BG1863U1 - System for remote monitoring and diagnosis of power transformers - Google Patents

Abstract

The utility model refers to the system for remote monitoring and diagnosis of power transformers by acoustic method and will find application for continuous monitoring and analysis of the status of the transformers. The system includes at least three acoustic sensor (1) placed on the casing of the transformer as acoustic sensors (1) are connected by cables (3) with analysing device (4). According to the utility model, the system includes at least one additional sensor (2) for temperature and/or pressure and/or humidity, placed on one of the walls of the transformer and connected to the analyzing device (4) through the cable (3), in which at least three acoustic sensor (1) are placed in one of three adjacent walls of the transformer and are positioned at 90 degrees to one another as a analyzing device (4) is linked via the Internet (5) with a server database (6) connected to the centre for monitoring and analysis (7).

Description

(54) СИСТЕМА ЗА ОТДАЛЕЧЕН МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА НА СИЛОВИ ТРАНСФОРМАТОРИ(54) REMOTE MONITORING AND DIAGNOSTIC SYSTEM FOR POWER TRANSFORMERS

Област на техникатаField of technology

Полезният модел се отнася до система за отдалечен мониторинг и диагностика на силови трансформатори по акустичен метод и ще намери приложение за непрекъснато наблюдение и анализ на състоянието на трансформаторите по време на тяхната експлоатация.The utility model refers to a system for remote monitoring and diagnostics of power transformers by acoustic method and will find application for continuous monitoring and analysis of the condition of transformers during their operation.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Силовите трансформатори са съществена част от електроенергийната система. Непланираните спирания на трансформаторите оказват значителен икономически ефект върху работата на електрическата мрежа. Поради това е от особена важност да се осигури точна оценка на състоянието на трансформаторите в експлоатационни условия, за да се постигне максимално ниво на тяхната работоспособност. В областта на техниката са създадени системи, провеждащи тестове за диагностика на трансформатори по различни методи.Power transformers are an essential part of the power system. Unplanned shutdowns of transformers have a significant economic effect on the operation of the electrical network. Therefore, it is essential to ensure an accurate assessment of the condition of the transformers in service conditions in order to achieve the maximum level of their operability. In the field of technology, systems have been created for conducting tests for diagnostics of transformers by various methods.

От патент US 6340890 е известна система за локализиране на частични разряди в силов трансформатор по акустичен метод, включваща три акустични сензора, поставени върху стена от корпуса на трансформатора като акустичните сензори са свързани чрез кабели с анализиращо устройство. Автоматичното изследване и анализ на получените данни позволява откриване и локализиране на частичните разряди в трансформатора. Тази известна система обаче не измерва други физични величини, важни за състоянието на трансформатора по време на експлоатация.U.S. Pat. No. 6,340,890 discloses a system for locating partial discharges in a power transformer by an acoustic method, comprising three acoustic sensors mounted on a wall of the transformer housing, the acoustic sensors being connected by cables to an analyzer. The automatic examination and analysis of the obtained data allows detection and localization of partial discharges in the transformer. However, this known system does not measure other physical quantities that are important for the condition of the transformer during operation.

Техническа същност на полезния моделTechnical essence of the utility model

Цел на полезния модел е да се създаде система за отдалечен мониторинг и диагностика на силови трансформатори, с която да се осъществява непрекъснато наблюдение и анализ на състоянието на трансформаторите по време на експлоатация, като се разшири броят на откриваните дефекти.The purpose of the utility model is to create a system for remote monitoring and diagnostics of power transformers, with which to carry out continuous monitoring and analysis of the condition of the transformers during operation, expanding the number of detected defects.

Друга цел на полезния модел е да създаде система за отдалечен мониторинг и диагностика на силови трансформатори, която да отк рива своевременно появата на признаци за настъпваща повреда и веднага да алармира, за да се предотвратят последващи проблеми.Another goal of the utility model is to set up a system for remote monitoring and diagnostics of power transformers, which detects in a timely manner the appearance of signs of damage and immediately alerts to prevent further problems.

По време на експлоатация на трансформаторното оборудване вследствие на електромагнитните сили, генерирани от протичащия през намотките ток се генерира акустична сигнатура, която пряко отразява техническото състояние на трансформатора. Това дава възможност да се изследват трансформатори посредством анализ на акустичната сигнатура и да се откриват проблеми като частични разряди, разхлабени намотки, прегряване и др.During the operation of the transformer equipment due to the electromagnetic forces generated by the current flowing through the windings, an acoustic signature is generated, which directly reflects the technical condition of the transformer. This makes it possible to study transformers by analyzing the acoustic signature and to detect problems such as partial discharges, loose windings, overheating and more.

Ако в допълнение към акустичната сигнатура се наблюдават и други параметри - като например влажност на маслото, температура на намотките и маслото и др. може да се постигне изключително точна оценка на състоянието и ресурса на трансформаторното оборудване.If, in addition to the acoustic signature, other parameters are observed - such as oil humidity, coil and oil temperature, etc. extremely accurate assessment of the condition and resource of the transformer equipment can be achieved.

За постигане на поставените цели, системата за отдалечен мониторинг и диагностика на силови трансформатори включва поне три акустични сензора, поставени върху корпуса на трансформатора като акустичните сензори са свързани чрез кабели с анализиращо устройство. Съгласно полезния модел системата включва още и поне един допълнителен сензор температура и/ или налягане, и/или влажност, поставен върху една от стените на трансформатора и свързан с анализиращото устройство чрез кабел. Поне трите акустични сензора са поставени по един върху три съседни стени на трансформатора и са разположени на 90° един спрямо друг. Анализиращото устройство приема и обработва данните от всички сензори и ги изпраща чрез интернет към сървър база данни, свързан към център за мониторинг и анализ.To achieve the set goals, the system for remote monitoring and diagnostics of power transformers includes at least three acoustic sensors placed on the body of the transformer and the acoustic sensors are connected via cables with an analyzer. According to the utility model, the system also includes at least one additional temperature and / or pressure and / or humidity sensor placed on one of the transformer walls and connected to the analyzer by a cable. At least the three acoustic sensors are placed one on top of three adjacent walls of the transformer and are located at 90 ° to each other. The analyzer receives and processes the data from all sensors and sends them via the Internet to a database server connected to a monitoring and analysis center.

Поне единият допълнителен сензор може да бъде за налягане или за температура или за влажност на маслото.At least one additional sensor can be for pressure or temperature or humidity of the oil.

За предпочитане е, системата да включва множество допълнителни сензори, всеки за температура и/или за налягане, и/или за влажност.Preferably, the system includes a plurality of additional sensors, each for temperature and / or pressure and / or humidity.

Анализиращото устройство е съставено от аналогово-цифров преобразувател, свързан с логически блок, свързан с комуникационен модул.The analyzer is composed of an analog-to-digital converter connected to a logic unit connected to a communication module.

Системата за отдалечен мониторинг и диагностика на силови трансформатори, съгласно полезния модел, позволява по време на мониторинга на трансформаторите да се събират голямThe system for remote monitoring and diagnostics of power transformers, according to the utility model, allows during the monitoring of the transformers to collect a large

1863 UI набор от данни и да се правят много различни измервания. В резултат на непрекъснатия анализ на получените данни, извършван от центъра за мониторинг и анализ се получава изключително точна оценка на състоянието и ресурса на трансформаторното оборудване.1863 UI data set and make many different measurements. As a result of the continuous analysis of the received data, performed by the monitoring and analysis center, an extremely accurate assessment of the condition and resource of the transformer equipment is obtained.

Друго предимство на системата е, че тя предупреждава своевременно за появата на признаци за настъпваща повреда.Another advantage of the system is that it warns in a timely manner of the appearance of signs of damage.

Благодарение на модулността на системата могат да се изградят различни нейни варианти в зависимост от конкретните нужди на клиента или изискванията към съответния трансформатор. Клиентът може да избере дали да има голям брой от индикатори на състоянието, или да се концентрира само на специфични такива.Thanks to the modularity of the system, different variants can be built depending on the specific needs of the customer or the requirements for the respective transformer. The client can choose to have a large number of status indicators or to concentrate only on specific ones.

Също така предимство на системата за отдалечен мониторинг и диагностика на силови трансформатори, съгласно полезния модел е възможността за включване на още сензори към вече инсталираната система, без това да води до нейното усложняване. На практика, системата не е ограничена по отношение на броя на сензорите. Освен това, системата позволява мониторинга на няколко трансформатора едновременно.Also an advantage of the system for remote monitoring and diagnostics of power transformers, according to the utility model is the ability to connect more sensors to the already installed system, without this complicating it. In practice, the system is not limited in terms of the number of sensors. In addition, the system allows the monitoring of several transformers simultaneously.

Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure

Фигура 1 представлява схематично изображение на система за отдалечен мониторинг и диагностика на силови трансформатори, съгласно полезния модел.Figure 1 is a schematic representation of a system for remote monitoring and diagnostics of power transformers, according to the utility model.

Пример за изпълнение на полезния моделExample of implementation of the utility model

Полезният модел е разкрит по-подробно с описание на едно предпочитано примерно изпълнение, илюстрирано на фиг. 1.The utility model is disclosed in more detail with a description of a preferred embodiment illustrated in FIG. 1.

По време на експлоатация на трансформатора вследствие на електромагнитните сили, генерирани от протичащия през намотките ток се генерира акустична сигнатура, която пряко отразява техническото състояние на трансформатора. За да се прави непрекъснато анализ на акустичната сигнатура и да се откриват проблеми, като частични разряди, разхлабени намотки, прегряване и др., на всеки наблюдаван трансформатор се поставят поне три акустични сензора 1, по един на три съседни стени така, че да са разположени на 90° един спрямо друг. Възможно е и друго разположение, подходящо за последващо тримерно моделиране на работата на трансформатора.During the operation of the transformer due to the electromagnetic forces generated by the current flowing through the windings, an acoustic signature is generated, which directly reflects the technical condition of the transformer. In order to continuously analyze the acoustic signature and detect problems such as partial discharges, loose coils, overheating, etc., at least three acoustic sensors 1 shall be placed on each monitored transformer, one on three adjacent walls so that they are located at 90 ° to each other. Another arrangement is possible, suitable for subsequent three-dimensional modeling of the transformer operation.

Съгласно полезния модел, системата предвижда мониторинг и на други физични величини като температура на маслото, налягане в масления казан, влажност на маслото.According to the utility model, the system provides monitoring of other physical quantities such as oil temperature, pressure in the oil pan, oil humidity.

Например, от температурата на маслото може да се извлече информация за работната температура на намотките. В режим на претоварване е възможно прегряване на намотките, което води до термична деградация на изолатора на проводника и намаляване експлоатационния живот на трансформатора.For example, information on the operating temperature of the windings can be derived from the oil temperature. In overload mode, it is possible for the windings to overheat, which leads to thermal degradation of the conductor insulator and reduction of the transformer service life.

При определени условия в масления казан на трансформатора е възможно да възникне повишено налягане, което да надвиши конструктивно заложените параметри за устойчивост на корпуса на казана. В такива случаи следва да се вземат защитни мерки - например отваряне на клапан за освобождаване на налягането или сигнал за аларма.Under certain conditions, it is possible for an increased pressure to occur in the oil tank of the transformer, which would exceed the structurally set parameters for the stability of the boiler body. In such cases, protective measures should be taken - for example, opening a pressure relief valve or an alarm signal.

Маслото играе роля на охладител и изолатор, високата степен на влажност в маслото на трансформатора спомага за възникване на частични разряди.The oil acts as a coolant and insulator, the high degree of humidity in the transformer oil contributes to the occurrence of partial discharges.

За да се проследят и анализират посочените по-горе физични величини, върху корпуса на трансформатора се поставя поне един допълнителен сензор 2 за измерване на температура или на налягане или на влажност на маслото или на друга избрана физична величина.In order to monitor and analyze the above physical quantities, at least one additional sensor 2 for measuring the temperature or pressure or humidity of the oil or another selected physical quantity is placed on the transformer housing.

За предпочитане е да се поставят множество допълнителни сензори, всеки за различна физична величина, тъй като анализа на всички получени от сензорите данни дава много по-пълна и точна картина на състоянието на трансформатора.It is preferable to place a number of additional sensors, each for a different physical quantity, as the analysis of all the data obtained from the sensors gives a much more complete and accurate picture of the state of the transformer.

Всички сензори 1, 2, монтирани върху стените на трансформатора изпращат непрекъснато данни на анализиращо устройство 4 чрез кабели 3. Анализиращото устройство 4 включва аналогово-цифров преобразувател 4.1, свързан с логически блок 4.2, свързан с комуникационен модул 4.3. Аналогово-цифровият преобразувател 4.1 подава непрекъснат поток от данни към логическия блок 4.2. Данните от акустичните сензори 1 се подават с честота 250 кХц, а данните от допълнителните сензори 2 се подават с по-малка честота - например 10 Хц. Логическият блок 4.2 получава данните от всички сензори 1, 2 в непрекъснат режим. Всеки отделен сигнал от акустичните сензори 1 се прекарAll sensors 1, 2 mounted on the walls of the transformer continuously send data to the analyzer 4 via cables 3. The analyzer 4 includes an analog-to-digital converter 4.1 connected to a logic unit 4.2 connected to a communication module 4.3. The analog-to-digital converter 4.1 supplies a continuous stream of data to the logic unit 4.2. The data from the acoustic sensors 1 are transmitted with a frequency of 250 kHz, and the data from the additional sensors 2 are transmitted with a lower frequency - for example 10 Hz. Logic unit 4.2 receives data from all sensors 1, 2 in continuous mode. Each individual signal from the acoustic sensors 1 is passed

1863 UI ва през функции (програмни) за анализиране на сигнала с цел да се открие сигнатура, дефинираща определен технически проблем в трансформатора. Функциите могат да са различни за всяка повреда и всяка функция да открива специфичен проблем. Един метод за такава функция е Невронна мрежа, обучена да открива точно определена сигнатура по метода на обратното разпространение на сигнал за грешка. Възможни са и други реализации на програмните функции - напримерт.нар. Moving average или търсене на пикове и др.1863 UI va through functions (software) for signal analysis in order to detect a signature defining a specific technical problem in the transformer. The functions may be different for each fault and each function may detect a specific problem. One method for such a function is a neural network trained to detect a specific signature by the error signal propagation method. Other implementations of the program functions are also possible - for example. Moving average or search for peaks, etc.

В случай че някоя от анализиращите функции изведе прекъсване за открит проблем, логическият блок 4.2 подава целия буфер с данни към комуникационния модул 4.3, който от своя страна препраща чрез интернет 5 съдържащите се в буфера данни към сървъра за бази данни 6.In case one of the analysis functions causes an interrupt for an open problem, the logic block 4.2 sends the entire data buffer to the communication module 4.3, which in turn forwards via the Internet 5 the data contained in the buffer to the database server 6.

Логическият блок 4.2 е с необходимата производителност, за да е в състояние да изпълни всички анализи на данните в реално време. Комуникационният модул 4.3 получава буфера с данни от логическия блок 4.2 и го препраща към сървъра за бази данни 6. Центърът 7 за мониторинг, анализ и визуализация получава данните от буфера на логическия блок 4.2 чрез сървъра за бази данни 6, след което извършва допълнителна софтуерна обработка и предоставя:Logic block 4.2 has the necessary performance to be able to perform all data analyzes in real time. The communication module 4.3 receives the data buffer from the logical block 4.2 and forwards it to the database server 6. The monitoring, analysis and visualization center 7 receives the data from the logical block buffer 4.2 through the database server 6, then performs additional software processing and provides:

- тримерна графика на акустичните емисии, чрез която да се определи мястото на възникнал проблем;- three-dimensional graph of acoustic emissions, through which to determine the location of the problem;

- извежда показанията на допълнителните сензори 2 за физични величини;- displays the readings of the additional sensors 2 for physical quantities;

- графика на честотния спектър за всеки акустичен сензор 1 (Фурие трансформация);- frequency spectrum graph for each acoustic sensor 1 (Fourier transform);

- амплитудно временна графика за всеки акустичен сензор 1;- amplitude time graph for each acoustic sensor 1;

- историческа графика със стойностите на допълнителните сензори 2 за физични величини.- historical graph with the values of the additional sensors 2 for physical quantities.

Комуникацията в системата се осъществява или по оптичен кабел или посредством безжичен модул.The communication in the system is carried out either by optical cable or by means of a wireless module.

Claims (3)

1. Система за отдалечен мониторинг и диагностика на силови трансформатори, включваща поне три акустични сензора (1), поставени върху корпуса на трансформатора като акустичните сензори (1) са свързани чрез кабели (3) с анализиращо устройство (4), характеризираща се с това, че включва и поне един допълнителен сензор (2) за температура и/или за налягане и/ или за влажност, поставен върху една от стените на трансформатора и свързан с анализиращото устройство (4) чрез кабела (3), при което трите акустични сензора (1) са поставени по един върху три съседни стени на трансформатора и са разположени на 90° един спрямо друг, като анализиращото устройство (4) е свързано чрез интернет (5) със сървър база данни (6), свързан към център за мониторинг и анализ (7).A system for remote monitoring and diagnostics of power transformers, comprising at least three acoustic sensors (1) mounted on the transformer housing, the acoustic sensors (1) being connected by cables (3) to an analyzer (4), characterized in that that it also includes at least one additional sensor (2) for temperature and / or pressure and / or humidity, placed on one of the walls of the transformer and connected to the analyzer (4) by the cable (3), where the three acoustic sensors (1) are placed one on top of three adjacent walls of the transformer and are located at 90 ° to each other, the analyzer (4) is connected via the Internet (5) to a database server (6) connected to a monitoring center and analysis (7). 2. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че включва множество допълнителни сензори (2) за температура и/или за налягане, и/или за влажност.System according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of additional sensors (2) for temperature and / or pressure and / or humidity. 3. Система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че анализиращото устройство (4) включва аналогово-цифров преобразувател (4.1), свързан с логически блок (4.2), свързан с комуникационен модул (4.3).System according to claim 1, characterized in that the analyzer (4) comprises an analogue-to-digital converter (4.1) connected to a logic unit (4.2) connected to a communication module (4.3).