一種監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)，其包括ECU單元，儲存器單元，三個檢測模塊以及報警及顯示單元，其特征在于，所述三個檢測模塊包括組分濃度檢測模塊，烴含量檢測模塊，產(chǎn)氣速率檢測模塊；其中組分濃度檢測模塊，烴含量檢測模塊，產(chǎn)氣速率檢測模塊分別與ECU單元連接，接受ECU單元的控制指令以及向ECU單元反饋相關(guān)信號，儲存器單元與ECU單元連接，報警及顯示單元負責將ECU單元輸出的報警信號進行外部顯示處理。本發(fā)明采取了初級濃度報警操作和報警分級操作兩級判斷過程，可以最大程度上避免因多重因素影響而產(chǎn)生的測量不精確或不穩(wěn)定，能夠準確地分級別報警，提示操作人員進行相應(yīng)維修等活動。
【專利說明】
一種監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)，屬于輸電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電力變壓器正朝著超高壓，大容量的方向發(fā)展，電 力網(wǎng)也正組織成龐大的區(qū)域性甚至跨區(qū)域的大電網(wǎng)，一個西電東送、南北互供、全國連網(wǎng)的 電網(wǎng)格局正在形成。隨著電力設(shè)備容量的增大和電網(wǎng)規(guī)模的擴大，對電力系統(tǒng)的安全運行 和供電可靠性提出了更高的要求，近年發(fā)生的各國大停電事故也為我國電力系統(tǒng)敲響了警 鐘。變壓器在電力系統(tǒng)中的地位舉足輕重，是電力系統(tǒng)中最重要和最昂貴的電氣設(shè)備之一， 其運行的安全可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。因此，提高變壓器特別是大型電 力變壓器運行的可靠性對整個電網(wǎng)的安全可靠運行具有十分重要的意義。變壓器油中溶解 氣體分析(DGA)技術(shù)一直被認為是診斷電力變壓器早期故障的有效手段。它能夠及時發(fā)現(xiàn) 變壓器內(nèi)部存在的絕緣故障，有利于促進由定期維修方式向狀態(tài)維修方式的過渡，因而受 到了廣泛的應(yīng)用。DGA技術(shù)的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產(chǎn)生速率隨溫度而變 化，在特定溫度下，往往有某一氣體的產(chǎn)氣率出現(xiàn)最大值，隨著溫度升高，產(chǎn)氣率最大的氣 體依次為 CH4，C2H6，C2H4，C2H2，H2，CO，C02。
[0003]由于變壓器油具有優(yōu)良的散熱和絕緣性能，因此油浸式電力變壓器在電力系統(tǒng)中 得到廣泛的引用。在正常的運行過程中，變壓器會在機械應(yīng)力以及熱、電等各種因素的影響 下慢慢老化，并生成一些可燃性氣體。如果變壓器存在內(nèi)部潛伏性故障，故障部位釋放出的 能量會加速絕緣材料的裂解，促使油中溶解氣體的含量以及產(chǎn)氣速率大大提高。通過獲取 變壓器油樣本，采用氣相色譜的方法就可以獲取油中溶解氣體各組分的含量，從而對變壓 器的健康狀況做出評估或者對存在異常的變壓器進行故障情況的分析。因此，變壓器油中 溶解氣體分析對油浸式變壓器故障診斷有著重要的意義。
[0004] 作為DGA技術(shù)之一的三比值法在工程實際中發(fā)揮了一定的作用，但是由于比值編 碼有限，故障類型也只是被劃分成一些經(jīng)典類型，無法涵蓋實際運行中的所有故障類型，編 碼組合與故障種類之間的映射關(guān)系存在模糊性，簡單的一對一的映射不能全面客觀的體現(xiàn) 出征兆與故障之間的復(fù)雜藕合關(guān)系，也存在一些由于各種因素可能造成的氣體含量的不精 確，進而對故障類型形成誤判。同時目前的三比值法主要是對故障類型做出判斷，由于故障 類型判斷比較粗略，并未深刻揭示故障部位及故障嚴重程度，因此決策制定者很難通過三 比值法診斷結(jié)果就確定完整的檢修策略。
[0005] 因此有必要對目前采用的DGA技術(shù)進行改進以提高診斷電力變壓器故障的精度和 穩(wěn)定性，避免發(fā)生誤判操作產(chǎn)生不良影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)， 該報警系統(tǒng)可以最大程度上避免因多重因素影響而產(chǎn)生的測量不精確或不穩(wěn)定，能夠準確 地分級別報警，提示操作人員進行相應(yīng)維修等活動。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為，為了避免測量產(chǎn)生的誤操作，最大程度地 保證判斷報警精度，本發(fā)明的監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)采取了初級濃度報警操 作和報警分級操作兩級判斷過程，采用的技術(shù)手段為： 方案1、一種監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)，其包括ECU單元，儲存器單元，三個 檢測模塊以及報警及顯示單元，其特征在于，所述三個檢測模塊包括組分濃度檢測模塊，烴 含量檢測模塊，產(chǎn)氣速率檢測模塊;其中組分濃度檢測模塊，烴含量檢測模塊，產(chǎn)氣速率檢 測模塊分別與ECU單元連接，接受ECU單元的控制指令以及向ECU單元反饋相關(guān)信號，儲存器 單元與ECU單元連接，報警及顯示單元負責將ECU單元輸出的報警信號進行外部顯示處理； 其中所述組分濃度檢測模塊能夠循環(huán)檢測每個氣體組分的濃度，并將每個檢測濃度值Di與 該氣體組分所對應(yīng)的極限值DiO進行依次比較，一旦得到該氣體組分檢測的濃度超出極限 值，則進行計數(shù)器N的計數(shù)操作，一旦計數(shù)器N等于或超過K時，則表示有K組氣體組分超出了 極限值，則進行啟動報警分級操作。
[0008] 方案2、根據(jù)方案1的監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)，其特征在于，每個氣體 各組分包括 H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2，總烴。
[0009] 方案3、根據(jù)方案1的監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)，其特征在于，通常情況 下，K可設(shè)置為K<6,優(yōu)選為3。
[0010] 方案4、根據(jù)方案1的監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)，其特征在于，所述烴含 量檢測模塊和產(chǎn)氣速率檢測模塊分別檢測出變壓器總烴含量C以及總烴絕對產(chǎn)氣速率V， C0，C1分別代表變壓器總經(jīng)含量第一閾值和第二閾值，VO，VI，V2分別代表總經(jīng)絕對產(chǎn)氣速 率第一閾值、第二閾值和第三閾值，通過對比變壓器總烴含量C以及總烴絕對產(chǎn)氣速率V與 上述多個閾值之間的數(shù)值關(guān)系判斷出不同的報警等級，其中C0和V0選擇為經(jīng)驗值，Cl = 2~ 3C0，VI = 1 ~2V0 或V2 = 3~4V0。
[0011]經(jīng)研究發(fā)明，采用了上述技術(shù)手段，改變了現(xiàn)有變壓器報警系統(tǒng)的單層次判斷，提 高變壓器異常狀態(tài)判斷的準確性;優(yōu)化了變壓器故障報警系統(tǒng)，減少了由于各種原因?qū)е?的誤判誤操作的幾率，保證了輸出報警狀態(tài)的準確性，同時也通過二次檢測判斷的方法實 現(xiàn)了對中級故障報警的進一步分類，增強了報警系統(tǒng)的應(yīng)用性和可靠性。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的輸電變壓器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的報警系統(tǒng)的系統(tǒng)簡圖； 圖3為本發(fā)明的報警系統(tǒng)的實施步驟流程簡圖。
【具體實施方式】
[0013] 如圖1所示，本發(fā)明的油浸式輸電變壓器結(jié)構(gòu)示意圖，該變壓器包括覆蓋整個變壓 器的變壓器殼體1，連接到變壓器殼體1上的絕緣油箱2,變壓器襯墊3,以及輸電變壓器的主 要功能件繞組線圈4和鐵芯5,檢測裝置6和測溫計7位于變壓器殼體1上方邊緣處，用于進行 相關(guān)控制數(shù)據(jù)的檢測，位于絕緣油箱2內(nèi)的絕緣油10以及空氣層11。該變壓器在運行過程中 會受到機械應(yīng)力、溫度、強電場以及水分、氧氣等各種因素的影響，絕緣油會在這些因素的 作用下發(fā)生碳化、裂解以及氧化等各種化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣、低分子烴類化合物、油泥、某些 氧化物以及碳氫聚合物(X蠟），這就是變壓器絕緣油劣化與老化現(xiàn)象。在正常情況下，絕緣 油只生成很少量的一些氣體，這些氣體的含量也通常會保持在國標規(guī)定值以內(nèi)。一旦變壓 器發(fā)生內(nèi)部潛伏性故障，故障點釋放的能量會加速絕緣油分解產(chǎn)氣，可能導(dǎo)致氣體濃度超 過臨界值。而變壓器油中溶解氣體的來源非常復(fù)雜，變壓器在正常運行條件下也會在電、熱 應(yīng)力的作用下生成少量氣體，當變壓器發(fā)生內(nèi)部潛伏性故障時，故障點釋放的能量會加速 絕緣材料的分解產(chǎn)氣，可能導(dǎo)致氣體濃度超過極限值，因此可以通過氣體的濃度來大致判 斷變壓器狀態(tài)是否正常。規(guī)定變壓器油中溶解氣體濃度極限值如表所示。
[0014] 表變壓器油中氣體組分濃度極限值(uL/L)
如圖2所示，本發(fā)明的監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)包括ECU單元，儲存器單元， 三個檢測模塊以及報警及顯示單元，所述三個檢測模塊包括組分濃度檢測模塊，烴含量檢 測模塊，產(chǎn)氣速率檢測模塊。其中組分濃度檢測模塊，烴含量檢測模塊，產(chǎn)氣速率檢測模塊 與ECU單元連接，接受ECU單元的控制指令以及向ECU單元反饋各種信號，儲存器單元與ECU 單元連接，通常也成為ECU的組成部分，報警及顯示單元負責將ECU單元輸出的報警信號進 行外部顯示處理。
[0015] 在利用油中溶解氣體濃度來判斷變壓器是否異常的過程中，通常需要將油中氣體 各組分的濃度與所推薦油中溶解氣濃度的極限值進行比較，如果任意氣體濃度超標就應(yīng)當 引起密切關(guān)注。但是僅僅依靠氣體濃度值并不能完全準確判定設(shè)備是否存在故障，因為某 些非故障因素也可能導(dǎo)致油中溶解氣體含量增加，甚至超過導(dǎo)則所推薦的氣體濃度極限 值。在初級濃度報警操作中，所述組分濃度檢測模塊能夠循環(huán)檢測每個氣體各組分(H2， CH4，C2H4，C2H6，C2H2，總烴）的濃度，并將每個濃度值Di與該氣體組分所對應(yīng)的極限值DiO (D10，D20，D30，D40，D50，D60)進行依次比較，一旦得到該氣體組分檢測的濃度超出極限值， 則進行計數(shù)器N的計數(shù)操作，一旦計數(shù)器N等于或超過K(通常情況下，N，K可設(shè)置，KS6,優(yōu)選 為3)時，則表示有K組氣體組分超出了極限值，則進行啟動報警分級操作，假如測量完成六 組濃度后計數(shù)器未達到K值，則計數(shù)器可處于等待模式或清零等待下次檢測指令發(fā)出。如此 一來，通過多次檢測判斷，保證了輸出報警狀態(tài)的準確性，避免了由于某一氣體組分檢測失 誤而導(dǎo)致的誤報警。需要說明的是，上述檢測組分類型可以依情況選擇，可以為三種、四種 或五種等。
[0016] 經(jīng)過長期的運行經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，變壓器故障通常是以潛伏性低能量故障開始，若任由 故障自由發(fā)展，最終可能導(dǎo)致變壓器嚴重事故的發(fā)生，由于氣體濃度只能從一個側(cè)面反映 變壓器當前的運行狀態(tài)，而產(chǎn)氣速率也從一定程度上反映出故障的嚴重程度，在本發(fā)明的 報警分級操作過程中，正是結(jié)合氣體濃度以及產(chǎn)氣速率對變壓器狀態(tài)進行全面客觀的檢測 評估。所述烴含量檢測模塊和產(chǎn)氣速率檢測模塊分別檢測出變壓器總烴含量C以及總烴絕 對產(chǎn)氣速率V，C0，C1分別代表變壓器總烴含量第一閾值和第二閾值，V0，V1，V2分別代表總 烴絕對產(chǎn)氣速率第一閾值、第二閾值和第三閾值，通過對比變壓器總烴含量C以及總烴絕對 產(chǎn)氣速率V與上述閾值之間的數(shù)值關(guān)系判斷出不同的報警等級，這些報警等級分為輕微故 障，中等故障及嚴重故障，同時在研究過程中發(fā)現(xiàn)，為了細化故障等級，中級故障又可以分 為穩(wěn)定的中級故障和持續(xù)惡化的中級故障，中級故障的報警也比較容易出現(xiàn)檢測上的誤判 斷和準確度的降低，因此，本發(fā)明的報警系統(tǒng)通過二次檢測判斷的方法實現(xiàn)了對中級故障 報警準確性的提高。
[0017] 具體而言，如圖3所示顯示出本發(fā)明的報警系統(tǒng)的實施步驟流程簡圖， 首先啟動報警系統(tǒng)，設(shè)置i值、K值以及計數(shù)器N清零，其中i，K均為整數(shù)，i = l，K<6,優(yōu) 選為3，在組分濃度檢測模塊中循環(huán)檢測每個氣體各組分(H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2，總烴） 的濃度得到各個濃度值01(01，02,03,04,05,06)，且依次判斷各個氣體組分的濃度值是否 超出了各自的極限值0丨0(010,020,030,040,050,060)，一旦對應(yīng)的氣體組分超出極限值， 則進行計數(shù)器N的加1操作，當計數(shù)器N大于等于K時，即超出極限值的氣體組分數(shù)量超過K 時，表明報警系統(tǒng)的初級濃度報警操作已經(jīng)完成，則啟動進入報警分級操作； 在所述烴含量檢測模塊和產(chǎn)氣速率檢測模塊分別檢測出變壓器總烴含量C以及總烴絕 對產(chǎn)氣速率V，將總烴含量C和絕對產(chǎn)氣速率V與總烴含量第一閾值和第二閾值C0，C1，總烴 絕對產(chǎn)氣速率第一閾值、第二閾值和第三閾值VO，VI，V2進行比較，分別判斷總烴含量C和絕 對產(chǎn)氣速率V所處的區(qū)間范圍，判斷得出相應(yīng)的故障等級報警。
[0018] 其中需要說明的是，CO，Cl，VO，VI，V2的具體選擇可以由經(jīng)驗值獲得，也可以將C0 和V0選擇為經(jīng)驗值，C1 = 2~3C0，VI = 1~2V0或V2 = 3~4V0。
[0019] 根據(jù)下述標準進行具體的預(yù)警分級操作判斷， 1) .當滿足(：<〇)且￥<￥0時，表示變壓器正常，則報警等級為正常狀態(tài)； 2) .當滿足〇)<(：<(：1且￥<￥0時，表示變壓器存在潛伏性故障，且故障發(fā)展緩慢，影響 較為輕微，則報警等級為輕微故障； 3) .當滿足C0<C<C1且V0<V<V1時，表示變壓器有可能存在明顯故障，此時需要進行 二次檢測總烴含量C'和絕對產(chǎn)氣速率V'進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間， 延遲一定t時間再進行二次檢測是為了增大檢測的時間跨度，保證檢測時不會受到其他因 素的影響以提高精度，假如仍然滿足C0<C' <C1且V0<V' <VI，此時表明存在較為穩(wěn)定的 中等故障，則報警等級為中等故障(穩(wěn)定）； 4) .當滿足C0<C<C1且V1<V<V2時，表示變壓器有可能存在明顯故障，此時需要進行 二次檢測總烴含量C'和絕對產(chǎn)氣速率V'進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間。 假如仍然滿足C0<C'<C1且V1<V'<V2,此時表明存在較為迅速惡化的中等故障，則報警 等級為中等故障(惡化）； 5) .當滿足C1<C且￥2<￥時，表示變壓器存在嚴重故障，且故障發(fā)展迅速惡化，影響較 為嚴重，則報警等級為嚴重故障。
[0020] 如上所述，本發(fā)明的報警系統(tǒng)通過初級濃度檢測實現(xiàn)預(yù)報警以及結(jié)合氣體濃度以 及產(chǎn)氣速率的報警分級操作，優(yōu)化了變壓器故障報警系統(tǒng)，減少了由于各種原因?qū)е碌恼` 判誤操作的幾率，保證了輸出報警狀態(tài)的準確性，同時也通過二次檢測判斷的方法實現(xiàn)了 對中級故障報警的進一步分類，增強了報警系統(tǒng)的應(yīng)用性和可靠性。
[0021] 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換 和變型，同時，本發(fā)明所列舉的公式、符號(例如序標i，閾值K，計數(shù)器N等)等含義均為本領(lǐng) 域內(nèi)的慣用含義，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。同時說明書中給出的附圖 僅作為說明書理解的方便，并未對權(quán)利要求進行任何限定，同時流程圖也僅是作為理解的 方便而作出的簡化處理，并未造成公開不充分的缺陷等。
【主權(quán)項】
1. 一種監(jiān)測電力變壓器異常狀態(tài)的報警系統(tǒng)，其包括ECU單元，儲存器單元，三個檢測 模塊以及報警及顯示單元，其特征在于，所述三個檢測模塊包括組分濃度檢測模塊，烴含量 檢測模塊，產(chǎn)氣速率檢測模塊;其中組分濃度檢測模塊，烴含量檢測模塊，產(chǎn)氣速率檢測模 塊分別與ECU單元連接，接受ECU單元的控制指令以及向ECU單元反饋相關(guān)信號，儲存器單元 與ECU單元連接，報警及顯示單元負責將ECU單元輸出的報警信號進行外部顯示處理;其中 所述組分濃度檢測模塊能夠循環(huán)檢測每個氣體組分的濃度，并將每個檢測濃度值Di與該氣 體組分所對應(yīng)的極限值DiO進行依次比較，一旦得到該氣體組分檢測的濃度超出極限值，則 進行計數(shù)器N的計數(shù)操作，一旦計數(shù)器N等于或超過K時，則表示有K組氣體組分超出了極限 值，則進行啟動報警分級操作； K設(shè)置為KS6; 所述烴含量檢測模塊和產(chǎn)氣速率檢測模塊分別檢測出變壓器總烴含量C以及總烴絕對 產(chǎn)氣速率V，C0，C1分別代表變壓器總烴含量第一閾值和第二閾值，V0，V1，V2分別代表總烴 絕對產(chǎn)氣速率第一閾值、第二閾值和第三閾值，通過對比變壓器總烴含量C以及總烴絕對產(chǎn) 氣速率V與上述多個閾值之間的數(shù)值關(guān)系判斷出不同的報警等級，其中C0和V0選擇為經(jīng)驗 值，Cl = 2~3C0，V1 = 1 ~2V0; 根據(jù)下述標準進行具體的預(yù)警分級操作判斷： 1) .當滿足(：<〇)且￥<￥0時，表示變壓器正常，則報警等級為正常狀態(tài)； 2) .當滿足〇)<(：<(：1且￥<￥0時，表示變壓器存在潛伏性故障，且故障發(fā)展緩慢，影響 較為輕微，則報警等級為輕微故障； 3) .當滿足C0<C<C1且V0<V<V1時，表示變壓器有可能存在明顯故障，此時需要進行 二次檢測總烴含量C'和絕對產(chǎn)氣速率V'進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間， 延遲一定t時間再進行二次檢測是為了增大檢測的時間跨度，保證檢測時不會受到其他因 素的影響以提高精度，假如仍然滿足C0<C' <C1且V0<V' <VI，此時表明存在較為穩(wěn)定的 中等故障，則報警等級為中等故障； 4) .當滿足C0<C<C1且V1<V<V2時，表示變壓器有可能存在明顯故障，此時需要進行 二次檢測總烴含量C'和絕對產(chǎn)氣速率V'進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間； 假如仍然滿足C0<C'<C1且V1<V'<V2,此時表明存在較為迅速惡化的中等故障，則報警 等級為中等故障。
【文檔編號】G08B21/18GK105976577SQ201610416019
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年7月16日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】曹新民