专利名称：大型变压器偏磁电流监测预警系统的制作方法
大型变压器偏磁电流监测预警系统
技术领域
本发明属于电力系统在线监测技术领域，特别是提供了一种大型变压器偏磁电流监测预警系统，用于预防磁暴和直流输电等原因引起的偏磁电流对设备和系统造成的危害。
背景技术：
由太阳活动引起的磁暴和高压直流输电单极运行都会在地面上形成一定强度的电场。该地面电场在输电线、中性点接地的变压器和大地构成的回路中产生偏磁电流。偏磁电流为直流或准直流，流入变压器后在磁路中产生偏置磁通，由于铁芯材料的非线性，该磁通使得变压器铁芯产生半波饱和，此时变压器的励磁电流急剧增大，且波形严重畸变，一方面对变压器本身造成损耗增大、温升、振动、噪声增加等不利影响，另一方面产生的大量谐波也会引起电压跌落、无功波动、继电保护误动等问题，从而可能影响整个电网的安全运行。为避免设备损坏和事故跳间造成损失，对变压器的偏磁电流和变压器在偏磁电流作用下的运行状态进行监测是很有意义的。但是，目前国内还没有合适的产品，需要研制一种变压器偏磁电流监测预警系统。发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种大型变压器偏磁电流监测预警系统， 实时监测流过变压器中性点的直流偏磁电流，同时采集并记录反映变压器运行受偏磁电流影响程度的各种参数，并将数据传送到中心主站进一步分析以便及时预警，从而避免设备损坏、事故跳闸等重大损失。
本发明采用的技术方案是一种大型变压器偏磁电流监测预警系统，它包括若干台监测装置，所述各监测装置与中心主站通过公共通信网或专用信道通信；其中，所述各监测装置负责采集现场参数，分散安装于各个需要监测的变电站内；中心主站负责对现场参数进行分析以确定偏磁电流对设备运行和电网安全的影响程度并及时发出报警；二者之间的数据通信采用专用信道或公共网络；所述监测装置包括变压器中性点接地端安装的用于测量偏磁电流的霍尔传感器； 在变压器外壳上安装的用于测量振动的加速度传感器，在变压器附近的用于测量噪声的电容式声压传感器，在变压器内部预埋的测量变压器温度的钼电阻和电桥构成的温度传感器；以及测量变压器工频电压和电流的电压、电流传感器；各种现场信号经信号调理电路板上各自的信号调理电路将信号量化为数字信号，通过数据采集卡送入嵌入式工控机，嵌入式工控机还与显示装置、输入装置、大容量存储介质、报警电路以及通信接口连接，通信接口则与中心主站通过专用信道通信或与通过公共通信网与中心主站通信。
所述中心主站由数据服务器，WEB服务器，分析工作站和通信管理机组成；通讯管理机负责从监测装置召唤数据，并向监测装置请求数据，接收数据，以及数据拆包、打包与正确性、完整性检查，最后将数据送到数据服务器进行存储和管理；数据服务器通过数据库对监测数据进行管理并为分析工作站提供数据服务；分析工作站对从各监测点获取的数据进行可视化处理和进行综合分析，结合计算模型和地磁数据，确认产生直流偏磁问题的原因，评估偏磁电流对变压器及整个电网安全运行的影响；分析的结果在WEB服务器上发布。
所述霍尔传感器将变压器接地引线中的电流按比例变换为士20mA的电流，经屏蔽电缆送入其调理电路的输入端子，在其调理电路中电流信号经电阻R变为电压信号，该信号经抗混迭滤波器滤除高频成分后送到A/D转换器并被量化为数字信号，送入工控机； 工控机对该数字信号进行进一步处理由截止频率1. 5Hz的低通滤波进一步滤除高频成分，由截止频率50Hz的带阻滤波器对工频成分进行滤除，最后取Is内的平均值作为该秒的采样值，如果启动了数据记录功能该数据就被保存到大容量存储器中。
所述采样值存储时，变压器中性点直流测量值在正常情况下该值很小，一段长度为T1即、到、时刻的监测数据暂时保存在内存中，并且随着时间的推移不断更新，也就是说内存缓冲区内始终保存着长度为T1即最新数据；当该测量值的绝对值越过启动定值1 时即、时刻时，数据记录和传输过程启动，直到测量值的绝对值持续低于复归定值Ia达T3长度后停止t3时刻；而且，内存缓冲区的、到ti时刻数据也被存储，这样整个事件过程的数据。到、就完整的保存下来。
所述数据采集采用高速多通道12位A/D卡。
所述报警电路由报警模块驱动继电器提供两对接点发出当地报警信号。
所述公共通信网为GPRS或3G或CDMA或MODEM或以太网中的任意一种或多种。
所述显示装置为大屏幕彩色IXD。
所述专用信道为载波或微波或局域网。
本发明的整个系统由一台或数台监测装置与中心主站组成。监测装置负责采集现场参数，分散安装于各个需要监测的变电站内；中心主站负责对现场参数进行分析以确定偏磁电流对设备运行和电网安全的影响程度并及时发出报警。二者之间的数据通信采用专用信道(如载波，微波，局域网等)或公共网络(如GPRS，INTERNET，市话网络等)。
本发明的监测装置除了实时监测流过变压器中性点的直流电流外，同时全面采集和记录反映偏磁电流影响程度的有关参数，如有功损耗、无功功率、电压电流谐波、振动、 噪声、温度等。该装置通过在变压器中性点接地端安装的专用霍尔传感器测量偏磁电流；通过在变压器外壳上安装加速度传感器测量振动；通过电压、电流互感器测量变压器的工频电压和电流。信号的提取方法是将各种现场信号通过屏蔽电缆接入装置的输入端子，并进行信号调理、放大，然后由A/D板将信号量化为数字信号，再由软件用数字信号处理的办法提取特征信号。该装置以嵌入式系统作为控制核心；具有大屏幕彩色LCD实时显示监测数据；具有大容量存储介质存储数据；支持鼠标、键盘操作，在现场操作方便。
本发明的数据管理中心主站通过大型商用数据库对数据进行管理；将现场采集数据进行特征提取和可视化处理；与空间天气观测数据与地磁数据进行相关分析；识别偏磁电流产生的原因与影响范围；通过计算模型确定变压器偏磁电流对设备运行及系统安全的影响程度，及时发布预警信息。
本发明的优点在于不仅实时监测变压器的偏磁电流，而且能全面采集变压器在偏磁电流作用下的各种运行参数，对于快速识别变压器直流偏磁运行状态和准确判断变压器受影响的程度有很大的帮助。
分布于不同地区的监测装置获取的各种实时数据，能通过数据通信方式传输到中心主站，主站综合分析这些数据可以快速区分干扰源是磁暴或者是直流输电，同时基于监测数据借助计算模型可判断对干扰对整个电网安全运行的影响，及时发出预警避免重大损失。
图1是本发明的系统组成；图2是本发明所述监测装置信号提取方法； 图3是本发明所述监测装置数据记录启动方式； 图4是本发明所述监测装置的硬件框图。
其中，1为监测装置，2为数据服务器，3为TOB服务器，4为分析工作站，5为通信管理机，6为中心主站，7为公共通信网，8为变压器接地引线，9为专用霍尔传感器，10为抗混迭滤波器，11为A/D转换器，12为数字滤波器，13为大容量存储器。
具体实施方式
在图1中监测装置1采集变压器中性点直流信号和变压器在偏磁电流作用下的电压、电流、有功/无功功率、电压/电流谐波，以及变压器的振动、噪声、温度等参数，通过专用信道(如载波，微波，局域网等)或公共通信网7 (例如GPRS，INTERNET,市话网等)传输到中心主站6。中心主站6由数据服务器2，TOB服务器3，分析工作站4和通信管理机5 组成。通讯管理机5负责从监测装置召唤数据，根据其管理监测装置的多少确定是否由专用的PC机实现，其功能是驱动通信设备按照约定的规约向监测装置请求数据，接收数据， 以及数据拆包、打包与正确性、完整性检查等，最后将数据送到数据服务器2进行存储和管理。数据服务器2通过数据库实现对监测数据的管理(如数据备份、检索、查询等)并为分析工作站4提供数据服务。如果需要管理的数据很多，安全性要求高，数据操作任务量大时要采用专用服务器来实现。分析工作站4对从各监测点获取的数据进行可视化处理和进行综合分析，结合计算模型和地磁数据，确认产生直流偏磁问题的原因，评估偏磁电流对变压器及整个电网安全运行的影响。分析的结果可以及时在WEB服务器3上发布，使相关部门及时得到报警信息，同时该领域的研究人员也能非常方便地通过WEB浏览器查看数据及分析结果。
图4为本发明所述装置的硬件框图。监测装置包括变压器中性点接地端安装的用于测量偏磁电流的霍尔传感器9 ；在变压器外壳上安装的用于测量振动的加速度传感器，在变压器附近的用于测量噪声的电容式声压传感器，在变压器内部预埋的测量变压器温度的钼电阻和电桥组成的温度传感器；以及测量变压器工频电压和电流的电压、电流传感器；各种现场信号经信号调理电路板上各自的信号调理电路将信号量化为数字信号，经数据采集卡送入嵌入式工控机，以嵌入式工控机为核心，数据采集采用高速多通道12位A/ D卡。人机接口采用彩色大屏幕液晶显示器，支持键盘鼠标操作，现场显示数据和操作维护都很方便。装置的报警模块驱动继电器提供两对接点发出当地报警信号；通信接口支持多种常见的远程通信方式(如GPRS，MODEM,以太网等)。
图2为变压器偏磁电流提取实现方法。霍尔传感器9安装于变压器中性点的变压器接地引线8上，变压器接地引线8中的电流被霍尔传感器9按比例变换为士20mA的电流，经屏蔽电缆送入条例电路的输入端子，电流信号经电阻R变为电压信号，该信号经抗混迭滤波器10滤除高频成分后送到A/D转换器11并被量化为数字信号。工控机对该数字信号进行进一步处理由截止频率1. 5Hz的低通滤波进一步滤除高频成分，由截止频率50Hz 的带阻滤波器对工频成分进行滤除，最后取Is内的平均值作为该秒的采样值，如果启动了数据记录功能该数据就被保存到大容量存储器13中。
为了减少数据存储和传输的压力监测数据只有在确认发生直流偏磁的情况下才进行存储。为了完整记录变压器直流偏磁的整个事件过程本发明采用如下方式在图3所示的启动实例中，横轴代表时间，纵轴代表变压器中性点直流测量值，在正常情况下该值很小，一段长度为T1时间的监测数据暂时保存在装置的内存中，并且随着时间的推移不断更新，也就是说内存缓冲区内始终保存着长度为T1时间的最新数据。当该测量值的绝对值越过启动定值Iu时U1时刻)数据记录和传输过程启动，直到测量值的绝对值持续低于复归定值込达！^长度后停止(t3时刻)。而且，内存缓冲区的、到、时刻数据也被存储，这样整个事件过程的数据(、到、)就完整的保存下来了。
装置采集的信号有3种第一，变压器中性点直流，图2已描述清楚；第二，工频量，包括有功/无功功率，电压/电流谐波等，本发明的实现方法是对现场PT、CT 二次侧的电压和电流进行交流采样，采用数字算法计算变压器高低压侧的有功和无功功率，通过对电压和电流信号进行FFT变换计算各次谐波分量；第三，非电量，包括振动、噪声、温度等， 实现方法是通过传感器(振动信号采用安装于变压器壳体的压电式加速度传感器和电荷放大器，噪声信号采用安装于变压器附近的电容式声压传感器，温度信号采用变压器内部预埋的钼电阻和电桥构成的温度传感器)将这些信号转换为电信号，然后经相应的信号调理后由模-数转换器采样量化为数字信号，最后由软件采用数字信号处理方法提取特征量。
权利要求
1.一种大型变压器偏磁电流监测预警系统，其特征是，它包括若干台监测装置，所述各监测装置与中心主站通过公共通信网或专用信道通信；其中，所述各监测装置负责采集现场参数，分散安装于各个需要监测的变电站内；中心主站负责对现场参数进行分析以确定偏磁电流对设备运行和电网安全的影响程度并及时发出报警；二者之间的数据通信采用专用信道或公共网络；所述监测装置包括变压器中性点接地端安装的用于测量偏磁电流的霍尔传感器；在变压器外壳上安装的用于测量振动的加速度传感器，在变压器附近的用于测量噪声的电容式声压传感器，在变压器内部预埋的测量变压器温度的钼电阻和电桥构成的温度传感器；以及测量变压器工频电压和电流的电压、电流传感器；各种现场信号经信号调理电路板上各自的信号调理电路将信号量化为数字信号，通过数据采集卡送入嵌入式工控机，嵌入式工控机还与显示装置、输入装置、大容量存储介质、报警电路以及通信接口连接，通信接口则与中心主站通过专用信道通信或与通过公共通信网与中心主站通信。
2.如权利要求1所述的大型变压器偏磁电流监测预警系统，其特征是，所述中心主站由数据服务器，WEB服务器，分析工作站和通信管理机组成；通讯管理机负责从监测装置召唤数据，并向监测装置请求数据，接收数据，以及数据拆包、打包与正确性、完整性检查，最后将数据送到数据服务器进行存储和管理；数据服务器通过数据库对监测数据进行管理并为分析工作站提供数据服务；分析工作站对从各监测点获取的数据进行可视化处理和进行综合分析，结合计算模型和地磁数据，确认产生直流偏磁问题的原因，评估偏磁电流对变压器及整个电网安全运行的影响；分析的结果在WEB服务器上发布。
3.如权利要求1或2所述的大型变压器偏磁电流监测预警系统，其特征是，所述霍尔传感器将变压器接地引线中的电流按比例变换为士20mA的电流，经屏蔽电缆送入其调理电路的输入端子，在其调理电路中电流信号经电阻R变为电压信号，该信号经抗混迭滤波器滤除高频成分后送到A/D转换器并被量化为数字信号，送入工控机；工控机对该数字信号进行进一步处理由截止频率1. 5Hz的低通滤波进一步滤除高频成分，由截止频率50Hz的带阻滤波器对工频成分进行滤除，最后取Is内的平均值作为该秒的采样值，如果启动了数据记录功能该数据就被保存到大容量存储器中。
4.如权利要求3所述的大型变压器偏磁电流监测预警系统，其特征是，所述采样值存储时，变压器中性点直流测量值在正常情况下该值很小，一段长度为T1即、到、时刻的监测数据暂时保存在内存中，并且随着时间的推移不断更新，也就是说内存缓冲区内始终保存着长度为T1即最新数据；当该测量值的绝对值越过启动定值Iu时即、时刻时，数据记录和传输过程启动，直到测量值的绝对值持续低于复归定值Ia达T3长度后停止t3时刻；而且，内存缓冲区的、到、时刻数据也被存储，这样整个事件过程的数据。到、就完整的保存下来。
5.如权利要求1所述的大型变压器偏磁电流监测预警系统，其特征是，所述数据采集采用高速多通道12位A/D卡。
6.如权利要求1所述的大型变压器偏磁电流监测预警系统，其特征是，所述报警电路由报警模块驱动继电器提供两对接点发出当地报警信号。
7.如权利要求1所述的大型变压器偏磁电流监测预警系统，其特征是，所述公共通信网为GPRS或3G或⑶MA或MODEM或以太网中的任意一种或多种。
8.如权利要求1所述的大型变压器偏磁电流监测预警系统，其特征是，所述显示装置为大屏幕彩色IXD。
9.如权利要求1所述的大型变压器偏磁电流监测预警系统，其特征是，所述专用信道为载波或微波或局域网。
全文摘要
本发明公开了一种大型变压器运行状态在线监测系统，系统分为监测装置与中心主站两个层次，监测装置不仅实时监测流过变压器中性点的直流电流，同时采集变压器的高、低压侧电压、电流、功率、谐波等变量，并结合变压器的振动，噪声，温度等参数判断变压器是否运行于直流偏磁状态；将反映变压器运行受影响程度的参数记录下来，通过现代通信手段将数据传送到中心主站进一步分析干扰原因和对整个电网的影响程度，及时发出预警，有效避免设备损坏、事故跳闸等重大损失。
文档编号G01R19/252GK102520240SQ20121000198
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者刘春明, 刘连光, 孙树敏, 毛庆波, 程艳 申请人:山东电力研究院