一種具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，主要包括變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備等7個(gè)部分。該系統(tǒng)能夠?qū)ψ儔浩髫?fù)載增加后溫度的變化趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地得知變壓器的線圈溫度并預(yù)測(cè)其溫度變化趨勢(shì)，經(jīng)充分利用變壓器設(shè)備可測(cè)負(fù)載增容后的溫度影響，在不損壞變壓器設(shè)備絕緣性能的情況下為電網(wǎng)系統(tǒng)高峰時(shí)段過負(fù)載運(yùn)行的可行性提供評(píng)估手段。
【專利說明】一種具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能電網(wǎng)中變壓器設(shè)備狀態(tài)評(píng)估的研究與應(yīng)用，特別是涉及一種變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]已有的變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)方法是在變壓器本體油箱內(nèi)頂部安裝溫度計(jì)，并通過測(cè)量變壓器油在不同溫度下的電阻率換算出繞組的溫度數(shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)是經(jīng)模擬得出繞組溫度的值，模擬計(jì)算得到的繞組溫度指示器數(shù)據(jù)與真實(shí)繞組溫度存在偏差，其準(zhǔn)確性差，且時(shí)效性也差。相關(guān)分析數(shù)據(jù)顯示傳統(tǒng)測(cè)量變壓器油溫推斷熱點(diǎn)溫度與實(shí)際熱點(diǎn)溫度的改變存在約4至5小時(shí)的滯后。同時(shí)，已有技術(shù)的測(cè)量值無法監(jiān)測(cè)分析變壓器負(fù)載增加后溫度的變化趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，它能夠?qū)ψ儔浩髫?fù)載增加后溫度的變化趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使變壓器在輸送容[W用I]量的經(jīng)濟(jì)性與絕緣壽命之間達(dá)到最佳配合。
[0004]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的:
一種具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，包括變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備、變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)、變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變壓器繞組溫度計(jì)算模塊和變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊，其中，
[W用2]述變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸出端分別與變壓器繞組溫度計(jì)算模塊的信號(hào)輸入端連接；變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備的信號(hào)輸出和入端與變壓器繞組溫度計(jì)算模塊信號(hào)輸入和出端雙向連接；變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)的信號(hào)輸出和入端及變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸出和入端，分別與變壓器繞組溫度計(jì)算模塊的信號(hào)輸入和出端雙向連接；變壓器繞組溫度計(jì)算模塊的信號(hào)輸出端還與變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊的信號(hào)輸入端連接。
[0005]所述變壓器繞組溫度計(jì)算模塊包括采用專用數(shù)字信號(hào)處理芯片，芯片型號(hào)為TMSC6000系列數(shù)字信號(hào)處理芯片。
[0006]所述變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括采用光纖光柵溫度傳感器。
[0007]所述變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備包括采用零磁通小電流傳感器。
[0008]變壓器繞組溫度計(jì)算模塊采用專用數(shù)字信號(hào)處理芯片主要進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與繞組溫度預(yù)測(cè)計(jì)算。
[0009]所述變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用光纖光柵溫度傳感器對(duì)變壓器繞組溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。[0010]所述變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備通過零磁通小電流傳感器對(duì)變壓器套管側(cè)電流互感器所測(cè)的負(fù)載電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行采樣輸入計(jì)算模塊。
[0011]所述變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由站內(nèi)氣象站或站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中直接獲取數(shù)字量信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)字信號(hào)處理計(jì)算模塊中。
[0012]所述變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)將設(shè)備參數(shù)直接保存至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡中，并提供給數(shù)字信號(hào)器處理計(jì)算；變壓器繞組溫度計(jì)算模塊初步計(jì)算后從變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提取結(jié)果進(jìn)行比較進(jìn)行模型優(yōu)化；變壓器繞組溫度計(jì)算模塊優(yōu)化后將結(jié)果輸出到變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊中儲(chǔ)存。
[0013]本發(fā)明主要通過變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備、變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)、變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、變壓器繞組溫度計(jì)算模塊和變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊構(gòu)成的具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，能夠?qū)ψ儔浩髫?fù)載增加后溫度的變化趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地得知變壓器的線圈溫度并預(yù)測(cè)其溫度變化趨勢(shì)，經(jīng)充分利用變壓器設(shè)備可測(cè)負(fù)載增容后的溫度影響，在不損壞變壓器設(shè)備絕緣性能的情況下為電網(wǎng)系統(tǒng)高峰時(shí)段過負(fù)載運(yùn)行的可行性提供評(píng)估手段。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于:
1、綜合考慮在線監(jiān)測(cè)、環(huán)境、工況，真實(shí)地還原繞組溫度，計(jì)算可靠性高；
2、通過計(jì)算與監(jiān)測(cè)值的自適應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)率的功能，不斷修正評(píng)估算法提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]圖1所示，是本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)框圖。從圖中可知，本發(fā)明為具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，它包括變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1、變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2、變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備3、變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)4、變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5、變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6以及變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊7。本發(fā)明的工作原理和過程是:接通電源，開啟變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1、變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備3和變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5，將變壓器的相關(guān)設(shè)備參數(shù)信息保存至以數(shù)字信號(hào)處理的變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)4的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡中，并供其它模塊提取。經(jīng)檢查各實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后啟動(dòng)變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6，變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6根據(jù)數(shù)據(jù)處理需求啟動(dòng)各路監(jiān)測(cè)裝置和系統(tǒng)中的AD轉(zhuǎn)化模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采樣；同時(shí)開啟網(wǎng)絡(luò)通信模塊接收站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供的變電站環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。以數(shù)字信號(hào)處理繞組溫度的變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6初步計(jì)算出一個(gè)存放在內(nèi)部的繞組溫度計(jì)算值；變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6又訪問變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5，將變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5實(shí)測(cè)到的繞組溫度和計(jì)算繞組溫度對(duì)比，修正繞組溫度計(jì)算算法；再將優(yōu)化后的繞組溫度計(jì)算基于Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法,用于計(jì)算增大負(fù)載后的繞組溫度評(píng)估,預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果展示出來供技術(shù)人員參考；同時(shí)將預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果存儲(chǔ)于變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊7中并用以之后在相同工況、環(huán)境及監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)下的計(jì)算值對(duì)比參考。這種方法可優(yōu)化系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)率的處理效果，提升系統(tǒng)計(jì)算效率及準(zhǔn)確性。
[0016]所述的變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6采用具有程序和數(shù)據(jù)分開的總線結(jié)構(gòu)、流水線操作與單周期運(yùn)算功能，包括包括只讀內(nèi)存(ROM)、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、等待狀態(tài)發(fā)生器(WSGR)、并行I/O接口、串行I/O接口和硬件定時(shí)器電路的MSC6000系列數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與繞組溫度預(yù)測(cè)計(jì)算。
[0017]所述的變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)I和變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5主要采用光纖光柵溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其中，變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由光纖光柵傳感器、傳輸信號(hào)用的光纖和光纖光柵解調(diào)器組成；光纖光柵解調(diào)器用于對(duì)光纖光柵傳感器的信號(hào)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理，以獲得測(cè)量結(jié)果，傳輸光纖用于傳輸光信號(hào)，光纖光柵傳感器則主要用于反射隨溫度變化中心波長(zhǎng)的窄帶光，進(jìn)而以監(jiān)測(cè)溫度變化；光纖光柵溫度傳感器是利用光纖材料的光敏性在光纖纖芯形成的空間相位光柵來進(jìn)行測(cè)溫的；光纖光柵以波長(zhǎng)為編碼，具有傳統(tǒng)傳感器不可比擬的優(yōu)勢(shì)，近年來光纖光柵成為發(fā)展最為迅速，最具代表性的光纖無源器件之一。
[0018]所述的變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備3主要采用零磁通小電流傳感器對(duì)變壓器套管側(cè)電流互感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行采樣輸入計(jì)算模塊，其中，零磁通小電流傳感器安裝于套管本體底部，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其電流互感器所測(cè)量的電流信號(hào)；電流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)先由AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，再由光纜傳輸至變壓器繞組溫度計(jì)算模塊。
[0019]所述的變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2主要采用溫度傳感器作為變電站環(huán)境溫度檢測(cè)方式，溫度傳感器輸出4-20mA電流信號(hào)，通過模擬量采集模塊傳輸至變電站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2由站內(nèi)氣象站或變電站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中直接獲取數(shù)字量信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6中。
[0020]所述的變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)4提取系統(tǒng)由變電站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中直接獲取變壓器設(shè)備參數(shù)，設(shè)備參數(shù)包括變壓器電壓等級(jí)、額定電流等。
[0021]由于變壓器繞組的發(fā)熱是由變壓器的負(fù)載損耗產(chǎn)生的，由負(fù)載損耗P=I2r公式可知，繞組的發(fā)熱是和變壓器電流的平方成正比的。由于變壓器繞組是浸在絕緣油中的，因此，在油溫的基礎(chǔ)上再疊加一個(gè)通以變壓器二次電流的電熱元件的溫度即可間接測(cè)量變壓器的繞組溫度。
[0022]變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5包括油溫表、電流匹配元件、電熱元件。變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5是在一個(gè)油溫表的基礎(chǔ)上，配置一套電流匹配元件和一套電熱元件。油溫表的傳感器溫包內(nèi)置于變壓器油箱頂層的油孔內(nèi)。當(dāng)變壓器運(yùn)行時(shí)通過電流互感器輸出的與負(fù)荷成正比的電流，經(jīng)電流匹配元件調(diào)整后流至電熱元件，并使電熱元件發(fā)熱。電熱元件所產(chǎn)生的熱量，使彈性元件的位移量增大。由于彈性元件的位移量是由變壓器頂層油溫和變壓器負(fù)荷電流決定的，因此流經(jīng)電熱元件的電流(匹配器的二次電流)所產(chǎn)生的溫度指示增量，近似等于變壓器被測(cè)繞組對(duì)油的溫升。這樣，變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)溫度即是變壓器頂層油溫與繞組對(duì)油的溫升之和，它反映了被測(cè)變壓器繞組的溫度。
[0023]變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊7主要用于儲(chǔ)存變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6的計(jì)算結(jié)果。[0024]變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)4直接保存至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡中提供數(shù)字信號(hào)處理計(jì)算。變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6初步計(jì)算后從變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5提取結(jié)果進(jìn)行比較進(jìn)行模型優(yōu)化；變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6優(yōu)化后將結(jié)果輸出到變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊7中儲(chǔ)存；模塊7其可輸出溫度預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果供技術(shù)人員參考；同時(shí)將結(jié)果存儲(chǔ)，用以之后在相同工況、環(huán)境及監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)下的計(jì)算值對(duì)比參考。
[0025]以上的變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1、變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2、變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備3、變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)4、變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5、變壓器繞組溫度計(jì)算模塊6以及變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊7均為現(xiàn)有技術(shù)，或?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和需要而易設(shè)計(jì)和做出。
【權(quán)利要求】
1.一種具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，包括變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(I)、變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(2)、變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備(3)、變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)(4)、變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(5)、變壓器繞組溫度計(jì)算模塊(6)和變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊(7)，其中， [W用I]述變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸出端分別與變壓器繞組溫度計(jì)算模塊的信號(hào)輸入端連接；變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備的信號(hào)輸出和入端與變壓器繞組溫度計(jì)算模塊信號(hào)輸入和出端雙向連接；變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)的信號(hào)輸出和入端及變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸出和入端，分別與變壓器繞組溫度計(jì)算模塊的信號(hào)輸入和出端雙向連接；變壓器繞組溫度計(jì)算模塊的信號(hào)輸出端還與變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊的信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于: 所述變壓器頂層油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(I)和變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(5)均采用包括光纖光柵溫度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于: 所述變壓器負(fù)載電流監(jiān)測(cè)設(shè)備(3)采用包括零磁通小電流傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于: 所述變壓器繞組溫度計(jì)算模塊(6)采用MSC6000系列數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與繞組溫度預(yù)測(cè)計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于: 所述的變電站環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(2)由站內(nèi)氣象站或站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中直接獲取數(shù)字量信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至變壓器繞組溫度計(jì)算模塊(6)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于: 所述的變壓器設(shè)備參數(shù)提取系統(tǒng)(4)提取系統(tǒng)由變電站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中直接獲取變壓器設(shè)備參數(shù)，設(shè)備參數(shù)包括變壓器電壓等級(jí)和額定電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備自適應(yīng)功能的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度預(yù)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于: 變壓器繞組溫度計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存模塊(7)主要用于儲(chǔ)存變壓器繞組溫度計(jì)算模塊(6)的計(jì)算結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G01K7/00GK103698033SQ201310691108
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】郭麗娟, 鄧雨榮, 鄔蓉蓉, 張煒, 陶松梅, 吳秋麗, 呂澤承, 梁俊斌 申請(qǐng)人:廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院