CN104091416B - 一种监测电力变压器异常状态的报警系统 - Google Patents

Abstract

一种监测电力变压器异常状态的报警系统，其包括ECU单元，储存器单元，三个检测模块以及报警及显示单元，其特征在于，所述三个检测模块包括组分浓度检测模块，烃含量检测模块，产气速率检测模块；其中组分浓度检测模块，烃含量检测模块，产气速率检测模块分别与ECU单元连接，接受ECU单元的控制指令以及向ECU单元反馈相关信号，储存器单元与ECU单元连接，报警及显示单元负责将ECU单元输出的报警信号进行外部显示处理。本发明采取了初级浓度报警操作和报警分级操作两级判断过程，可以最大程度上避免因多重因素影响而产生的测量不精确或不稳定，能够准确地分级别报警，提示操作人员进行相应维修等活动。

Description

一种监测电力变压器异常状态的报警系统

技术领域

本发明涉及一种监测电力变压器异常状态的报警系统，属于输电技术领域。

背景技术

随着我国电力工业的迅速发展，电力变压器正朝着超高压，大容量的方向发展，电力网也正组织成庞大的区域性甚至跨区域的大电网，一个西电东送、南北互供、全国连网的电网格局正在形成。随着电力设备容量的增大和电网规模的扩大，对电力系统的安全运行和供电可靠性提出了更高的要求，近年发生的各国大停电事故也为我国电力系统敲响了警钟。变压器在电力系统中的地位举足轻重，是电力系统中最重要和最昂贵的电气设备之一，其运行的安全可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。因此，提高变压器特别是大型电力变压器运行的可靠性对整个电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。变压器油中溶解气体分析(DGA)技术一直被认为是诊断电力变压器早期故障的有效手段。它能够及时发现变压器内部存在的绝缘故障，有利于促进由定期维修方式向状态维修方式的过渡，因而受到了广泛的应用。DGA技术的原理是基于任何一种特定的烃类气体的产生速率随温度而变化，在特定温度下，往往有某一气体的产气率出现最大值，随着温度升高，产气率最大的气体依次为CH4，C2H6，C2H4，C2H2，H2，C0，C02。

由于变压器油具有优良的散热和绝缘性能，因此油浸式电力变压器在电力系统中得到广泛的引用。在正常的运行过程中，变压器会在机械应力以及热、电等各种因素的影响下慢慢老化，并生成一些可燃性气体。如果变压器存在内部潜伏性故障，故障部位释放出的能量会加速绝缘材料的裂解，促使油中溶解气体的含量以及产气速率大大提高。通过获取变压器油样本，采用气相色谱的方法就可以获取油中溶解气体各组分的含量，从而对变压器的健康状况做出评估或者对存在异常的变压器进行故障情况的分析。因此，变压器油中溶解气体分析对油浸式变压器故障诊断有着重要的意义。

作为DGA技术之一的三比值法在工程实际中发挥了一定的作用，但是由于比值编码有限，故障类型也只是被划分成一些经典类型，无法涵盖实际运行中的所有故障类型，编码组合与故障种类之间的映射关系存在模糊性，简单的一对一的映射不能全面客观的体现出征兆与故障之间的复杂藕合关系，也存在一些由于各种因素可能造成的气体含量的不精确，进而对故障类型形成误判。同时目前的三比值法主要是对故障类型做出判断，由于故障类型判断比较粗略，并未深刻揭示故障部位及故障严重程度，因此决策制定者很难通过三比值法诊断结果就确定完整的检修策略。

因此有必要对目前采用的DGA技术进行改进以提高诊断电力变压器故障的精度和稳定性，避免发生误判操作产生不良影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种监测电力变压器异常状态的报警系统，该报警系统可以最大程度上避免因多重因素影响而产生的测量不精确或不稳定，能够准确地分级别报警，提示操作人员进行相应维修等活动。

为实现上述目的，本发明的技术构思为，为了避免测量产生的误操作，最大程度地保证判断报警精度，本发明的监测电力变压器异常状态的报警系统采取了初级浓度报警操作和报警分级操作两级判断过程，采用的技术手段为：

方案1、一种监测电力变压器异常状态的报警系统，其包括ECU单元，储存器单元，三个检测模块以及报警及显示单元，其特征在于，所述三个检测模块包括组分浓度检测模块，烃含量检测模块，产气速率检测模块；其中组分浓度检测模块，烃含量检测模块，产气速率检测模块分别与ECU单元连接，接受ECU单元的控制指令以及向ECU单元反馈相关信号，储存器单元与ECU单元连接，报警及显示单元负责将ECU单元输出的报警信号进行外部显示处理；其中所述组分浓度检测模块能够循环检测每个气体组分的浓度，并将每个检测浓度值Di与该气体组分所对应的极限值Di0进行依次比较，一旦得到该气体组分检测的浓度超出极限值，则进行计数器N的计数操作，一旦计数器N等于或超过K时，则表示有K组气体组分超出了极限值，则进行启动报警分级操作。

方案2、根据方案1的监测电力变压器异常状态的报警系统，其特征在于，每个气体各组分包括H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2，总烃。

方案3、根据方案1的监测电力变压器异常状态的报警系统，其特征在于，通常情况下，K可设置为K≤6，优选为3。

方案4、根据方案1的监测电力变压器异常状态的报警系统，其特征在于，所述烃含量检测模块和产气速率检测模块分别检测出变压器总烃含量C以及总烃绝对产气速率V，C0，C1分别代表变压器总烃含量第一阈值和第二阈值，V0，V1，V2分别代表总烃绝对产气速率第一阈值、第二阈值和第三阈值，通过对比变压器总烃含量C以及总烃绝对产气速率V与上述多个阈值之间的数值关系判断出不同的报警等级，其中C0和V0选择为经验值，C1＝2～3C0，V1＝1～2V0或V2＝3～4V0。

经研究发明，采用了上述技术手段，改变了现有变压器报警系统的单层次判断，提高变压器异常状态判断的准确性；优化了变压器故障报警系统，减少了由于各种原因导致的误判误操作的几率，保证了输出报警状态的准确性，同时也通过二次检测判断的方法实现了对中级故障报警的进一步分类，增强了报警系统的应用性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的输电变压器结构示意图；

图2为本发明的报警系统的系统简图；

图3为本发明的报警系统的实施步骤流程简图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的油浸式输电变压器结构示意图，该变压器包括覆盖整个变压器的变压器壳体1，连接到变压器壳体1上的绝缘油箱2，变压器衬垫3，以及输电变压器的主要功能件绕组线圈4和铁芯5，检测装置6和测温计7位于变压器壳体1上方边缘处，用于进行相关控制数据的检测，位于绝缘油箱2内的绝缘油10以及空气层11。该变压器在运行过程中会受到机械应力、温度、强电场以及水分、氧气等各种因素的影响，绝缘油会在这些因素的作用下发生碳化、裂解以及氧化等各种化学反应，生成氢气、低分子烃类化合物、油泥、某些氧化物以及碳氢聚合物(X蜡)，这就是变压器绝缘油劣化与老化现象。在正常情况下，绝缘油只生成很少量的一些气体，这些气体的含量也通常会保持在国标规定值以内。一旦变压器发生内部潜伏性故障，故障点释放的能量会加速绝缘油分解产气，可能导致气体浓度超过临界值。而变压器油中溶解气体的来源非常复杂，变压器在正常运行条件下也会在电、热应力的作用下生成少量气体，当变压器发生内部潜伏性故障时，故障点释放的能量会加速绝缘材料的分解产气，可能导致气体浓度超过极限值，因此可以通过气体的浓度来大致判断变压器状态是否正常。规定变压器油中溶解气体浓度极限值如表所示。

表 变压器油中气体组分浓度极限值(uL/L)

如图2所示，本发明的监测电力变压器异常状态的报警系统包括ECU单元，储存器单元，三个检测模块以及报警及显示单元，所述三个检测模块包括组分浓度检测模块，烃含量检测模块，产气速率检测模块。其中组分浓度检测模块，烃含量检测模块，产气速率检测模块与ECU单元连接，接受ECU单元的控制指令以及向ECU单元反馈各种信号，储存器单元与ECU单元连接，通常也成为ECU的组成部分，报警及显示单元负责将ECU单元输出的报警信号进行外部显示处理。

在利用油中溶解气体浓度来判断变压器是否异常的过程中，通常需要将油中气体各组分的浓度与所推荐油中溶解气浓度的极限值进行比较，如果任意气体浓度超标就应当引起密切关注。但是仅仅依靠气体浓度值并不能完全准确判定设备是否存在故障，因为某些非故障因素也可能导致油中溶解气体含量增加，甚至超过导则所推荐的气体浓度极限值。在初级浓度报警操作中，所述组分浓度检测模块能够循环检测每个气体各组分(H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2，总烃)的浓度，并将每个浓度值Di与该气体组分所对应的极限值Di0(D10，D20，D30，D40，D50，D60)进行依次比较，一旦得到该气体组分检测的浓度超出极限值，则进行计数器N的计数操作，一旦计数器N等于或超过K(通常情况下，N，K可设置，K≤6，优选为3)时，则表示有K组气体组分超出了极限值，则进行启动报警分级操作，假如测量完成六组浓度后计数器未达到K值，则计数器可处于等待模式或清零等待下次检测指令发出。如此一来，通过多次检测判断，保证了输出报警状态的准确性，避免了由于某一气体组分检测失误而导致的误报警。需要说明的是，上述检测组分类型可以依情况选择，可以为三种、四种或五种等。

经过长期的运行经验发现，变压器故障通常是以潜伏性低能量故障开始，若任由故障自由发展，最终可能导致变压器严重事故的发生，由于气体浓度只能从一个侧面反映变压器当前的运行状态，而产气速率也从一定程度上反映出故障的严重程度，在本发明的报警分级操作过程中，正是结合气体浓度以及产气速率对变压器状态进行全面客观的检测评估。所述烃含量检测模块和产气速率检测模块分别检测出变压器总烃含量C以及总烃绝对产气速率V，C0，C1分别代表变压器总烃含量第一阈值和第二阈值，V0，V1，V2分别代表总烃绝对产气速率第一阈值、第二阈值和第三阈值，通过对比变压器总烃含量C以及总烃绝对产气速率V与上述阈值之间的数值关系判断出不同的报警等级，这些报警等级分为轻微故障，中等故障及严重故障，同时在研究过程中发现，为了细化故障等级，中级故障又可以分为稳定的中级故障和持续恶化的中级故障，中级故障的报警也比较容易出现检测上的误判断和准确度的降低，因此，本发明的报警系统通过二次检测判断的方法实现了对中级故障报警准确性的提高。

具体而言，如图3所示显示出本发明的报警系统的实施步骤流程简图，

首先启动报警系统，设置i值、K值以及计数器N清零，其中i，K均为整数，i＝1，K≤6，优选为3，在组分浓度检测模块中循环检测每个气体各组分(H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2，总烃)的浓度得到各个浓度值Di(D1，D2，D3，D4，D5，D6)，且依次判断各个气体组分的浓度值是否超出了各自的极限值Di0(D10，D20，D30，D40，D50，D60)，一旦对应的气体组分超出极限值，则进行计数器N的加1操作，当计数器N大于等于K时，即超出极限值的气体组分数量超过K时，表明报警系统的初级浓度报警操作已经完成，则启动进入报警分级操作；

在所述烃含量检测模块和产气速率检测模块分别检测出变压器总烃含量C以及总烃绝对产气速率V，将总烃含量C和绝对产气速率V与总烃含量第一阈值和第二阈值C0，C1，总烃绝对产气速率第一阈值、第二阈值和第三阈值V0，V1，V2进行比较，分别判断总烃含量C和绝对产气速率V所处的区间范围，判断得出相应的故障等级报警。

其中需要说明的是，C0，C1，V0，V1，V2的具体选择可以由经验值获得，也可以将C0和V0选择为经验值，C1＝2～3C0，V1＝1～2V0或V2＝3～4V0。

根据下述标准进行具体的预警分级操作判断，

1).当满足C＜C0且V＜V0时，表示变压器正常，则报警等级为正常状态；

2).当满足C0＜C＜C1且V＜V0时，表示变压器存在潜伏性故障，且故障发展缓慢，影响较为轻微，则报警等级为轻微故障；

3).当满足C0＜C＜C1且V0＜V＜V1时，表示变压器有可能存在明显故障，此时需要进行二次检测总烃含量C’和绝对产气速率V’进行进一步判断，而二次检测之前需要延迟t时间，延迟一定t时间再进行二次检测是为了增大检测的时间跨度，保证检测时不会受到其他因素的影响以提高精度，假如仍然满足C0＜C’＜C1且V0＜V’＜V1，此时表明存在较为稳定的中等故障，则报警等级为中等故障(稳定)；

4).当满足C0＜C＜C1且V1＜V＜V2时，表示变压器有可能存在明显故障，此时需要进行二次检测总烃含量C’和绝对产气速率V’进行进一步判断，而二次检测之前需要延迟t时间。假如仍然满足C0＜C’＜C1且V1＜V’＜V2，此时表明存在较为迅速恶化的中等故障，则报警等级为中等故障(恶化)；

5).当满足C1＜C且V2＜V时，表示变压器存在严重故障，且故障发展迅速恶化，影响较为严重，则报警等级为严重故障。

如上所述，本发明的报警系统通过初级浓度检测实现预报警以及结合气体浓度以及产气速率的报警分级操作，优化了变压器故障报警系统，减少了由于各种原因导致的误判误操作的几率，保证了输出报警状态的准确性，同时也通过二次检测判断的方法实现了对中级故障报警的进一步分类，增强了报警系统的应用性和可靠性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，同时，本发明所列举的公式、符号(例如序标i，阈值K，计数器N等)等含义均为本领域内的惯用含义，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。同时说明书中给出的附图仅作为说明书理解的方便，并未对权利要求进行任何限定，同时流程图也仅是作为理解的方便而作出的简化处理，并未造成公开不充分的缺陷等。

Claims (2)

1.一种监测电力变压器异常状态的报警系统，其包括ECU单元，储存器单元，三个检测模块以及报警及显示单元，其特征在于，所述三个检测模块包括组分浓度检测模块，烃含量检测模块，产气速率检测模块；其中组分浓度检测模块，烃含量检测模块，产气速率检测模块分别与ECU单元连接，接受ECU单元的控制指令以及向ECU单元反馈相关信号，储存器单元与ECU单元连接，报警及显示单元负责将ECU单元输出的报警信号进行外部显示处理；其中所述组分浓度检测模块能够循环检测每个气体组分的浓度，并将每个检测浓度值Di与该气体组分所对应的极限值Di0进行依次比较，一旦得到该气体组分检测的浓度超出极限值，则进行计数器N的计数操作，一旦计数器N等于或超过K时，则表示至少有K组气体组分超出了极限值，则进行启动报警分级操作；

所述烃含量检测模块和产气速率检测模块分别检测出变压器总烃含量C以及总烃绝对产气速率V，C0，C1分别代表变压器总烃含量第一阈值和第二阈值，V0，V1，V2分别代表总烃绝对产气速率第一阈值、第二阈值和第三阈值，通过对比变压器总烃含量C以及总烃绝对产气速率V与阈值之间的数值关系判断出不同的报警等级，其中C0和V0选择为经验值，C1＝2～3C0，V1＝1～2V0或V2＝3～4V0；

其中根据下述标准进行具体的预警分级操作判断，

1).当满足C＜C0且V＜V0时，表示变压器正常，则报警等级为正常状态；

2).当满足C0＜C＜C1且V＜V0时，表示变压器存在潜伏性故障，且故障发展缓慢，影响较为轻微，则报警等级为轻微故障；

3).当满足C0＜C＜C1且V0＜V＜V1时，表示变压器有可能存在明显故障，此时需要进行二次检测总烃含量C’和绝对产气速率V’进行进一步判断，而二次检测之前需要延迟t时间，延迟一定t时间再进行二次检测是为了增大检测的时间跨度，保证检测时不会受到其他因素的影响以提高精度，假如仍然满足C0＜C’＜C1且V0＜V’＜V1，此时表明存在较为稳定的中等故障，则报警等级为表示稳定的中等故障；

4).当满足C0＜C＜C1且V1＜V＜V2时，表示变压器有可能存在明显故障，此时需要进行二次检测总烃含量C’和绝对产气速率V’进行进一步判断，而二次检测之前需要延迟t时间；假如仍然满足C0＜C’＜C1且V1＜V’＜V2，此时表明存在较为迅速恶化的中等故障，则报警等级为表示恶化的中等故障；

5).当满足C1＜C且V2＜V时，表示变压器存在严重故障，且故障发展迅速恶化，影响较为严重，则报警等级为严重故障。

2.根据权利要求1的监测电力变压器异常状态的报警系统，其特征在于，每个气体组分包括H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2，总烃。