CN113721166A - 一种干式全感知智能变压器装置及其管理*** - Google Patents
一种干式全感知智能变压器装置及其管理*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种干式全感知智能变压器装置及其管理***，通过在变压器本体上设置多类型的电气量传感器和环境参量传感器，并且根据所监测的参量进行电气量计算、电能质量监测以及变压器的寿命预测；该干式全感知智能变压器装置还通过与物联管理云平台以及移动运维终端的信息互连共同组成管理***，可以上传干式全感知智能变压器装置的监测结果，并且可以通过物联管理云平台实现对变压器的运维控制，从而实现了变压器关键数据的实时监测，监测数据全面、监测速度迅速，达到一体化、全感知的监测效果。
Description
技术领域
本发明涉及变压器在线监测技术领域，尤其涉及一种干式全感知智能变压器装置及其管理***。
背景技术
干式配电变压器作为中压配电网的重要元件，其设备的健康运行，直接影响这供电可靠性。目前国内市场上，由于政策引导，大部分厂家重心放在智能一体化台成套智能终端(TTU)，生产并制造智能变压器的厂家很少，在市场上宣传的智能变压器，其功能比较单一，只是单纯的将变压器的数据例如电压、电流等参数上送，实现了展示的目的。变压器智能终端具备电气量监测功能、电能质量监测功能、环境温湿度监测功能、绕组温度监测功能和风机联动控制功能等，监测参量较少，不能及时对变压器的异常情况进行预警，具有一定分析诊断功能。在设计变压器时，需要按照设备一体化、一二次融合的原则在变压器本体上研究布置传感器和智能终端，实现关键数据实时监测，达到一体化、全感知要求，在一体化设计方面暂未见有公开的方法。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种干式全感知智能变压器装置及其管理***，通过在变压器本体上设置多类型的电气量传感器和环境参量传感器，实现了变压器关键数据的实时监测，达到一体化、全感知的监测效果。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种干式全感知智能变压器装置，包括变压器本体、变压器智能终端模块、电气量监测模块、运行状态监测模块、运行环境监测模块、以及显示模块；其中，
所述电气量监测模块、运行状态监测模块和运行环境监测模块分别与变压器本体以及变压器智能终端模块连接，用于对变压器本体的电压电流、运行状态和运行环境参量进行监测，并将所监测的变压器本体的电压电流、运行状态和运行环境参量输出至变压器智能终端模块；
所述变压器智能终端模块根据接收的电压电流进行计算，以得到电气量，并根据该电压电流和电气量进行电能质量监测；根据接收到的运行状态和运行环境参量进行状态监测，在状态异常时进行告警并对***设备进行联动控制；根据电气量、运行状态和运行环境参量进行计算，以得到变压器的相关参数；
所述变压器智能终端模块的输出连接显示模块，用于将所接收的电压电流、运行状态和运行环境参量，以及计算得到的电气量、电能质量参量以及变压器的相关参数输出至显示模块进行显示。
进一步的，所述电气量监测模块包括：
低压侧电压传感器，用于获取低压侧的电压信号；
低压侧电流传感器，经电流互感器获取变压器的电流信号。
进一步的，所述运行状态监测模块包括：
光纤测温传感器，用于获取变压器绕组的温度；
局放传感器，用于获取局部放电信号；
振动传感器，用于获取变压器的振动信号；
铁芯接地电流传感器，用于获取变压器的铁芯接地电流信号；
热成像传感器，用于获取三相电缆头温度信号；
视频传感器，用于获取变压器视频信号，用于确认门禁异常、水浸或火灾信息；
所述运行环境监测模块包括：
门禁传感器，用于获取柜门开启信号；
烟感传感器，用于获取烟雾信号；
水浸传感器，用于获取变压器是否浸水信号；
环境温湿度传感器，用于获取环境的温度和湿度。
进一步的，所述根据接收的电压电流进行计算得到的电气量包括功率值、功率因数值、频率值、以及谐波值。
进一步的，所述根据该电压电流和电气量进行电能质量监测，包括进行电压合格率、过压、欠压、缺相、失压、功率因数越限、频率偏差、三相不平衡度、以及谐波含有率监测。
进一步的，所述变压器的相关参数包括寿命损失率，该寿命损失率通过以下方式计算：
获取在预定时间内变压器绕组的温度平均值θWn、以及在预定时间内的环境温度平均值θn；
根据该变压器绕组的温度平均值θWn和环境温度平均值θn、以及热点系数Z计算热点温度θHS；
根据该热点温度θHS和最高热点温度θW求得变压器的寿命损失率。
进一步的，所述变压器的寿命损失率根据以下公式计算：
θHS＝Z·(θWn-θn)+θn
其中，δ为变压器每小时损失寿命，单位为小时；热点系数Z和最高热点温度θW为常数。
进一步的，所述变压器智能终端模块还用于当变压器绕组的温度、过载、或者环境的温度或湿度超出预设阈值时，输出跳闸信号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种干式全感知智能变压器装置的管理***，包括干式全感知智能变压器装置、物联管理云平台、以及移动运维终端；其中，
所述干式全感知智能变压器装置和物联管理云平台通过第一通信网络连接，将监测结果发送至物联管理云平台；
所述移动运维终端和物联管理云平台通过通信网络第二通信网络连接，通过物联管理云平台接收监测结果以及进行运维操作；
所述干式全感知智能变压器装置包括如本发明第一个方面所述的装置。
进一步的，所述第一和第二通信网络包括4G通信网络。
综上所述，本发明提供了一种干式全感知智能变压器装置及其管理***，通过在变压器本体上设置多类型的电气量传感器和环境参量传感器，并且根据所监测的参量进行电气量计算、电能质量监测以及变压器的寿命预测；该干式全感知智能变压器装置还通过与物联管理云平台以及移动运维终端的信息互连共同组成管理***，可以上传干式全感知智能变压器装置的监测结果，并且可以通过物联管理云平台实现对变压器的运维控制，从而实现了变压器关键数据的实时监测，监测数据全面、监测速度迅速，达到一体化、全感知的监测效果。
附图说明
图1是本发明干式全感知智能变压器装置的构成框图；
图2是变压器智能终端模块的原理示意图；
图3是本发明干式全感知智能变压器装置的管理***的构成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种干式全感知智能变压器装置，包括变压器本体、变压器智能终端模块、电气量监测模块、环境参量监测模块、以及显示模块，该装置的构成框图如图1所示。
电气量监测模块和环境参量监测模块分别与变压器本体以及变压器智能终端模块连接，用于对变压器本体的电压电流和环境参量进行监测，并将所监测的电压电流和环境参量输出至变压器智能终端模块。该电气量监测模块包括低压侧电压传感器、电流互感器、以及铁芯接地电流传感器等用于监测电压电流参量的传感器，其中，低压侧电压传感器用于获取低压侧的电压信号；电流互感器经电流互感器获取变压器的电流信号；铁芯接地电流传感器用于获取变压器的铁芯接地电流信号。该运行状态参量监测模块包括光纤测温传感器、局放传感器、振动传感器、热成像传感器、视频传感器；运行环境监测模块包括：门禁传感器、水浸传感器以及环境温湿度传感器等。其中，光纤测温传感器，用于获取变压器绕组的温度；局放传感器，用于获取局部放电信号；振动传感器，用于获取变压器的振动信号；铁芯接地电流传感器，用于获取变压器的铁芯接地电流信号；热成像传感器，用于获取三相电缆头温度信号；视频传感器，用于获取变压器视频信号，用来在确认门禁异常或火灾信息；门禁传感器，用于获取柜门开启信号；烟感传感器，用于获取烟雾信号；水浸传感器，用于获取变压器是否浸水信号；环境温湿度传感器，用于获取环境的温度和湿度。
所述变压器智能终端模块根据接收的电压电流进行计算，以得到电气量，并根据该电压电流和电气量进行电能质量监测；根据接收到的运行状态和运行环境参量进行状态监测，在状态异常时进行告警并对***设备进行联动控制；根据电气量、运行状态和运行环境参量进行计算，以得到变压器的相关参数。图2中示出了该变压器智能终端模块的原理示意图，该变压器智能终端模块以处理器为核心器件，用于实现计算、状态监测等功能；还包括电压采集模块和电流采集模块，用于电压和电流的采集；开入模块和开出模块，分别用于接收和输出开入开出信号，以及用于供电的电源模块，和用于通信的串口模块。该变压器智能终端模块可以根据接收到的运行状态参量得到变压器绕组温度、铁芯温度、电缆头温度、局放、振动等信息，并在异常状态下告警和对风机和断路器进行联动控制；根据接收的环境参量进行计算，以得到水浸、火灾、门禁异常等变压器运行环境参量，并在异常状态下告警和对水泵进行联动控制；根据电气量参量、运行状态参量和运行环境参量进行计算，以得到变压器的负载率、损耗、寿命损失率。其中，通过计算得到的电气量可以包括功率值、功率因数值、频率值、以及谐波值。根据该电压电流和电气量进行电能质量监测，可以包括进行电压合格率、过压、欠压、缺相、失压、功率因数越限、频率偏差、三相不平衡度、以及谐波含有率监测。上述各电气量的计算和电能质量监测均为本领域常用的计算方法和监测方法，在此不再赘述。根据接收的各参量进行计算，以得到变压器的寿命损失率。本实施例中的变压器寿命预测采用6度法则，即温度每增加6度，老化率加倍。在每预定时间计算一次，该预定时间例如可以为1小时，具体计算方法如下：
获取在预定时间内变压器绕组的温度平均值θWn、以及在预定时间内的环境温度平均值θn；
根据该变压器绕组的温度平均值θWn和环境温度平均值θn、以及热点系数Z计算热点温度θHS；
根据该热点温度θHS和最高热点温度θW求得变压器的寿命损失率。
所述变压器的寿命损失率根据以下公式计算：
其中，δ为变压器每小时损失寿命，单位为小时；最高热点温度θW也为常数，根据变压器绝缘等级设置，例如F级为145℃，H级为170℃。如果θHS≤θW，则每小时损失寿命＝1小时。θHS的计算过程如下：
ΔθWn,r＝θWn-θn
ΔθHS,r＝Z·ΔθWn,r
θHS＝ΔθHS,r+θn
其中，ΔθWn,r为绕组的平均温升，ΔθHS,r为热点温升，根据以上各式可得：
θHS＝Z·(θWn-θn)+θn
其中，热点系数Z为常数，与变压器材料工艺有关，可根据温升实验设置，如无温升实验数据可默认为1.25。
变压器智能终端模块的输出连接显示模块，用于将所接收的电压电流和环境参量，以及计算得到的电气量、电能质量参量、以及变压器的寿命损失率输出至显示模块进行显示。该变压器智能终端模块还用于当变压器绕组的温度、过载、或者环境的温度或湿度超出预设阈值时，输出跳闸信号。并且，可以将智能终端模块与风机和水泵相互连接，以在上述参量超出预设阈值时，进行告警，并根据告警情况联动风机和水泵动作。该变压器智能终端模块还可以根据监测数据计算负载率、铜耗、铁耗。风机在任一相绕组温度或铁芯温度超过预设阈值时时启动，以达到变压器降温目的；水泵在监测到有水浸信息时启动，防止变压器本体浸水。
(1)计算配变负载率
配变A相负载率βa：
βa＝(Sa*(CT1/CT2)/(Sn/3))*100％
配变B相负载率βb：
βb＝(Sb*(CT1/CT2)/(Sn/3))*100％
配变C相负载率βc：
βc＝(Sc*(CT1/CT2)/(Sn/3))*100％
配变负载率β：
β＝(S*(CT1/CT2)/(Sn/3))*100％
其中βa、βb、βc、β分别为三相负载率和总负载率；Sa、Sb、Sc、S分别为三相视在功率和总视在功率，CT1和CT2是电流互感器一次变比和二次变比，Sn是变压器额定容量。
(2)损耗监测
短路损耗＝短路阻抗(％)*变压器额定容量Sn；
铜耗电量＝配变负载率β2*短路损耗*运行小时h；
铁耗电量＝空载损耗*运行小时；
损耗电量＝铜耗电量+铁耗电量；
其中短路阻抗和空载损耗可在变压器铭牌上查出。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种干式全感知智能变压器装置的管理***，该***的构成示意图如图3所示，包括干式全感知智能变压器装置、物联管理云平台、以及移动运维终端。所述干式全感知智能变压器装置和物联管理云平台通过第一通信网络连接，将监测结果发送至物联管理云平台；所述移动运维终端和物联管理云平台通过通信网络第二通信网络连接，通过物联管理云平台接收监测结果以及进行运维操作；所述干式全感知智能变压器装置包括如本发明第一个实施例所述的装置。其中，所述第一和第二通信网络包括4G通信网络。
在该管理***中，可以将变压器智能终端模块的唯一性身份识别码注册到物联管理云平台，并在物联管理云平台绑定用户和设备信息，实现对变压器的资产管理，当传感设备接入变压器本体后，变压器本体自动创建设备台账信息，并实时监测设备在线状态，并将设备台账和在线状态上传至物联管理云平台；可通过就地人机、云端、移动端查看变压器运行状态和实时数据，并进行定值投退等运维操作。
综上所述，本发明涉及一种干式全感知智能变压器装置及其管理***，通过在变压器本体上设置多类型的电气量传感器和环境参量传感器，并且根据所监测的参量进行电气量计算、电能质量监测以及变压器的寿命预测；该干式全感知智能变压器装置还通过与物联管理云平台以及移动运维终端的信息互连共同组成管理***，可以上传干式全感知智能变压器装置的监测结果，并且可以通过物联管理云平台实现对变压器的运维控制，从而实现了变压器关键数据的实时监测，监测数据全面、监测速度迅速，达到一体化、全感知的监测效果。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种干式全感知智能变压器装置，其特征在于，包括变压器本体、变压器智能终端模块、电气量监测模块、运行状态监测模块、运行环境监测模块、以及显示模块；其中，
所述电气量监测模块、运行状态监测模块和运行环境监测模块分别与变压器本体以及变压器智能终端模块连接，用于对变压器本体的电压电流、运行状态和运行环境参量进行监测，并将所监测的变压器本体的电压电流、运行状态和运行环境参量输出至变压器智能终端模块；
所述变压器智能终端模块根据接收的电压电流进行计算，以得到电气量，并根据该电压电流和电气量进行电能质量监测；根据接收到的运行状态和运行环境参量进行状态监测，在状态异常时进行告警并对***设备进行联动控制；根据电气量、运行状态和运行环境参量进行计算，以得到变压器的相关参数；
所述变压器智能终端模块的输出连接显示模块，用于将所接收的电压电流、运行状态和运行环境参量，以及计算得到的电气量、电能质量监测结果以及变压器的相关参数输出至显示模块进行显示。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电气量监测模块包括：
低压侧电压传感器，用于获取低压侧的电压信号；
低压侧电流传感器，经电流互感器获取变压器的电流信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述运行状态监测模块包括：
光纤测温传感器，用于获取变压器绕组的温度；
局放传感器，用于获取局部放电信号；
振动传感器，用于获取变压器的振动信号；
铁芯接地电流传感器，用于获取变压器的铁芯接地电流信号；
热成像传感器，用于获取三相电缆头温度信号；
视频传感器，用于获取变压器视频信号，用于确认门禁异常、水浸、或火灾信息；
所述运行环境监测模块包括：
门禁传感器，用于获取变压器柜门开启信号；
烟感传感器，用于获取烟雾信号；
水浸传感器，用于获取变压器是否浸水信号；
环境温湿度传感器，用于获取环境的温度和湿度。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述根据接收的电压电流进行计算得到的电气量包括功率值、功率因数值、频率值、以及谐波值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述根据该电压电流和电气量进行电能质量监测，包括进行电压合格率、过压、欠压、缺相、失压、功率因数越限、频率偏差、三相不平衡度、以及谐波含有率监测。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述变压器的相关参数包括寿命损失率，该寿命损失率通过以下方式计算：
获取在预定时间内变压器绕组的温度平均值θWn、以及在预定时间内的环境温度平均值θn；
根据该变压器绕组的温度平均值θWn和环境温度平均值θn、以及热点系数Z计算热点温度θHS；
根据该热点温度θHS和最高热点温度θW求得变压器的寿命损失率。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述变压器的寿命损失率根据以下公式计算：
θHS＝Z·(θWn-θn)+θn
其中，δ为变压器每小时损失寿命，单位为小时；热点系数Z和最高热点温度θW为常数。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述变压器智能终端模块还用于当变压器绕组的温度、过载、或者环境的温度或湿度超出预设阈值时，输出跳闸信号。
9.一种干式全感知智能变压器装置的管理***，其特征在于，包括干式全感知智能变压器装置、物联管理云平台、以及移动运维终端；其中，
所述干式全感知智能变压器装置和物联管理云平台通过第一通信网络连接，将监测结果发送至物联管理云平台；
所述移动运维终端和物联管理云平台通过通信网络第二通信网络连接，通过物联管理云平台接收监测结果以及进行运维操作；
所述干式全感知智能变压器装置包括如权利要求1-8中任意一项所述的装置。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述第一和第二通信网络包括4G通信网络。
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