一种变压器全域联动数字监测安全防护系统的制作方法

本发明属于变压器监测，涉及一种变压器全域联动数字监测安全防护系统。

背景技术：

1、由于变压器的结构和运行环境复杂，在长期运行过程中存在表面积污、受潮、绝缘老化等问题，容易引发局部放电、过热等故障。因此，有必要建立变压器状态监测系统，及时准确地掌握变压器的运行状态，为变压器维修决策方案的制定提供依据。

2、变压器状态监测系统是集变压器信号检测与信号分析、状态诊断于一体的系统。现有技术主要通过监测油中溶解气体、在线功率、温度、局部放电、绕组阻抗、介质损耗等参量，通过油中溶解气体分析技术、模糊逻辑、专家系统、人工神经网络等技术对变压器本体绝缘老化、本体油隙击穿放电、绕组变形松动问题、有载分接开关异常、套管性能恶化等故障进行变压器故障诊断，对变压器状态进行评价，为其运维策略的制定提供依据。

3、目前国内少数厂家实现主变移动重症监护系统的研究，但大都局限为本体在线dga、超声局放等少数单一功能，未实现主变全域在线监测功能，无法对主变实现全域状态量监测并给出状态决策。目前国内在线dga装置只能反映油中多组分溶解气体，未实现油微水及耐压值监测；国内外未实现有载调压开关油中溶解气体在线监测功能，不能实现真空开关中乙炔等关键特征气体含量或油开关中油微水及耐压值监测，无法及时感知有载调压开关运行状态。

技术实现思路

1、针对当前重载变压器工作环境、发展需求和运维方式不足等现状，本发明提出一种变压器全域联动数字监测安全防护系统，采用智能、微型、多元化变压器全域联动数字监测技术，监测变压器本体及其附属有载分接开关、套管等设备的振动、局放、热点成像、电量等信号及工作状态，通过监测信号的变化趋势、事件数据、故障报警等多状态差异化缺陷诊断处理技术，最终分析确定变压器的故障异常，给出变压器诊断状态评价指标。

2、本发明通过下述技术方案来实现。一种变压器全域联动数字监测安全防护系统，包括感知层、数据层、边缘层和应用层；

3、所述感知层部署传感装置实现对变压器运行状态进行全面感知监测，得到变压器监测数据集，所述传感装置包括油中气体-油温-油压-微水多参量传感器、介损-电容-局放多参量传感器、在线振动监测装置；

4、数据层包括汇聚节点和接入节点设备，实现对监测数据的集成和规约；

5、汇聚节点用于接收和汇聚传感装置信息，然后把传感装置数据传送到接入节点；接入节点在实现多种传感装置的标准化、智能化接入后，将规约好的数据发送到边缘计算模块；

6、汇聚节点对于同类型的数据，采用信息熵衡量数据包含的不确定性，根据其信息可靠性赋予数据权重，实现数据融合；对于不同类型的数据，采用主成分分析法，通过线性变换进行数据降维，实现异构数据的融合，将融合后的数据作为故障诊断模型的输入数据；

7、边缘层通过将训练好的故障诊断模型嵌入边缘计算模块，实现变压器状态差异化缺陷诊断评估，并将结果传送至可视化监测平台；同时，当变压器发生严重故障，边缘计算模块直接动作于保护装置，保护保护系统安全；

8、应用层包含系统所有的功能组件，包括在线监测模块、数据列表模块、故障诊断模块以及故障报警模块，并在可视化监测平台以页面的形式展示。

9、进一步优选，所述油中气体-油温-油压-微水多参量传感器是将油中气体、油温、油压和微水传感单元集成于传感器调理板上，油中气体传感单元通过信号处理电路，进行油中气体和电阻值的准确换算，以此来表征油中气体；压力传感单元包含压敏元件和信号调理电路，压敏元件测量压力，通过信号调理电路对压敏元件的压力信号进行零点补偿和温度补偿，压力ε和电阻r之间的换算关系如下：

10、

11、其中，η为压阻系数，e为弹性模量，ε为泊松系数，k为灵敏度系数；

12、进一步优选，利用电容传感器法对油中微水进行测量，根据maxwell-garnetl理论计算油中含有微水时的相对介电常数：

13、

14、其中，εm为油中微水相对介电常数，εw为水的相对介电常数，ε为油的相对介电常数，α为水分质量分数。当微水传感单元感知其介电常数发生变化时，电容量也随之发生变化，根据电容量的变化量来计算油中含水量。

15、进一步优选，介损-电容-局放多参量传感器将高、低频信号线圈集成，线圈套在延长设计的接地导杆上，接地导杆一端以冠簧压接或弹簧顶接的形式与套管末屏引出线相连，另一端与外壳接地端相连。

16、进一步优选，所述故障诊断模型利用smote算法对获取到的变压器数据集中的少数类样本进行扩充，降低原始数据集的不平衡度，基于均衡数据集，构建cnn模型，并通过ssa算法对cnn模型的结构及超参数进行优化，并进行训练，得到优化后的ssa-cnn模型，用于变压器故障诊断。

17、进一步优选，在线监测模块实时监测变压器本体及其附属有载分接开关、套管等设备的振动、局放、热点成像、电量等信号及工作状态；

18、进一步优选，数据列表模块用于以列表的形式展现监测信号的变化趋势、事件数据等；

19、进一步优选，故障诊断模块利用设备运行状态监测信息，实现变压器状态差异化缺陷诊断评估，分析确定变压器的故障异常并对其状态进行评价；

20、进一步优选，故障报警模块在确定变压器典型缺陷、异响、故障信息后，及时发出报警信息并制定运维策略。

21、本发明的有益效果：

22、(1)利用多传感装置对变压器负荷监测、油温、在线dga、有载开关震动等设备运行状态进行全面感知监测，突破主变移动重症监护系统监测参量单一的局限性，实现主变全域在线监测。可对变压器及其关键设备进行在线监测诊断，全面智能监测变压器全周期运行状态，提升主变运行可靠性，降低运维检修成本，延长变压器寿命、提高变压器资产利用率、及时预警并应对电网突发事件，提高变电站设备整体安全运行水平，预防因设备出现故障带来的电网稳定、供电负荷损失等风险，大大提高供电可靠性；并且有效减轻运维巡检人员劳动强度，降低电网规模快速扩展形势下繁重工作和现场复杂条件下工作人员巡检的安全隐患。

23、(2)通过油中气体-油温-油压-微水多参量传感器、介损-电容-局放多参量传感器、在线振动监测装置等多传感装置全面在线检测变压器设备运行状态信息。对于同类型的数据，采用信息熵衡量数据包含的不确定性，根据其信息可靠性赋予数据权重，实现数据融合。对于不同类型的数据，采用主成分分析法，通过线性变换进行数据降维，将复杂数据简化，实现异构数据的融合。

技术特征：

1.一种变压器全域联动数字监测安全防护系统，包括感知层、数据层、边缘层和应用层；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的变压器全域联动数字监测安全防护系统，其特征在于，所述油中气体-油温-油压-微水多参量传感器是将油中气体、油温、油压和微水传感单元集成于传感器调理板上，油中气体传感单元通过信号处理电路，进行油中气体和电阻值的准确换算，以此来表征油中气体；压力传感单元包含压敏元件和信号调理电路，压敏元件测量压力，通过信号调理电路对压敏元件的压力信号进行零点补偿和温度补偿，压力ε和电阻r之间的换算关系如下：

3.根据权利要求1所述的变压器全域联动数字监测安全防护系统，其特征在于，介损-电容-局放多参量传感器将高、低频信号线圈集成，线圈套在延长设计的接地导杆上，接地导杆一端以冠簧压接或弹簧顶接的形式与套管末屏引出线相连，另一端与外壳接地端相连。

4.根据权利要求1所述的变压器全域联动数字监测安全防护系统，其特征在于，利用smote算法对获取到的变压器监测数据集中的少数类样本进行扩充，降低原始数据集的不平衡度，得到均衡数据集，然后将均衡数据集经过汇聚节点进行融合处理，融合后的数据作为训练ssa-cnn模型的数据集；构建cnn模型，并通过ssa算法对cnn模型的结构及超参数进行优化，并进行训练，得到优化后的ssa-cnn模型，然后用所构建的数据集对ssa-cnn模型进行训练，得到故障诊断模型，用于变压器故障诊断。

5.根据权利要求1所述的变压器全域联动数字监测安全防护系统，其特征在于，在线监测模块实时监测变压器本体及其附属有载分接开关、套管等设备的振动、局放、热点成像、电量等信号及工作状态。

6.根据权利要求1所述的变压器全域联动数字监测安全防护系统，其特征在于，数据列表模块用于以列表的形式展现监测信号的变化趋势、事件数据等。

7.根据权利要求1所述的变压器全域联动数字监测安全防护系统，其特征在于，故障诊断模块利用设备运行状态监测信息，实现变压器状态差异化缺陷诊断评估，分析确定变压器的故障异常并对其状态进行评价。

8.根据权利要求1所述的变压器全域联动数字监测安全防护系统，其特征在于，故障报警模块在确定变压器典型缺陷、异响、故障信息后，及时发出报警信息并制定运维策略。

技术总结
本发明公开了一种变压器全域联动数字监测安全防护系统，包括感知层、数据层、边缘层和应用层；所述感知层部署传感装置实现对变压器运行状态进行全面感知监测；数据层包括汇聚节点和接入节点设备，实现对监测数据的集成和规约；汇聚节点对于同类型的数据，采用信息熵衡量数据包含的不确定性，根据其信息可靠性赋予数据权重，实现数据融合；边缘层通过将训练好的故障诊断模型嵌入边缘计算模块，实现变压器状态差异化缺陷诊断评估，边缘计算模块直接动作于保护装置，保护保护系统安全。本发明采用全域联动数字监测技术，分析确定变压器的故障异常，给出变压器诊断状态评价指标。

技术研发人员：张化昭,朱建武,王永华,万俊俊,邱日强,彭明聪,熊海强,马祖云,王佳昕,龚振洲,付理祥,王巍璋,周露,姜敏,万震骏,郑陈权,齐金伟,李洁,党翠
受保护的技术使用者：国网江西省电力有限公司南昌供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/31