顯示和存儲，五個エ頻周期的局部放電超高頻信號的採集，周而復始；(2)、エ控機通過CAN通訊卡接收變壓器エ況信息，所述エ況信息為變壓器高低壓側斷路器狀態、一次側與二次側電壓值、一次側與二次側電流值，然後識別出變壓器的啟動過程、空載運行、併網過程、負載運行、加負荷過程、減負荷過程、解列過程；(3)、エ控機通過CAN通訊卡把絕緣故障信號的分析與計算結果向其他設備發送；(4)、エ控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器エ況信息，實時提供變壓器絕緣故障預警信息；(5)、エ控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器エ況信息，採用多種數據儲存機制對原始採樣數據進行儲存。所述的局部放電超高頻信號的分析與計算，包括以下幾個步驟(I)、採用無限衝擊響應高通數字濾波器來抑制傳感器耦合到的エ頻及其諧波周期性窄帶幹擾，其中的通帶邊界頻率為ΙΚΗζ，階數為2階；
(2)、對局部放電超高頻信號中的脈衝進行提取，脈衝提取的基本任務是確定脈衝的起始時間t(s)和終止時間t(e);即根據局部放電超高頻信號中脈衝上升沿和下降沿的位置，來確定脈衝的起點和終點；分別記錄下姆個脈衝的起點和終點在局部放電超高頻信號採樣序列lx(i)}中的位置，作為脈衝提取的結果，i為自然數；(3)、對提取後的脈衝進行脈衝寬度、脈衝幅值和脈衝上升沿的陡峭程度特徵計算，並與エ控機內知識庫中的各類脈衝相比較，來識別各類脈衝，各類脈衝為雷電感應脈衝、雷電衝擊脈衝、刀閘操作感應脈衝、刀閘操作衝擊脈衝、移動通訊幹擾脈衝和局部放電脈衝，再統計出各類脈衝幅值的最大值、平均值，各類脈衝的個數，作為局部放電超高頻信號的分析與計算的結果。對部放電超高頻信號中的脈衝進行提取採用現有方法。エ控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器エ況信息，實時提供變壓器絕 緣故障預警信息，包括兩項內容判斷在當前エ況下，變壓器絕緣故障信號的分析與計算結果是否超標，若超標則發出絕緣故障預警；不考慮當前エ況，直接根據變壓器絕緣故障信號的分析與計算結果簡要分析，判斷是否發出絕緣故障預警。エ控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器エ況信息，對原始採樣數據存儲採用多種數據存儲機制，包括以下幾個項預警事件存儲機制當發出絕緣故障預警信息時，觸發數據存儲，為絕緣故障預警保留證據；變エ況存儲機制當變壓器エ況出現變化時，觸發數據存儲，如當出現併網過程、解列過程、變壓器增負荷或變壓器減負荷過程時保存數據，變エ況存儲機制主要用來記錄變壓器運行特徵變化下的絕緣故障信號的原始採樣數據；變負荷存儲機制將變壓器整個負荷區間劃分若干個子區間，當變壓器在任意負荷子區間運行的時間超過某閾值時，觸發數據存儲，每天每個負荷子區間上保存的文件不超過10個；特徵信息過閾值存儲機制絕緣故障信號的分析與計算結果超過某閾值時，觸發數據存儲；特徵信息突變存儲機制當絕緣故障信號的分析與計算結果呈現突然増大或突然減小的趨勢時，觸發數據存儲；定時存儲機制根據時間定時觸發存儲，實現了絕緣預警裝置的常規信息記錄。以上所述，僅是用以說明本發明的具體實施案例而已，並非用以限定本發明的可實施範圍，舉凡本領域熟練技術人員在未脫離本發明所指示的精神與原理下所完成的一切等效改變或修飾，仍應由本發明權利要求的範圍所覆蓋。
權利要求
1.變壓器絕緣故障實時在線預警裝置，包括局部放電超高頻傳感器、局部放電超高頻信號調理器、同軸電纜、鐵芯接地電流傳感器、鐵芯接地電流信號調理器、屏蔽信號線、A/D採集卡、CAN通訊卡、工控機，A/D採集卡、CAN通訊卡分別安裝在工控機內，其特徵在於局部放電超高頻傳感器安裝在變壓器檢查孔或事故放油閥處，局部放電超高頻傳感器的輸出端通過同軸電纜與局部放電超高頻信號調理器的輸入端相連，局部放電超高頻信號調理器的輸出端通過同軸電纜與工控機內部的A/D採集卡相連；鐵芯接地電流傳感器安裝在變壓器鐵芯引出線與接地網連接處，鐵芯接地電流傳感器的輸出端通過屏蔽信號線與鐵芯接地電流信號調理器的輸入端相連，鐵芯接地電流信號調理器的輸出端通過屏蔽信號線與工控機內部的A/D採集卡相連，工控機的CAN通訊卡與CAN網絡相連。
2.根據權利要求I所述變壓器絕緣故障實時在線預警方法，其特徵在於包括以下步驟 (1)、工控機對絕緣故障信號進行連續採集和分析與計算工控機依次完成以下工作五個工頻周期的局部放電超高頻信號的採集，採用多線程並發處理技術同步進行局部放電超高頻信號的分析與計算和原始採樣數據顯示和存儲，五個工頻周期的鐵芯接地電流信號的採集，採用多線程並發處理技術同步進行鐵芯接地電流信號的分析與計算和原始採樣數據顯示和存儲，五個工頻周期的局部放電超高頻信號的採集，周而復始； (2)、工控機通過CAN通訊卡接收變壓器工況信息，所述工況信息為變壓器高低壓側斷路器狀態、一次側與二次側電壓值、一次側與二次側電流值，然後識別出變壓器的啟動過程、空載運行、併網過程、負載運行、加負荷過程、減負荷過程、解列過程； (3)、工控機通過CAN通訊卡把絕緣故障信號的分析與計算結果向其他設備發送； (4)、工控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器工況信息，實時提供變壓器絕緣故障預警信息； (5)、工控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器工況信息，採用多種數據儲存機制對原始採樣數據進行儲存。
3.根據權利要求2所述的變壓器絕緣故障實時在線預警方法，其特徵在於所述的局部放電超高頻信號的分析與計算，包括以下幾個步驟 (1)、採用無限衝擊響應高通數字濾波器來抑制傳感器耦合到的工頻及其諧波周期性窄帶幹擾，其中的通帶邊界頻率為lKHz，階數為2階； (2)、對局部放電超高頻信號中的脈衝進行提取，脈衝提取的基本任務是確定脈衝的起始時間t(s)和終止時間t(e);即根據局部放電超高頻信號中脈衝上升沿和下降沿的位置，來確定脈衝的起點和終點；分別記錄下每個脈衝的起點和終點在局部放電超高頻信號採樣序列lx(i)}中的位置，作為脈衝提取的結果，i為自然數； (3)、對提取後的脈衝進行脈衝寬度、脈衝幅值和脈衝上升沿的陡峭程度特徵計算，並與工控機內知識庫中的各類脈衝相比較，來識別各類脈衝，各類脈衝為雷電感應脈衝、雷電衝擊脈衝、刀閘操作感應脈衝、刀閘操作衝擊脈衝、移動通訊幹擾脈衝和局部放電脈衝，再統計出各類脈衝幅值的最大值、平均值，各類脈衝的個數，作為局部放電超高頻信號的分析與計算的結果。
4.根據權利要求2所述的變壓器絕緣故障實時在線預警方法，其特徵在於變壓器絕緣預警信息包括預警等級、預警機制、預警內容。
5.根據權利要求4所述的變壓器絕緣故障實時在線預警方法，其特徵在於變壓器絕緣故障預警信息等級分為異常提示和異常報警。
6.根據權利要求2所述的變壓器絕緣故障實時在線預警方法，其特徵在於工控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器工況信息，實時提供變壓器絕緣故障預警信息，包括兩項內容 判斷在當前工況下，變壓器絕緣故障信號的分析與計算結果是否超標，若超標則發出絕緣故障預警； 不考慮當前工況，直接根據變壓器絕緣故障信號的分析與計算結果簡要分析，判斷是否發出絕緣故障預警。
7.根據權利要求2所述的變壓器絕緣故障實時在線預警方法，其特徵在於工控機結合絕緣故障信號分析與計算結果和變壓器工況信息，對原始採樣數據存儲採用多種數據存儲機制，包括以下幾個項 預警事件存儲機制當發出絕緣故障預警信息時，觸發數據存儲，為絕緣故障預警保留證據； 變工況存儲機制當變壓器工況出現變化時，觸發數據存儲，如當出現併網過程、解列過程、變壓器增負荷或變壓器減負荷過程時保存數據，變工況存儲機制主要用來記錄變壓器運行特徵變化下的絕緣故障信號的原始採樣數據； 變負荷存儲機制將變壓器整個負荷區間劃分若干個子區間，當變壓器在任意負荷子區間運行的時間超過某閾值時，觸發數據存儲，每天每個負荷子區間上保存的文件不超過.10個； 特徵信息過閾值存儲機制絕緣故障信號的分析與計算結果超過某閾值時，觸發數據存儲； 特徵信息突變存儲機制當絕緣故障信號的分析與計算結果呈現突然增大或突然減小的趨勢時，觸發數據存儲； 定時存儲機制根據時間定時觸發存儲，實現了絕緣預警裝置的常規信息記錄。
全文摘要
本發明涉及變壓器絕緣故障實時在線預警裝置及預警方法，裝置為局部放電超高頻傳感器安裝在變壓器檢查孔或事故放油閥處，局部放電超高頻傳感器通過同軸電纜與局部放電超高頻信號調理器相連，局部放電超高頻信號調理器通過同軸電纜與工控機內部A/D採集卡相連；鐵芯接地電流傳感器安裝在變壓器鐵芯引出線與接地網處，鐵芯接地電流傳感器通過屏蔽信號線與鐵芯接地電流信號調理器相連，鐵芯接地電流信號調理器通過屏蔽信號線與工控機內部A/D採集卡相連，工控機CAN通訊卡與CAN網絡相連。本發明實時在線完成原始採樣數據顯示、存儲及絕緣故障信號分析與計算，結合通過CAN通訊卡獲取的變壓器工況信息，及時提供變壓器絕緣故障預警信息，故障潛伏時間小於1秒。
文檔編號G01R19/25GK102680866SQ20121015962
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者孫文星, 李朝暉 申請人:李朝暉