一種電力變壓器近區短路監測方法與流程
2023-07-25 12:44:11 3
技術領域
本發明涉及一種變壓器近區短路電流實時監測方法，屬於變壓器近區短路電流監測技術領域。
背景技術：
電力變壓器作為電網的核心設備，對電網的安全可靠運行至關重要。只有對變壓器的故障進行準確分析和判斷，才能採取及時而有效的處理措施，確保電網的正常運行和對用戶的正常供電。110kV變壓器在低壓側遭受出口短路、近區短路後，變壓器繞組會承受相當大的電流，影響其健康狀況； 每次短路電流都會對變壓器繞組形成積累效應，形成潛伏性壞損，因此變壓器近區短路是一項必要的檢測項目。而目前對於變壓器近區短路的檢測是採用測量變壓器絕緣電阻，同時綜合變壓器油色譜分析以判斷內部的過熱故障和放電性故障，並確定故障的嚴重程度和大概部位，就可能發現變壓器近區短路後故障嚴重程度，從而提出相應的反事故措施。但上述的檢測複雜，由於無法提供變壓器二次側短路電衝擊量的大小及衝擊次數， 因此不能準確為變壓器運行狀況分析及檢修提供依據。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種能對變壓器二次側短路衝擊電流進行採集、記錄和分析，能為變壓器運行狀況分析及檢修提供準確依據的電力變壓器近區短路監測方法。
本發明為達到上述目的的技術方案是：一種電力變壓器近區短路監測方法，其特徵在於：變壓器二次側的三相電流互感器上分別串接有三相無感電阻，三相無感電阻將採集的模擬信號經信號隔離放大器進行隔離放大，經過低通濾波器濾除模擬信號中的高頻分量以及絕對值轉換單元轉換，通過由第一處理器控制的量程自適應單元根據輸入模擬信號的波形幅度進行自動量程切換，將採集的模擬信號放大後送至A/D採樣單元內，A/D採樣單元對連續採集模擬信號轉換成數位訊號後輸至第一處理器，第一處理器對讀取的電流採樣數據進行運算，篩選並獲取波形的電流有效值及電流突變量的故障瞬時值，將電流有效值及電流突變量的故障瞬時值作為數據記錄觸發的特徵量，在滿足上述任何一個特徵量時為故障發生的時刻，將故障發生時刻的故障數據緩存於雙埠存儲器，第二處理器接收雙埠存儲器的故障數據並通過網絡接口與上位機通迅，上位機接收故障數據並繪製波形對變壓器近區短路電流進行實時監測，同時第二處理器對接收的故障數據進行統計並儲存到大容量的存儲器。
所述電流有效值為1ms-20ms時間間隔、且負荷電流在0.1A～5A的電流值。
所述電流突變量的故障瞬時值為持續時間在100ms至1s之間的負荷電流大於50A的電流值。
第二處理器對對運行期間發生事件電流最大值、電流衝擊量的大小及衝擊次數和衝擊時間故障數據進行統計，可通過大容量的存儲器與上位機管理系統進行數據交互，將變壓器二次側短路衝擊電流的最大值、電流衝擊量的大小及衝擊次數提供給變壓器運行狀態評估使用。
本發明通過連接在變壓器二次側的各相電流互感器上的三相無感電阻為測量元件，因此能對流過變壓器繞組的電流實時監測，且無感電阻對電流互感器二次迴路沒有影響，通過隔離放大器對無感電阻上的模擬信號進行隔離放大，再經過低通濾波器濾除信號中的高頻分量，通過絕對值轉換單元將交流轉換為直流，通過量程自適應單元能根據輸入信號的幅度自動切換量程，將採集信號放大並送至A/D採樣單元進行採樣，第一處理器對定時獲取的數據進行運算的篩選，獲取波形的有效值和故障瞬時值，且將電流有效值及電流突變量的故障瞬時值作為數據記錄觸發的兩個特徵量，當任何一個特徵量可確定故障發生的時刻，將故障發生時刻的故障數據緩存於雙埠存儲器，能對發生的電流突變事件記錄波形、有效值以及發生時間等故障數據，篩選並記錄有用的電流數據，既能達到響應迅速，並可對趨穩後的短路電流進行捕捉，具有較好的穩態和暫態性能，本發明在採集變壓器二次側正常及故障情況下電流波形的實時數據，將故障數據緩存於雙埠存儲器，第二處理器接收雙埠存儲器的故障數據經網絡接口接上位機，通過上位機接收故障數據並繪製波形對變壓器近區短路電流進行實時監測，使得對短路電流的監測更加直觀方便，同時通過第二處理器統計故障數據，對運行期間發生事件電流最大值、電流衝擊量的大小及衝擊次數和衝擊時間等故障數據進行統計，為變壓器狀態檢修決策系統提供了有力的數據依據和支持。本發明通過第一處理器對採樣數據進行運算和篩選，通過第二處理器對故障數據進行統計和通訊，監測系統運行穩定，工作可靠性好，集成度高，能滿足現場使用需求。
附圖說明
圖1為本發明變壓器近區短路電流實時監測裝置接在變壓器上的結構框圖。
圖2是本發明變壓器近區短路電流實時監測裝置的結構框圖。
具體實施方式
見圖1、2所示，本發明的電力變壓器近區短路監測方法，變壓器二次側的三相電流互感器上分別串接有三相無感電阻，三相無感電阻將採集的模擬信號經信號隔離放大器進行隔離放大，經過低通濾波器濾除模擬信號中的高頻分量和絕對值轉換單元轉換，將交流電轉換為直流電，通過由第一處理器控制的量程自適應單元根據輸入模擬信號的波形幅度進行自動量程切換，將模擬信號放大至一個合適的範圍內，將採集的模擬信號放大後送至A/D採樣單元內，A/D採樣單元對連續採集模擬信號轉換成數位訊號後輸至第一處理器，第一處理器對讀取的電流採樣數據進行運算，可採用對信號進行分析和處理時最常用的工具之一的快速傅立葉變換運算，篩選並獲取波形的電流有效值及電流突變量的故障瞬時值，將電流有效值及電流突變量的故障瞬時值作為數據記錄觸發的特徵量，滿足任何一個特徵量確定故障發生的時刻，將故障發生時刻的故障數據緩存於雙埠存儲器，電流有效值為1ms-20ms時間間隔、且負荷電流在0.1A～5A的電流值，而電流突變量的故障瞬時值為持續時間在100ms至1s之間的負荷電流大於5A～50A的電流值，對發生的電流突變事件記錄波形、有效值以及發生時間故障數據，第二處理器接收雙埠存儲器的故障數據並通過網絡接口與上位機通迅，上位機接收故障數據並繪製波形對變壓器近區短路電流進行實時監測，同時第二處理器對接收的故障數據進行統計並儲存到大容量的存儲器，第二處理器對對運行期間發生事件電流最大值、電流衝擊量的大小及衝擊次數和衝擊時間故障數據進行統計，可通過大容量的存儲器與上位機管理系統進行數據交互，將變壓器二次側短路衝擊電流的最大值、電流衝擊量的大小及衝擊次數提供給變壓器運行狀態評估使用，為變壓器狀態檢修決策系統提供了有力的數據依據和支持。
見圖1、2所示，本發明變壓器近區短路電流實時監測裝置，包括三相無感電阻、信號採集單元、中央處理單元以及通訊單元和上位機，該無感電阻採用四引線結構的無感電阻，不僅體積小，阻值可選，信號處理電路簡單，測量精度高，對電流互感器二次迴路沒有影響，適用於二次迴路改造特點。本發明的信號採集單元包括依次連接的信號隔離放大器、低通濾波器、絕對值轉換單元以及量程自適應單元和A/D採集單元，分別串接在變壓器二次側的三相電流互感器上的三相無感電阻接信號隔離放大器的輸入端，通過三相無感電阻將取樣電流互感器迴路的電流，本發明的隔離放大器可採用ISO系列隔離放大器，對無感電阻上的模擬信號進行隔離放大，本發明的低通濾波器可採用RC低通濾波器，經過低通濾波器濾除信號中的高頻分量，絕對值轉換單元可採用絕對值轉換器將交流轉換為直流，並通過第一處理器內的複雜可編程邏輯器件CPLD的控制下進行自適應量程切換，將信號放大至一個合適的範圍內送至A/D採樣單元採樣，A/D採樣單元可選DTE3216採集板，具有16位100KHz採樣率的A/D轉換器，對正常負荷電流波形及故障電流波形高速率採樣。
見圖1、2所示，本發明的中央處理單元包括用於對信號採集運算和篩選的第一處理器、雙埠存儲器和用於對數據統計和通訊的第二處理器，雙埠存儲器通過數據總線分別與第一處理器和第二處理器連接，雙埠存儲器可採用IDT70V9289，第一處理器採用DSP處理器，DSP處理器可選用TMS320F2812，TMS320F2812是美國TI 公司推出的C2000 平臺上的定點32 位DSP 晶片，其運行時鐘可高達150MHz，處理性能可達150MIPS，對於128點32位實數的FFT算法（Q30），執行時間只需6763個指令周期，運算速度性能優越，第二處理器採用ARM處理器，ARM處理器可採用Phillips的LPC2220微處理器，LPC2220微控制器是一個支持實時仿真和嵌入跟蹤的32/16位ARM7TDMI-S CPU，144腳封裝、極低的功耗、多個32位定時器、8路10位ADC、PWM輸出以及多達9個外部中斷管腳，有小型、快速、低能耗、集成式RISC內核等特點。本發明A/D採集單元的輸出端接第一處理器的輸入端，第一處理器對讀取的電流採樣數據進行快速傅立葉變換即FFT運算，以電流突變量作為數據記錄觸發的特徵量及以電流有效值作為數據記錄觸發的特徵量，通過兩個特徵量來確定故障發生的時刻進行短路判別，篩選獲取波形的電流有效值及電流突變量的故障瞬時值，將篩選出的故障數據緩存至雙埠存儲器再送到第二處理器。本發明的通訊單元包括網絡接口和通訊埠，第二處理器與網絡接口和通訊埠連接，網絡接口與上位機連接通訊，最終波形通過網絡接口傳至上位機並繪製波形，直接對短路電流進行監測，該網絡接口可採用乙太網口，第二處理器通過通訊埠與大容量存儲器連接，本發明的乙太網口採用DM9000AE晶片，該晶片體積小，具有AUTO-Midx(支持直接互連自動翻轉)TCP/IP加速功能，其讀寫時間為20nsl/o，能減輕第二處理器的負擔,有效提高整個裝置的效能。本發明通訊埠與大容量存儲器連接，第二處理器對接收的故障數據進行統計並儲存到大容量的存儲器，第二處理器對運行期間發生事件電流最大值、次數故障數據進行統計，通過大容量的存儲器實現本地數據的交換，或與上位機管理系統進行數據交互。