专利名称：变压器运行状态仿真监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及变电设备状态监测、状态检修，特别是变压器运行状态仿真监测系统。该系统能够实现变压器运行工况、故障状态的模拟，可以实现对监测装置的性能的检测和检验。
背景技术：
以变压器为首的变电设备是电力系统中非常重要的设备，其运行状态直接影响系统的安全性。随着坚强智能电网建设工作的逐步推进，近年来，越 来越多的状态监测设备被应用于变电站，用于监测变电设备运行状态。但是，由于我国监测技术起步较晚，国内大多数厂家的产品都是模仿和借鉴国外的产品，实用性能方面欠缺，同时更缺乏相应的检测装置和检测机构对现有的在线监测装置的性能进行检验和测试，导致在线监测设备的监测结果无法完全相信、装置本身可靠性贬低，严重影响了在线监测技术在智能电网建设中的应用。据申请人所知，目前变电设备监测技术尚未成熟、状态监测装置检验检测手段匮乏，已成为变电设备状态检修技术发展的瓶颈，严重制约了智能电网建设的发展。例如局部放电测量方法和测量仪器现场抗干扰能力差、放电定位及诊断准确度不够、放电类型识别难，急需构建交、直流局部放电检测方法的有效性和相关性的试验验证环境。本发明内容为变压器运行仿真提供平台建设，有利于输变电设备运行状态在线监测技术的研究，可以为输变电设备在线监测装置提供全面的性能评估，为电力系统提供质量合格的在线监测装置，增强在线监测装置的可信性，降低电网检修的成本，保障输变电设备安全运行。
发明内容
本发明的目的是，为了进一步研究变压器的故障特性、检测方法的有效性，正确评估变压器监测装置的准确性和可靠性，提出变压器状态仿真监测系统的建设方法。本发明采用的技术解决方案是变压器状态评价仿真系统，其包括模型本体，其不同之处在于，所述模型本体由第一油箱、第二油箱通过管道联通组成，两个油箱分别完成各自不同的控制和监测功能，测量控制系统是将系统中的测量和控制装置就地集成全部安放于控制测量柜之中，后台展示系统位于远端的控制室内，通过部署在控制室内的PC机与位于油箱附近的工控机通讯，实现了现场信息的实时通讯，分别在第一油箱、第二油箱配备用于防止油流堵塞的油流继电器；在第一油箱、第二油箱的顶部配置防止油压过大的压力释放阀；分别在第一油箱、第二油箱中配备用于换油时抽真空的真空泵；在第一油箱、第二油箱的安装顶部和底部分别预留油样采集口，在第一油箱、第二油箱内部分别预留装设温度计，在第一油箱、第二油箱顶部分别预留注水接口 ；在第二油箱顶部安装油枕和油位计，指示油箱内的容量，所述第一油箱顶部设置第一套管、第二套管、第三套管；安装在第一油箱内部的一对电极通过第一套管和第二套管与外部的升压变压器相连接，通过调节升压变压器的电压和两个电极之间的距离从而改变两个电极之间的放电量，从而实现对不同工况下放电量的模拟；第一油箱内部通过导体将第三套管与第一油箱底部接地线连接，在第三套管上加装电流发生器，模拟铁芯接地电流。进一步的，在第一油箱侧面预留了 6个用于监测局部放电量的UHF超高频安装阀门，同时油箱内部预留有卡槽，所述卡槽内安装绝缘隔板。进一步的，所述第一油箱底部设置有安装有传感器的接线端子，该传感器用于测量监视铁芯接地电流。进一步的，第一油箱在其油循环管道上设置有油中含水量测量装置，用于测量内部微水的含量。
进一步的，所述第二油箱顶部安装多个阀门，分别连接到氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔储气罐，可以通过阀门控制注入气体。进一步的，所述第二油箱的油箱壁上预留的接口，用于实现油色谱监测装置的接入。进一步的，在第二油箱侧面的油循环套管上安装有温度交换装置，采用水为载体的温度交换装置用于保证加热温度永远小于100度，通过油泵的循环功能，使得热量均匀的分布，油箱温度均匀。进一步的，所述第一油箱、第二油箱之间设置有阀门，通过阀门控制第一油箱、第二油箱是否联通。本发明采用第一油箱、第二油箱两个油箱通过管道联通组成，并且通过可以通过阀门控制第一油箱、第二油箱是否联通，第一油箱、第二油箱分别拥有自己的油循环系统，可以通过各自的油泵和滤油器进行油的循环和过滤，也可以通过联通阀门实现两个油箱内的油一起循环。分别在第一油箱、第二油箱两个油箱配备油流继电器，防止油流堵塞；在第一油箱、第二油箱两个油箱顶部配置压力释放阀，防止油压过大；分别在两个油箱配备真空泵，用于换油时抽真空；分别在第一油箱、第二油箱两个油箱安装顶部和底部预留油样采集口、内部预留装设温度计、顶部预留注水接口 ；在第二油箱顶部安装油枕和油位计，指示油箱内的容量。第一油箱主要用于实现，局部放电故障的模拟，放电量可调整，UHF局部放电监测装置的监测性能验证；铁心接地电流的模拟，HFCT局部放电监测装置监测性能的验证；微水量的调节，微水含量监测装置性能的验证。第一油箱顶部设计A、B、C三个套管；安装在第一油箱内部的一对电极通过套管A和套管B与外部的升压变压器相连接，通过调节升压变压器的电压和两个电极之间的距离从而改变两个电极之间的放电量，从而实现对不同工况下放电量的模拟；第一油箱内部通过导体将C套管与油箱底部接地线连接，在C套管上加装电流发生器，模拟铁芯接地电流。第一油箱为监测局部放电量，在侧面预留了 6个UHF超高频安装阀门，同时油箱内部预留3卡槽，安装绝缘隔板安装位置见附图3。第一油箱为了准确测量系统的铁芯接地电流，本系统在油箱底部预留的接线端子可以通过安传感器，测量监视铁芯接地电流的变换。第一油箱为了测量内部微水的含量，在油循环管道上装设油中含水量测量装置。
第二油箱主要用于实现，油中七种气体含量及微水量的调节，以及油色谱分析装置性能的验证。第二油箱顶部安装7个阀门，分别连接到氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔储气罐，可以通过阀门控制注入气体；通过油箱壁上预留的接口实现油色谱监测装置的接入。第二油箱侧面的油循环套管上安装温度交换装置，采用水为载体的温度交换装置可以保证加热温度永远小于100度，通过油泵的循环功能，使得热量均匀的分布，油箱温度均匀。本发明方案将系统中的测量和控制装置就地集成全部安放于控制测量柜之中，控制测量柜中分三格部分强电部分、测量控制部分、监测部分，测量控制部分主要利用PLC来控制实现过程的控制，为PLC配置相应的输入输出模块，监测部分由工控机来实现。
后台展示系统位于远端的控制室内，通过部署在控制室内的PC机与位于油箱附近的工控机通讯，实现现场信息的实时通讯。本发明的工作原理和工作方式，变压器运行状态仿真监测系统包括模型本体、控制测量柜和后台控制展示平台三部分。、模型本体
模型本体设计两个模拟变压器本体的油箱及其附属功能配件，其中第一油箱、第二油箱及其附属功能装置集成在模型本体内。油箱采用全封闭式，安装可靠压力保护装置，油位计。第一油箱、第二油箱通过循环方式可设定，相关阀门的控制从而实现箱内绝缘油的各自循环和组合循环。第一油箱具有局放和铁芯电流产生功能及相应测量接口。a)、局放部分
第一油箱内部设计了油中局放发生装置，通过更换放电电极，改变放电距离调整放电量和放电类型。为监测UHF局放监测装置性能，第一油箱两个侧面带有6个内置式UHF安装阀门。第一油箱还具备外加微水通道，实现人为改变变压器油微水含量功能，同时具有组绝缘油油样采集阀门。b)、铁芯接地电流部分第一油箱上表面伸出一个套管与铁芯电流模拟装置相连接并形成独立回路，底部带有铁芯接地电流在线监测装置的安装接口。第二油箱具有色谱、微水产生功能及相应测量接口。第二油箱具有微水、色谱添加功能，实现人为改变变压器油色谱含量。为方便校验油色谱分析装置，设计了有3组油色谱在线测量装置安装阀门；同时通过温度交换装置，实现温度调节功能。控制测量柜控制测量柜集成了所有控制和测量装置，包括注油、循环、加热、气体配置、测量、回收、油温信号处理等控制装置，集成局放信号集成升压系统，铁芯接地电流升流系统，相关电压、电流、局放信号测量装置。控制测量柜中的监测装置配置如下，其作用是完成相关功能监测装置的校验。①油色谱与微水测量装置油中溶解气体和微水含量测量装置，能够快速而精确的实现油样中气体和微水含量的测量，提供原始谱图，并将测量和分析结果上传到控制平台。
②局放离线测量装置能够快速而精确的测量油箱中的最大放电量、放电相位和放电次数的测量，提供原始谱图，并进行二维9-Φ，Ν-Φ，Ν-0、三维(Ν-Φ-Q)图谱分析，能将测量和分析结果上传到计算机后台软件集成平台进行展示。③铁芯接地电流升流系统测量和控制平台柜需配置铁芯接地电流升流系统。控制展示平台通过控制展示平台实现系统功能的展示、参数设定和控制。控制展示平台能够实现所有信号的全面展示，油温测量信号、油循环信号、油色谱微水含量、局放升压时的电流电压信号、局放量、铁芯电流信号等数据信号应有相应图谱信息，历史数据趋势分析等。软件系统主页面分为过程控制与展示，状态控制与展示，参数调节与控制，监测信息展示等四个区域，通过软件系统可以对各种阀门、泵进行控制，完成升压器、电流发生器的控制和参数设置，对监测数据进行深入的分析和研究。本发明同时具有色谱、微水、局放量、铁芯接地电流键盘输入功能，并能够展示相 应的局放量；铁芯接地电流控制目标参数能从计算机后台软件集成平台输入，一键式操作。控制功能还包括油温控制、油循环控制、局放升压控制、铁芯电流升流控制等，其中升压升流控制应实现快慢不同档位控制功能。
图I为本发明的变压器状态评价仿真系统基本结构示意 图2为本发明的变压器状态评价仿真系统的油箱功能控制示意 图3为本发明的变压器状态评价仿真系统的测量控制系统隔板安装位置示意 图4为本发明的变压器状态评价仿真系统的测量控制系统结构示意图。
具体实施例方式如图I、图2、图3、图4所示，系统由四部分组成模型本体、控制测量系统、后台展示系统、屏蔽室。系统的总体功能结构如图I所示，其中模型本体由第一油箱I、第二油箱2两个油箱通过管道联通组成，两个油箱分别完成各自不同的控制和监测功能，油箱功能控制框图如图2所示。为了完成上述的功能，分别对第一油箱I、第二油箱2进行了相应的功能设计和设
备配置。第一油箱I部位1、模拟局部放电为了实现对变压器局部放电故障的模拟，采用电极放电的方式来实现。安装在油箱内部的一对电极通过套管A和套管B与外部的升压变压器相连接，通过调节升压变压器的电压和两个电极之间的距离从而改变两个电极之间的放电量，从而实现对不同工况下放电量的模拟。本系统为用户提供尖一尖电极、尖一板电极、板一板电极三种电极，可以自行卸载更换。为监测局部放电电量，第一油箱I在侧面预留了 6个UHF超高频安装阀门，尺寸分别为DN25、DN50、DN80,同时油箱内部预留3卡槽，安装绝缘隔板，隔板安装位置如图3所示。为了方便更换电极和隔板，机箱顶部盖子可以吊起。2、为了对变压器铁芯接地电流进行模拟，在第一油箱I内预埋一根金属导体，上部通过套管C与第一油箱I外部的电流发生器相连接，下部穿越第一油箱I的底部与大地可靠连接，并预留接线排和接线端子，方便监测装置安装。这样通过调整电流发生器的输出电流，就可以实现对铁芯接地电流的模拟和调节。3、为了实现第一油箱I内的油的更新和循环，本系统为第一油箱I设置了油循环通道、滤油器、油泵、排油口等设施，并在第一油箱I内配置了真空泵；为了防止油压过大，在第一油箱I上部安装了压力释放阀，为防止油流堵塞，在管道上安装了油流继电器，以及为取油样方便在第一油箱I上部和下部分别预留了取油样的接口，下部的取样接口同时也是泄油口，通过导管引入泄油池，上部的取样接口同时也是注油口，通过油泵可以将油注入第一油箱I内。4、为了实现第一油箱I内微水含量的调节，在第一油箱I顶部预留了注水阀门，注水后通过油泵循环实现微水量的均匀分布。另外，为了准确测取油温，在第一油箱I的顶部的底部分别部署温度传感器。
5、局放测量为了能够快速而精确的测量第一油箱I中的最大放电量、放电相位和放电次数本系统安装了局部放电离线测量装置。6、铁芯接地电流测量为了准确测量系统的铁芯接地电流，本系统在第一油箱I底部预留的接线端子处安装了电流传感器，测量监视铁芯接地电流的变换。第二油箱2
I、油循环第二油箱2的油循环系统与第一油箱I的基本相同，同样设置有油循环通道、滤油器、油泵、排油口、真空泵、压力释放阀、油流继电器、取油样接口等设施；唯一不同之处是，在第二油箱2上安装了油枕，并在油枕上安装了油位计。2、温度调节在第二油箱2侧面的油循环套管上安装温度交换装置，采用水为载体的温度交换装置可以保证加热温度永远小于100度，通过油泵的循环功能，使得热量均匀的分布，第二油箱2温度均匀。第二油箱2底部装有加热装置，通过外置电源对加热器供电，配合油循环系统，改变第二油箱2内油温度的变换。3、色谱调节在第二油箱2顶部预留有H2, CO, CO2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6七种气体注入的接口，通过外接相应的储气罐，控制相应阀门的开通与关断，并配合以循环系统，实现整个油箱内部7种气体的调节。4、为了实现油箱内微水含量的调节，在第二油箱2顶部预留了注水阀门，注水后通过油泵循环实现微水量的均匀分布。5、色谱及微水测量系统为准确测量第二油箱2内部的色谱成分和微水含量本系统安装了色谱及微水分析装置。测量控制系统本发明方案将系统中的测量和控制装置就地集成全部安放于控制测量柜之中，包括注油、循环、加热、气体配置、测量、回收、油温信号处理等控制装置，局放信号集成升压系统，铁芯接地电流升流系统，局放信号、铁心接地电流、色谱及微水含量信号测量装置。各个部分在控制柜中的布置如图4所示。控制测量柜中分三格部分强电部分、测量控制部分、监测部分。强电部分将升压变压器、电流发生器集成在柜体中，通过引出线将电压、电流连接至相应的套管之上。既可以通过手动调节升压变输出电压，电流发生器输出电流，也可以通过PLC控制和调节。测量控制部分测量控制部分主要利用PLC来控制实现过程的控制，为PLC配置相应的输入输出模块，分别用来采集控制元件状态量信息和控制各种泵、阀门、开关的动作，实现油箱内油的注入、更新、循环、充水、充气等控制功能。监测部分监测部分采用工控机，收集前端局部放电监测装置、色谱及微水分析装置、铁芯接地电流的信息和数据，实现就地的分析和展示功能；同时PLC与工控机之间建立通讯，实现测量控制信息对工控机的上传，在工控机上实现PLC的控制，实现整个控制测量系统的本地操作功能。 后台展不系统后台展不系统位于远端的控制室内，通过部署在控制室内的PC机与位于油箱附近的工控机通讯，实现现场信息的实时通讯。PC机上部署研制开发的软件监控系统，实现对整个过程的控制与展示，完成相应输入参数的设置，以及监测数据的展示。软件分为主页面和数据分析页面。主页面分为过程控制与展示，状态控制与展示，参数调节与控制，监测信息展示等四大区域。过程控制与展示区域主要完成操作过程的动态展示，及系统中各个部件状态的实时展示；状态控制与展示区域主要完成各控制单元泵、阀门状态展示及控制，实现对远端可控元件的远程操作；参数调节与控制区域主要完成对升压变压器、电流发生器输出量的远程设置和更改，油箱中水份及七种气体的注入值；监测信息展示，主要完成状态监测量的实时展示，展示的状态量与远端的监测装置相对应，分别是局放数据、色谱数据、微水、油温等信息。点击数据分析菜单选项，可以进入数据分析界面，对监测数据进行进一步分析，以及历史数据查询和统计。以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.变压器状态评价仿真系统，其包括模型本体，其特征在于，所述模型本体由第一油箱(1)、第二油箱(2)通过管道联通组成，两个油箱分别完成各自不同的控制和监测功能，测量控制系统是将系统中的测量和控制装置就地集成全部安放于控制测量柜之中，后台展示系统位于远端的控制室内，通过部署在控制室内的PC机与位于油箱附近的工控机通讯，实现了现场信息的实时通讯，分别在第一油箱(I)、第二油箱(2)配备用于防止油流堵塞的油流继电器；在第一油箱(I)、第二油箱(2)的顶部配置防止油压过大的压力释放阀；分别在第一油箱(I)、第二油箱(2)中配备用于换油时抽真空的真空泵；在第一油箱(I)、第二油箱(2)的安装顶部和底部分别预留油样采集口，在第一油箱(I)、第二油箱(2)内部分别预留装设温度计，在第一油箱(I)、第二油箱(2)顶部分别预留注水接口 ；在第二油箱(2)顶部安装油枕和油位计，指示油箱内的容量，所述第一油箱(I)顶部设置第一套管、第二套管、第三套管；安装在第一油箱(I)内部的一对电极通过第一套管和第二套管与外部的升压变压器相连接，通过调节升压变压器的电压和两个电极之间的距离从而改变两个电极之间的放电量，从而实现对不同工况下放电量的模拟；第一油箱(I)内部通过导体将第三套管与第一油箱(I)底部接地线连接，在第三套管上加装电流发生器，模拟铁芯接地电流。
2.根据权利要求I所述的变压器状态评价仿真系统，其特征在于，在第一油箱(I)侧面预留了 6个用于监测局部放电量的UHF超高频安装阀门，同时油箱内部预留有卡槽，所述卡槽内安装绝缘隔板。
3.根据权利要求I所述的变压器状态评价仿真系统，其特征在于，所述第一油箱(I)底部设置有安装有传感器的接线端子，该传感器用于测量监视铁芯接地电流。
4.根据权利要求I所述的变压器状态评价仿真系统，其特征在于，第一油箱(I)在其油循环管道上设置有油中含水量测量装置，用于测量内部微水的含量。
5.根据权利要求I所述的变压器状态评价仿真系统，其特征在于，所述第二油箱(2)顶部安装多个阀门，分别连接到氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔储气罐，可以通过阀门控制注入气体。
6.根据权利要求I所述的变压器状态评价仿真系统，其特征在于，所述第二油箱(2)的油箱壁上预留的接口，用于实现油色谱监测装置的接入。
7.根据权利要求I所述的变压器状态评价仿真系统，其特征在于，在第二油箱(2)侧面的油循环套管上安装有温度交换装置，采用水为载体的温度交换装置用于保证加热温度永远小于100度，通过油泵的循环功能，使得热量均匀的分布，油箱温度均匀。
8.根据权利要求I所述的变压器状态评价仿真系统，其特征在于，所述第一油箱(I)、第二油箱(2)之间设置有阀门，通过阀门控制第一油箱(I)、第二油箱(2)是否联通。
全文摘要
本发明涉及变电设备状态监测、状态检修，特别是变压器运行状态仿真监测系统，其包括模型本体，其不同之处在于，所述模型本体由第一油箱、第二油箱通过管道联通组成，两个油箱分别完成各自不同的控制和监测功能，测量控制系统是将系统中的测量和控制装置就地集成全部安放于控制测量柜之中，后台展示系统位于远端的控制室内，通过部署在控制室内的PC机与位于油箱附近的工控机通讯，实现了现场信息的实时通讯。
文档编号G01R35/00GK102955145SQ20121041374
公开日2013年3月6日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者谢齐家, 孙鹏, 阮羚, 聂德鑫, 伍志荣, 翟文苑, 卢文华, 张海龙, 孙浩, 沈星 申请人:湖北省电力公司电力科学研究院, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司, 国家电网公司