CN115508598A - 用于高压绝缘套管的故障在线监测***及方法 - Google Patents

用于高压绝缘套管的故障在线监测***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于高压绝缘套管的故障在线监测***，它的处理器当相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器向服务器报告高压绝缘套管介质损耗故障；处理器当实时的变压器高压绝缘套管内部的温度不在变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值以内时，向服务器报告高压绝缘套管温度超标故障，当实时的变压器高压绝缘套管内部气压不在变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值以内时，向服务器报告高压绝缘套管气压超标故障。本发明解决了现有的变压器绝缘套故障检测主要是通过人工借助设备手动进行定期检测，对于突发的故障不能提前预知的问题。

Description

用于高压绝缘套管的故障在线监测***及方法
技术领域
本发明涉及高压绝缘套管监测技术领域，具体地指一种用于高压绝缘套管的故障在线监测***及方法。
背景技术
变压器绝缘套管是变压器的重要组成部分，它将变压器内部高、低压引线引到油箱外部，既作为引线的对地绝缘，也起到了固定引线的作用。因此，它必须具有规定的电气强度和足够的机械强度。同时变压器绝缘套管也是变压器载流元件之一，必须具有良好的热稳定性，能承受变压器正常运行时工作电流产生的长期发热和通过短路电流时的瞬间过热。
变压器绝缘套管存在缺陷或发生故障，将直接危及变压器的安全稳定运行，现有的变压器绝缘套故障检测主要是通过人工借助设备手动进行定期检测，对于突发的故障不能提前预知，影响到了设备的正常使用。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种用于高压绝缘套管的故障在线监测***及方法，本发明具备实时监测高压绝缘套管的故障等优点，解决了现有的变压器绝缘套故障检测主要是通过人工借助设备手动进行定期检测，对于突发的故障不能提前预知的问题。
为实现此目的，本发明所设计的用于高压绝缘套管的故障在线监测***，其特征在于，它包括温度和气压传感器、处理器、电压互感器和服务器；
温度和气压传感器用于实时获取变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值；
电压互感器中的电流传感器用于实时监测变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，电压互感器中的电压传感器用于实时采集各个高压绝缘套管的电压值；
处理器用于根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流算出各个高压绝缘套管的介质损耗值，并根据相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算相对介质损耗值，处理器中预存有相邻高压绝缘套管的真实介损值范围，当相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器向服务器报告高压绝缘套管介质损耗故障；
处理器用于将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值进行阈值对比法分析，处理器中存储有变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值和变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值，处理器用于将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度与变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值进行比较，将实时的变压器高压绝缘套管内部气压与变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值进行比较，当实时的变压器高压绝缘套管内部的温度不在变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值以内时，处理器向服务器报告高压绝缘套管温度超标故障，当实时的变压器高压绝缘套管内部气压不在变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值以内时，处理器向服务器报告高压绝缘套管气压超标故障。
所述服务器用于根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，采用介质损耗值预测模型，通过随机森林或支持向量机的机器学习算法预测其后各个时刻各个高压绝缘套管的介质损耗值，并根据其后各个时刻相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算其后各个时刻相对介质损耗值，当其后某一时刻的相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器向服务器报告该时刻可能出现高压绝缘套管介质损耗故障。
本发明的有益效果：
1、本发明通过设置的温压一体传感器能够实时监测高压绝缘套管的故障，提高设备故障隐患诊断水平，将故障消灭于萌芽状态，提高供电可靠性；通过微型处理器和信号变送器能够对套管内部压力和温度进行研究，研究不同情况下压力和温度的关联系，在设备本体建立监测终端，实现各种信号的同步采样，并在后台实现各种数据的分析，进而捕捉套管内部状态特点，为设备状态故障诊断提供可靠的依据。
2、本发明通过设置的电压互感器，能够通过获取到的介质损耗和泄漏电流，方便维护人员进行高压绝缘套管的绝缘性判断，从而进一步为设备状态故障诊断提供可靠的依据。
3、本发明通过机器学习算法预测可能出现的高压绝缘套管介质损耗故障，实现了对于突发故障的提前预知。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1—温度和气压传感器、2—处理器、3—信号变送器、4—电压互感器、5—服务器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示的一种用于高压绝缘套管的故障在线监测***，它包括温度和气压传感器1、处理器2、信号变送器3、电压互感器4和服务器5；
温度和气压传感器1用于实时获取变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值；
电压互感器4中的电流传感器用于实时监测变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，电压互感器4中的电压传感器用于实时采集各个高压绝缘套管的电压值；
处理器2用于根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值(电阻值为已知值)以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流算出各个高压绝缘套管的介质损耗值，介质损耗值P＝UIR，U为高压绝缘套管的电压值，I为变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，R为高压绝缘套管的电阻值，并根据相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算相对介质损耗值，处理器2中预存有相邻高压绝缘套管的真实介损值范围，当相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器2向服务器5报告高压绝缘套管介质损耗故障，介质损耗即为绝缘特性，若介质损耗存在该故障，则电介质温度将升得过高，这将加速电介质的热分解与老化，最终可能导致其完全失去绝缘性能。介质损耗存在该故障，意味着电介质温度升高，介质损耗异常可以独立作用于变压器套管温度监测；
处理器2用于在电流传感器监测到变压器油箱绝缘外壳有泄漏电流时，向服务器5报告高压绝缘套管泄漏电流故障，泄漏电流作为对变压器套管温度压力监测的影响因子之一也可以独立作用于变压器套管温度监测。当电流超过额定值时则判断为电流异常；
处理器2用于将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值进行阈值对比法分析，处理器2中存储有变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值和变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值，处理器2用于将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度与变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值进行比较，将实时的变压器高压绝缘套管内部气压与变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值进行比较，当实时的变压器高压绝缘套管内部的温度不在变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值以内时，处理器2向服务器5报告高压绝缘套管温度超标故障，当实时的变压器高压绝缘套管内部气压不在变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值以内时，处理器2向服务器5报告高压绝缘套管气压超标故障。这样可以直接通过把监测的气压数据传递给处理器2最终传递给服务器从而对变压器套管进行温度与气压的监测。
上述技术方案中，介质损耗采用相邻套管相位比较算法计算得出相对介损值：对变压器上每一个套管介质损耗单独进行测算(介质损耗值依赖电压互感器中集成的电流传感器与电压传感器)，形成套管之间的数据，若有一个是异常值，则与其他相对变化幅度不大的正常值进行比较，存在差异的话这个值就定义为相对介损值。而真实介损值是理论上在单位时间内因发热而消耗的能量(功率)，通过相对介损值与理论计算得出的真实介损值进行比较，按照理论计算的真实介损值，若相对介损值与真实介损值不一致，则判定为异常。避免油枕内部温度升高时，由于油的受热膨胀所引起的内部空间减少压力增大。
上述技术方案中，所述温度和气压传感器1安装在高压绝缘套管的油枕内部上侧高于油液面的内壁；
所述电压互感器4安装在套管的法兰盘上。
上述技术方案中，所述服务器5用于在高压绝缘套管介质损耗故障、高压绝缘套管泄漏电流故障、绝缘套管温度超标故障和高压绝缘套管气压超标故障出现其中一个或多个时，发出高压绝缘套管报警。
上述技术方案中，所述服务器5用于根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，采用介质损耗值预测模型，通过随机森林或支持向量机的机器学习算法预测其后各个时刻各个高压绝缘套管的介质损耗值，并根据其后各个时刻相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算其后各个时刻相对介质损耗值，当其后某一时刻的相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器2向服务器5报告该时刻可能出现高压绝缘套管介质损耗故障。
上述技术方案中，所述处理器2通过信号变送器将故障信息传输给服务器5。
本发明还包括供电电池和显示器，为温度和气压传感器1、处理器2、信号变送器3、电压互感器4的运行提供电力来源，无线外接电源使用，供电电池为具有休眠功能的币式进口长寿命电池，所述供电电池采用高性能、大容量的锂离子电池，所述供电电池在恶劣环境的条件下使用寿命不低于5年；显示器用来展示实时采集的变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值，变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，以及各个高压绝缘套管的电压值；
本实施例中，传感器为温压一体传感器，温压一体传感器选用MEMS硅压阻式传感器作为测压敏感元件，温压一体传感器选用进口铂电阻作为测温敏感元件。
本实施例中，信号变送器内置无线传输模块，无线传输模块采用LoRa低功率数据模块，无线传输模的传输距离在10～500m之间。
本实施例中，供电电池为具有休眠功能的币式进口长寿命电池，供电电池采用高性能、大容量的锂离子电池，供电电池在恶劣环境的条件下使用寿命不低于5年。
本实施例中，显示设备为液晶显示屏，液晶显示屏的尺寸是为200mm*20mm*200mm，液晶显示屏的分辨率为1024×768。
本实施例中，变压器高压绝缘套管，采用油纸电容芯子做主绝缘、穿缆式载流方式以及采用多组压力弹簧产生的轴向压紧力来实现套管的整体连接和主密封。
一种基于上述***的高压绝缘套管的故障在线监测方法，它包括如下步骤：
步骤1：温度和气压传感器1实时获取变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值；电压互感器4中的电流传感器实时监测变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，电压互感器4中的电压传感器实时采集各个高压绝缘套管的电压值；
步骤2：处理器2根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流算出各个高压绝缘套管的介质损耗值，并根据相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算相对介质损耗值，处理器2中预存有相邻高压绝缘套管的真实介损值范围，当相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器2向服务器5报告高压绝缘套管介质损耗故障；
处理器2在电流传感器监测到变压器油箱绝缘外壳有泄漏电流时，向服务器5报告高压绝缘套管泄漏电流故障；
处理器2将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值进行阈值对比法分析，处理器2中存储有变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值和变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值，处理器2用于将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度与变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值进行比较，将实时的变压器高压绝缘套管内部气压与变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值进行比较，当实时的变压器高压绝缘套管内部的温度不在变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值以内时，处理器2向服务器5报告高压绝缘套管温度超标故障，当实时的变压器高压绝缘套管内部气压不在变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值以内时，处理器2向服务器5报告高压绝缘套管气压超标故障；
步骤3：服务器5根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，采用介质损耗值预测模型，通过随机森林或支持向量机的机器学习算法预测其后各个时刻各个高压绝缘套管的介质损耗值，并根据其后各个时刻相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算其后各个时刻相对介质损耗值，当其后某一时刻的相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器2向服务器5报告该时刻可能出现高压绝缘套管介质损耗故障。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种用于高压绝缘套管的故障在线监测***，其特征在于，它包括温度和气压传感器(1)、处理器(2)、电压互感器(4)和服务器(5)；
温度和气压传感器(1)用于实时获取变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值；
电压互感器(4)中的电流传感器用于实时监测变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，电压互感器(4)中的电压传感器用于实时采集各个高压绝缘套管的电压值；
处理器(2)用于根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流算出各个高压绝缘套管的介质损耗值，并根据相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算相对介质损耗值，处理器(2)中预存有相邻高压绝缘套管的真实介损值范围，当相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器(2)向服务器(5)报告高压绝缘套管介质损耗故障；
处理器(2)用于将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值进行阈值对比法分析，处理器(2)中存储有变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值和变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值，处理器(2)用于将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度与变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值进行比较，将实时的变压器高压绝缘套管内部气压与变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值进行比较，当实时的变压器高压绝缘套管内部的温度不在变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值以内时，处理器(2)向服务器(5)报告高压绝缘套管温度超标故障，当实时的变压器高压绝缘套管内部气压不在变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值以内时，处理器(2)向服务器(5)报告高压绝缘套管气压超标故障。
2.根据权利要求1所述的用于高压绝缘套管的故障在线监测***，其特征在于：所述温度和气压传感器(1)安装在高压绝缘套管的油枕内部上侧高于油液面的内壁。
3.根据权利要求1所述的用于高压绝缘套管的故障在线监测***，其特征在于：所述电压互感器(4)安装在套管的法兰盘上。
4.根据权利要求1所述的用于高压绝缘套管的故障在线监测***，其特征在于：所述服务器(5)用于在高压绝缘套管介质损耗故障、绝缘套管温度超标故障和高压绝缘套管气压超标故障出现其中一个或多个时，发出高压绝缘套管报警。
5.根据权利要求1所述的用于高压绝缘套管的故障在线监测***，其特征在于：所述服务器(5)用于根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，采用介质损耗值预测模型，通过随机森林或支持向量机的机器学习算法预测其后各个时刻各个高压绝缘套管的介质损耗值，并根据其后各个时刻相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算其后各个时刻相对介质损耗值，当其后某一时刻的相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器(2)向服务器(5)报告该时刻可能出现高压绝缘套管介质损耗故障。
6.根据权利要求1所述的用于高压绝缘套管的故障在线监测***，其特征在于：所述处理器(2)通过信号变送器(3)将故障信息传输给服务器(5)。
7.一种基于权利要求1所述***的高压绝缘套管的故障在线监测方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：温度和气压传感器(1)实时获取变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值；电压互感器(4)中的电流传感器实时监测变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，电压互感器(4)中的电压传感器实时采集各个高压绝缘套管的电压值；
步骤2：处理器(2)根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流算出各个高压绝缘套管的介质损耗值，并根据相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算相对介质损耗值，处理器(2)中预存有相邻高压绝缘套管的真实介损值范围，当相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器(2)向服务器(5)报告高压绝缘套管介质损耗故障；
处理器(2)将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度和气压值进行阈值对比法分析，处理器(2)中存储有变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值和变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值，处理器(2)用于将实时的变压器高压绝缘套管内部的温度与变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值进行比较，将实时的变压器高压绝缘套管内部气压与变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值进行比较，当实时的变压器高压绝缘套管内部的温度不在变压器高压绝缘套管内部温度的额定范围值以内时，处理器(2)向服务器(5)报告高压绝缘套管温度超标故障，当实时的变压器高压绝缘套管内部气压不在变压器高压绝缘套管内部气压的额定范围值以内时，处理器(2)向服务器(5)报告高压绝缘套管气压超标故障；
步骤3：服务器(5)根据实时的各个高压绝缘套管的电压值和电阻值以及变压器油箱绝缘外壳的泄漏电流，采用介质损耗值预测模型，通过随机森林或支持向量机的机器学习算法预测其后各个时刻各个高压绝缘套管的介质损耗值，并根据其后各个时刻相邻高压绝缘套管的介质损耗值计算其后各个时刻相对介质损耗值，当其后某一时刻的相对介质损耗值不在真实介损值范围内时，处理器(2)向服务器(5)报告该时刻可能出现高压绝缘套管介质损耗故障。
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