專(zhuān)利名稱(chēng)：變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其智能分析診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變壓器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其智能分析診斷方法。
背景技術(shù)：
在我國(guó)對(duì)變壓器的維修，從幾十年前完全被動(dòng)式的，等出了事故后才進(jìn)行維修，已發(fā)展到有計(jì)劃地定期進(jìn)行維修，這是很大的進(jìn)步。歷史是最好的見(jiàn)證，由于采用定期檢測(cè)，已發(fā)現(xiàn)過(guò)許多缺陷，避免了不少事故，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。但隨著設(shè)備容量、額定電壓的提高，不少矛盾也更加突出了。例如對(duì)110kV及以上的電力設(shè)備，在定期進(jìn)行停電測(cè)試時(shí)，仍加10kV交流測(cè)tgδ、加1~5kV直流測(cè)絕緣電阻等。由于試驗(yàn)電壓遠(yuǎn)低于運(yùn)行電壓，靈敏度很低，往往僅能發(fā)現(xiàn)一些普遍性受潮或已有接近于貫穿性通道的重大缺陷；而且不管設(shè)備狀態(tài)如何，幾乎都是“一刀切”地定期檢測(cè)、定期維修，浪費(fèi)了大量的人力、物力，但卻難以確保運(yùn)行可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是要提供一種變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其智能分析診斷方法，對(duì)正在運(yùn)行中的變壓器的各種動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析診斷，及時(shí)反映診斷結(jié)果，能及時(shí)找出變壓器故障，預(yù)防變壓器故障的發(fā)生和從而可及時(shí)排除變壓器故障。
解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括變壓器各種動(dòng)態(tài)性能監(jiān)測(cè)裝置的傳感器，由各種傳感器所采集的電信號(hào)有的經(jīng)放大器和調(diào)理電路處理后接入模數(shù)采集卡、有的直接經(jīng)模數(shù)采集卡、有的經(jīng)接口電路后都接入工控機(jī)內(nèi)由前臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出測(cè)得的性能數(shù)據(jù)，爾后將該數(shù)字信號(hào)輸送到后臺(tái)分析診斷計(jì)算機(jī)，由變壓器故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析，得出分析結(jié)果。該變壓器在線智能分析診斷方法是將變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)送入分析診斷計(jì)算機(jī)中，該分析診斷計(jì)算機(jī)中貯存有被監(jiān)測(cè)的變壓器的設(shè)備銘牌參數(shù)信息、以往變壓器事實(shí)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則信息、在線監(jiān)控的技術(shù)參數(shù)規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)、在線監(jiān)控的技術(shù)參數(shù)閾值及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析診斷計(jì)算機(jī)中具有能根據(jù)自動(dòng)輸入進(jìn)來(lái)的的變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理及趨勢(shì)分析、狀態(tài)綜合診斷推理、變壓器狀態(tài)綜合評(píng)估、支持用戶(hù)最終決斷的分析診斷系統(tǒng)軟件，由分析診斷計(jì)算機(jī)根據(jù)自動(dòng)輸入進(jìn)來(lái)的的變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)合貯存的信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行變壓器在線實(shí)時(shí)診斷，將結(jié)果進(jìn)行顯示，對(duì)變壓器的異常情況進(jìn)行報(bào)警。
本發(fā)明能在設(shè)計(jì)制造時(shí)統(tǒng)一考慮，與變壓器本體有機(jī)結(jié)合，智能化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊可靠、性能價(jià)格比也更合理。能用于在線監(jiān)測(cè)變壓器的局部放電、油中氣體、油中水分、鐵芯電流、套管絕緣性能、繞組最熱點(diǎn)溫度等狀態(tài)特征量，能對(duì)變壓器故障進(jìn)行綜合分析診斷，有利地彌補(bǔ)了離線檢測(cè)和定期維修的不足，使得用戶(hù)能更及時(shí)、更靈敏地掌握設(shè)備的真實(shí)情況。既提高了對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控及計(jì)算機(jī)輔助診斷水平，又幫助用戶(hù)達(dá)到了設(shè)備運(yùn)行更可靠、更經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。


以下結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1本發(fā)明總體原理框2本發(fā)明中變壓器油中氣體監(jiān)測(cè)傳感器的原理框3本發(fā)明中變壓器油中水份監(jiān)測(cè)傳感器的原理框4本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意5本發(fā)明中變壓器局部放電監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意6本發(fā)明中模擬信號(hào)處理方框7本發(fā)明中模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)8本發(fā)明中套管三相不平衡電流求和電路(31)9變壓器故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)的功能模塊方框10-1、圖10-2、圖10-3變壓器故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)流程11變壓器油中氣體氣相色譜三層B P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)12變壓器綜合故障決策樹(shù)中1-局部放電傳感器 2-油中氣體傳感器 3-油中水分傳感器 4-頂層油溫傳感器 5-鐵芯接地電流傳感器 6-套管末屏電流傳感器 7-負(fù)荷電流傳感器 9-調(diào)理機(jī)柜 10-模擬信號(hào)調(diào)理電路 11-局部放電模數(shù)采集卡 12-模數(shù)采集卡 13-RS232接口 14-前臺(tái)工控機(jī) 15-后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī) 16-供電單元一 17-供電單元二 18-變壓器本體 19-絕緣套管 20-變壓器出油管 21-變壓器回油管 22-四芯屏蔽電纜 23-串口通信線 24-DB37電纜 25-同軸細(xì)纜 26-同軸網(wǎng)卡 27-電壓信號(hào)線性度調(diào)理電路 28-光電隔離電路 29-放大濾波電路 30-電壓跟隨電路 31-三相求和電路 32-局部放電傳感器中前置放大器 33-超高頻電纜 34-局部放電傳感器中超高頻接收器 35-局部放電傳感器桿 36-變壓器油箱 37-底部放油閥 38-變壓器法蘭 39-局部放電傳感器可推動(dòng)手柄40-局部放電傳感器放油閥 41-局部放電傳感器探頭 42-油中氣體傳感器半透膜 43-油中氣體傳感器加熱室 44-油中氣體傳感器模擬信號(hào)調(diào)理電路 45-油中氣體傳感器內(nèi)部單片機(jī)46-油中水分傳感器探頭 47-油中水分傳感器模擬信號(hào)調(diào)理電路 48-油中水分傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 R-電阻 RW-可變電阻 C-電容 U-變壓器測(cè)量信號(hào)電壓 LC-光電耦合器(A4N25) A-運(yùn)算放大器 J-跳線 GND-接地具體實(shí)施方式
本實(shí)施例中，對(duì)變壓器在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為變壓器的局部放電、油中氣體、油中水分、鐵芯電流、套管絕緣性能、繞組最熱點(diǎn)溫度等狀態(tài)特征量，以下對(duì)這些項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)分別予以介紹。
1、變壓器局部放電監(jiān)測(cè)裝置對(duì)變壓器實(shí)際故障的統(tǒng)計(jì)分析表明，絕緣故障是影響變壓器正常運(yùn)行的主要原因。目前110kV及以上等級(jí)的大型電力變壓器仍主要采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)，絕緣故障常常起源于局部放電造成的油紙絕緣老化。油紙絕緣是電力變壓器的薄弱環(huán)節(jié)，而局部放電又是造成絕緣故障的重要因素。局部放電是指由于電場(chǎng)分布不勻，局部電場(chǎng)過(guò)高，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)中局部范圍內(nèi)的電氣放電或擊穿現(xiàn)象。它可能產(chǎn)生在固體絕緣孔隙中、液體絕緣氣泡中或不同介質(zhì)特性的絕緣層間。如果電場(chǎng)強(qiáng)度高于介質(zhì)所具有的特定值，也可能發(fā)生在液體或固體絕緣中。局部放電逐漸發(fā)展，通過(guò)對(duì)其周?chē)^緣介質(zhì)不斷侵蝕，最終導(dǎo)致整個(gè)絕緣系統(tǒng)的失效，所以局部放電是造成絕緣劣化的主要起因。同時(shí)它也是絕緣劣化的重要征兆和表現(xiàn)形式，與絕緣材料的劣化和擊穿過(guò)程密切相關(guān)，故而能夠有效地反映變壓器內(nèi)部絕緣的故障，尤其對(duì)突發(fā)性故障的早期發(fā)現(xiàn)比介損測(cè)量、油中色譜分析等方法要有效得多。因此對(duì)局部放電進(jìn)行有效的在線監(jiān)測(cè)對(duì)于電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
本發(fā)明中對(duì)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)，使人們能隨時(shí)了解工作狀態(tài)中的變壓器的局部放電狀況，為控制變壓器的正常運(yùn)行提供依據(jù)，預(yù)防變壓器絕緣故障的發(fā)生。該變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置包括安裝在變壓器油箱底部放油閥處(37)(也可以是頂部的泄漏閥處)的傳感器探頭(41)、傳感器桿(35)，傳感器桿通過(guò)超高頻電纜(33)與前置放大器(32)連接，再與超高頻接收器(34)連接，超高頻接收器(34)將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理后經(jīng)模數(shù)采集卡(11)接入前臺(tái)工控機(jī)(14)。這樣就可以將變壓器運(yùn)行狀態(tài)中的局部放電情況通過(guò)傳感器(1)將接收到的超高頻電信號(hào)經(jīng)放大和處理后及時(shí)監(jiān)測(cè)出來(lái)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，使人們能夠及時(shí)采取調(diào)控措施，從而避免變壓器故障的發(fā)生。
超高頻局部放電傳感器(1)采用荷蘭KEMA公司生產(chǎn)的UHF-TMS局放檢測(cè)系統(tǒng)儀器中的傳感器部件產(chǎn)品，該傳感器能在超高頻段內(nèi)有效排除干優(yōu)，真實(shí)地反映變壓器在線運(yùn)行中內(nèi)部局部放電的相位、放電次數(shù)、放電量大小，通過(guò)與指紋庫(kù)比較得出四種不同類(lèi)型的局部放電故障(沿絕緣紙板表面放電、變壓器線圈匝間絕緣放電、懸浮金屬引起放電、高電位下的金屬尖端放電)，測(cè)量局部放電量保證值為20PC，最小值達(dá)10PC，甚至可達(dá)5PC。
根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC 60270，有很多種方法進(jìn)行局部放電的檢測(cè)?；诰植糠烹姷碾姟虐l(fā)射基礎(chǔ)上的檢測(cè)技術(shù)，是在一個(gè)超高頻帶上利用寬帶天線和寬帶接收器得以實(shí)現(xiàn)的。傳感器探頭(41)可以被安裝在變壓器底部放油閥(37)上，它接收到的信號(hào)由傳感器(1)通過(guò)前置放大器(32)、超高頻接收器(34)和模數(shù)采集卡(11)向前臺(tái)工控機(jī)(14)進(jìn)行傳遞。其中，變壓器的箱壁還可以作為電磁干擾的屏蔽層。前置放大器(32)和超高頻接收器(34)同樣采用UHF-TMS局放檢測(cè)系統(tǒng)儀器中與傳感器(1)相適配的部件產(chǎn)品，該超高頻接收器(34)具有兩個(gè)不同超高頻帶的接收器，中心檢測(cè)頻率可調(diào)整的步距為10MHz.寬帶范圍為40MHz的接收器可以從300～600MHz進(jìn)行調(diào)節(jié)，寬帶范圍為80MHz的接收器可以從600～1200MHz進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)輸入進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，噪音水平低于-65dBm，靈敏度是100mV/dB，并且60dBm被設(shè)置成0V(所以1V＝-50dBm，2V＝-40dBm等)，信號(hào)不應(yīng)該超過(guò)60dBm。一個(gè)短的局放輸入脈沖的輸出信號(hào)是由脈沖形狀所決定的，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成周期約500ns的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。
超高頻接收器(34)配有高頻電纜專(zhuān)用的N型插頭，傳感器(1)必須直接連到前置放大器(32)。推薦使用像RG 213U一類(lèi)的高頻電纜(33)，因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)的交聯(lián)電纜中信號(hào)的衰減是非常嚴(yán)重的。
在傳感器(1)的探頭(41)進(jìn)行安裝之前，應(yīng)該將變壓器閥門(mén)的外層法蘭去掉(閥門(mén)一直關(guān)閉)。要對(duì)傳感器(1)的探頭桿被插入多長(zhǎng)進(jìn)行分析，根據(jù)油箱壁、油閥、閥蘭的設(shè)計(jì)厚度，計(jì)算探頭桿插入長(zhǎng)度，以便在插入變壓器內(nèi)部以后傳感器探頭(41)頭部不會(huì)超出變壓器油箱(36)箱壁3cm，傳感器桿(35)被安裝在變壓器的法蘭(38)上(或者安裝在頂部的泄漏閥上)。
超高頻電纜(33)連接到傳感器桿(35)的末端，電纜(33)的另一頭連接到前置放大器(32)的輸入端。在連接電纜(33)之前，電纜導(dǎo)體必須通過(guò)一個(gè)接地物體短路，以防前置放大器(32)由于電纜(33)的靜態(tài)電荷而損壞。將前置放大器(32)的輸出接到超高頻接收器(34)的輸入端，接收器(34)的輸出接到前臺(tái)工控機(jī)(14)的模數(shù)采集卡(11)的采集通道。
使用本變壓器局部放電監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)時(shí)，為了能更加準(zhǔn)確的反應(yīng)變壓器本身的真實(shí)放電情況，需要測(cè)量循環(huán)數(shù)設(shè)定為數(shù)百次(一般為200次)。于是在測(cè)量后便會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，所測(cè)得的數(shù)據(jù)以單獨(dú)的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行存儲(chǔ)。這樣的做法可以有效的避免因多次測(cè)量所造成的數(shù)據(jù)混淆，同時(shí)也便于對(duì)每次測(cè)量進(jìn)行查詢(xún)。然而在這種存儲(chǔ)方式，勢(shì)必會(huì)給后臺(tái)診斷程序在數(shù)據(jù)的讀取上帶來(lái)很大的麻煩。針對(duì)于此，我們開(kāi)發(fā)了變壓器局部放電數(shù)據(jù)讀取軟件，克服了在數(shù)據(jù)讀取時(shí)由文件格式所造成的障礙。模數(shù)采集卡采用GaGe，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)采用CPUPIII 850作為前臺(tái)工控機(jī)(14)，有后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)(采用CPUPIII 866)連接在前臺(tái)工控機(jī)(14)后，在前臺(tái)工控機(jī)(14)中利用前臺(tái)采集程序，首先對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理，然后按照后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)對(duì)數(shù)據(jù)格式的要求，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，最后將其存放在指定的位置。后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)到指定的位置取得所需要的數(shù)據(jù)后，利用自行開(kāi)發(fā)的綜合診斷程序，將變壓器局部放電信號(hào)和其它所需信號(hào)進(jìn)行綜合處理，最后給出診斷結(jié)果。如判斷為變壓器運(yùn)行局部放電超出規(guī)定范圍時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒人們應(yīng)采取相應(yīng)措施預(yù)防變壓器故障的發(fā)生。
2、變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置在高電壓、大功率的變壓器中，為防止鐵芯懸浮電位引起的放電，運(yùn)行中變壓器鐵芯接地線常經(jīng)套管引出，正常運(yùn)行條件下，鐵芯接地電流為毫安級(jí)，當(dāng)鐵芯發(fā)生多點(diǎn)接地而導(dǎo)致鐵心過(guò)熱故障時(shí)，鐵芯接地電流會(huì)明顯增加。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在正常情況下，鐵芯接地電流只有十幾～幾十毫安，如果鐵芯接地電流增加到100mA時(shí)就應(yīng)采取相應(yīng)的措施；如果鐵芯接地電流增加到1A時(shí)，就必須采取必要的手段。因此對(duì)鐵芯接地電流的在線監(jiān)測(cè)，可有效地發(fā)現(xiàn)鐵芯發(fā)生多點(diǎn)接地故障。而目前還缺乏對(duì)變壓器鐵芯電流監(jiān)測(cè)的有效手段，使這一工作一直未能展開(kāi)。
本發(fā)明中的變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置，使人們能隨時(shí)了解工作狀態(tài)中的變壓器的鐵芯接地電流狀態(tài)，為控制變壓器的正常運(yùn)行提供依據(jù)。
該變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置包括鐵芯接地電流引出線，該接地電流引出線穿過(guò)傳感器后與接地端連接，傳感器的感應(yīng)信號(hào)接入信號(hào)放大電路，再接模擬信號(hào)調(diào)理電路，模擬信號(hào)調(diào)理電路與模數(shù)采集卡(模數(shù)采集卡主要功能是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào))連接后接入數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。本裝置對(duì)變壓器鐵芯接地電流通過(guò)傳感器感應(yīng)出電信號(hào)，經(jīng)放大后能被及時(shí)監(jiān)測(cè)出來(lái)，出現(xiàn)異常情況時(shí)，使人們能夠及時(shí)采取調(diào)控措施或由自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)處理，避免變壓器故障的發(fā)生。
選擇電容式穿芯傳感器(型號(hào)YA-XX-E4)作電流傳感器(5)，采用兩種量程的電流傳感器A0-200mA，B0-2A。當(dāng)接地電流的大小不同時(shí)，采用不同量稱(chēng)的傳感器進(jìn)行測(cè)量。從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。用兩個(gè)不同量程的傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所測(cè)量的結(jié)果肯定具有一定的偏差。要想從兩者中選擇其一作為最終讀數(shù)的話，就要做個(gè)判斷當(dāng)讀取大量程傳感器讀數(shù)＞200mA時(shí)，輸出大量程傳感器讀數(shù)，否則輸出小量程傳感器讀數(shù)。由于使用該電流傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所測(cè)得的值為模擬量，所以在向計(jì)算機(jī)傳遞數(shù)據(jù)的過(guò)程中還要注意兩個(gè)問(wèn)題一是信號(hào)的調(diào)理(由調(diào)理電路板完成)；二是將模擬量轉(zhuǎn)換為可供計(jì)算機(jī)使用的數(shù)字量(由模數(shù)采集卡完成)。
(1)、信號(hào)的調(diào)理對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，是指在傳感器(5)感應(yīng)出模擬信號(hào)以后，經(jīng)傳感器(5)自帶的前置放大電路進(jìn)行初步放大，同時(shí)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)4芯(正，負(fù)，信號(hào)，地)屏蔽電纜(22)向調(diào)理機(jī)柜(9)進(jìn)行傳送；然后由調(diào)理電路板(10)中的線性度調(diào)理電路(27)將輸入信號(hào)線性化，然后經(jīng)調(diào)理電路板(10)中的光電隔離電路(28)進(jìn)行隔離處理(其作用在于預(yù)防外部高電壓對(duì)本檢測(cè)系統(tǒng)的沖擊)，經(jīng)放大濾波電路(29)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波去噪和放大處理。模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行線性度調(diào)理、濾波、去噪和放大處理。
為了保證模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)的通用性和抗干擾性能，要求傳感器(5)的輸出信號(hào)統(tǒng)一起來(lái)，規(guī)定為0-12V的電壓信號(hào)。模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)包括線性度調(diào)理電路(27)、電氣隔離電路(28)、放大濾波電路(29)，電氣隔離電路(28)采用光電耦合器。模擬信號(hào)調(diào)理電路需要完成的功能有信號(hào)線性化、電氣隔離、放大(衰減)、濾波和提供電源等功能。
1)線性度調(diào)理由于信號(hào)的傳輸經(jīng)過(guò)了光電隔離，為了保證光電耦合器兩端的信號(hào)不失真，故需要進(jìn)行電壓信號(hào)線性度調(diào)理，本發(fā)明中所采用的電路較好的保證了光電耦合器兩端信號(hào)的不失真。如圖7中電路27所示。
2)電氣隔離由于測(cè)量信號(hào)是來(lái)自電壓較高的變壓器，所以必須進(jìn)行隔離。經(jīng)考慮使用的是光電耦合器比較合適。
3)放大濾波放大濾波電路根據(jù)前級(jí)電路的增益情況設(shè)計(jì)成為可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的環(huán)節(jié)，采用傳統(tǒng)有源放大器、濾波器。
(2)模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模數(shù)采集卡(12)采用ADLINKPCI-9113，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)采用CPUPIII 850作為前臺(tái)工作機(jī)(14)，有后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)(采用CPUPIII 866)連接在前臺(tái)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(9)后，在前臺(tái)工控機(jī)(14)中利用前臺(tái)采集程序，首先對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理，然后按照后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)對(duì)數(shù)據(jù)格式的要求，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，最后將其存放在指定的位置。后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)到指定的位置取得所需要的數(shù)據(jù)后，利用自行開(kāi)發(fā)的綜合診斷程序，將鐵芯接地電流信號(hào)和其它所需信號(hào)進(jìn)行綜合處理，最后給出診斷結(jié)果。如判斷為變壓器運(yùn)行超出規(guī)定范圍時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒人們應(yīng)采取相應(yīng)措施預(yù)防變壓器故障的發(fā)生。
3、變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置110kV及以上電壓等級(jí)電力變壓器的絕緣為油-紙復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，在電、熱、機(jī)械等應(yīng)力的聯(lián)合作用下，絕緣油、紙和紙板等絕緣材料將會(huì)逐漸降解老化，從而分解產(chǎn)生各種低分子氣體，這些氣體將在一定程度上溶解于變壓器油中，利用IEC567號(hào)出版物所述的方法，即可從油樣中分離出這些溶解氣體，并可進(jìn)一步利用色譜分析技術(shù)對(duì)其進(jìn)行定量測(cè)試，這就是油中溶解氣體分析(Dissolved Gas Analysis，簡(jiǎn)稱(chēng)DGA)，或稱(chēng)為油色譜分析。油中溶解氣體在一定程度上反映了變壓器的故障狀況，因此根據(jù)色譜分析的結(jié)果可對(duì)故障的類(lèi)型及嚴(yán)重程度進(jìn)行診斷。它作為目前電力系統(tǒng)對(duì)油浸電力設(shè)備常規(guī)使用的重要檢測(cè)手段之一，在診斷變壓器內(nèi)部潛伏性故障及其發(fā)展程度上效果顯著。常規(guī)的色譜分析試驗(yàn)要在現(xiàn)場(chǎng)變壓器上取油樣，再送到試驗(yàn)室進(jìn)行色譜分析，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，測(cè)量結(jié)果容易產(chǎn)生偏差。特別是對(duì)于那些發(fā)展速度較快的絕緣故障，往往難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果能對(duì)變壓器油中溶解氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)，提前在變壓器發(fā)生故障之前，及時(shí)的捕捉到一些故障先兆信息，那么對(duì)電力運(yùn)行的各發(fā)供電單位都是很有意義的。
本發(fā)明中的變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置，能夠連續(xù)地監(jiān)測(cè)出變壓器油箱油中溶解氣體量，及時(shí)了解變壓器內(nèi)部潛伏性故障，采取預(yù)防措施避免故障的發(fā)生。該變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置包括安裝在變壓器底部放油閥(37)處的油中氣體智能傳感器(2)，智能傳感器(2)的電信號(hào)經(jīng)RS232接口(13)和串口通信線(23)接入能夠顯示氣體含量的前臺(tái)工控機(jī)(14)，之后還可將工控機(jī)(14)與后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)連接。本裝置能對(duì)變壓器油中氣體含量進(jìn)行在線連續(xù)不斷的監(jiān)測(cè)，對(duì)變壓器油中所含氣體量是否超標(biāo)，可以隨時(shí)了解，出現(xiàn)超標(biāo)情況時(shí)能及時(shí)采取相應(yīng)措施，避免變壓器故障的發(fā)生。
智能傳感器可以采用美國(guó)SERVERON公司生產(chǎn)銷(xiāo)售的“油中氣體色譜傳感器”產(chǎn)品，該傳感器能檢測(cè)變壓器潛伏性故障的八種標(biāo)志性氣體，測(cè)量范圍及精度如下氫氣(H2)10-2,000PPM±10％ 乙炔(C2H2)5-500PPM±1PPM或者±10％乙烯(C2H4)7-2,000PPM±1PPM或者±10％ 甲烷(CH4)70-2,000PPM±10％一氧化碳(CO)5-2,000PPM±1PPM或者±10％ 乙烷(C2H6)10-2,000PPM±10％氧氣(O2)10-1,400PPM±10％二氧化碳(CO2) 5-7,000PPM±1PPM或者±10％本發(fā)明中用于診斷的檢測(cè)數(shù)據(jù)包括除氧氣外的其他七種氣體含量和總烴含量(總烴含量＝甲烷+乙烷+乙烯+乙炔)。
還可采用的另一種智能傳感器是加拿大SYPROTEC公司生產(chǎn)并銷(xiāo)售的“Hydran201i氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”設(shè)備中的“H201Ti的智能傳送器”產(chǎn)品(Hydran201i氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)稱(chēng)為H201Ti的智能傳送器和稱(chēng)為H201Ci系列的通訊控制器等幾部分，本發(fā)明中所使用的采集裝置就是hydran201Ti智能傳送器部分)，用于氣體在線監(jiān)測(cè)變壓器內(nèi)總烴氣體的狀況，如需要獲得氫氣(H2)、乙炔(C2H2)、乙稀(C2H4)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、二氧化碳(CO2)幾種單項(xiàng)氣體含量，采用傳統(tǒng)的油樣色譜分析方法得到各單項(xiàng)氣體含量，并通過(guò)友好界面輸入系統(tǒng)中，參與綜合診斷分析。
Hydran201i中的智能傳送器H201Ti(2)，它有一個(gè)不大的圓柱型外殼，該外殼可以通過(guò)一個(gè)黃銅連接器直接裝到變壓器的放油閥處，該外殼內(nèi)裝有一個(gè)傳感器、一套溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和一個(gè)帶有微處理器的智能電子傳送器。外殼內(nèi)還有端子排供連接交流電源，外殼內(nèi)還裝有一個(gè)RS232的連接器與前臺(tái)工控機(jī)(14)用一根串口通信線(23)相連接。H201Ti智能傳送器(2)的工作原理簡(jiǎn)述如下變壓器油中的可燃性氣體通過(guò)一層具有選擇性透氣特性的薄膜(42)進(jìn)入H201Ti智能傳送器(2)內(nèi)的電化學(xué)氣體檢測(cè)器——加熱室(43)，在電化學(xué)氣體檢測(cè)器內(nèi)與氧反應(yīng)而產(chǎn)生一個(gè)與反應(yīng)率成正比的電信號(hào)。此電信號(hào)通過(guò)H201Ti智能傳送器(2)內(nèi)的模擬信號(hào)調(diào)理電路(44)和單片機(jī)(45)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
前臺(tái)工控機(jī)(14)為數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，采用CPUPIII 850，有后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)采用CPUPIII 866，連接在前臺(tái)工控機(jī)(14)后，在前臺(tái)工控機(jī)中(14)利用前臺(tái)采集程序，首先對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理，然后按照后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)對(duì)數(shù)據(jù)格式的要求，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，最后將其存放在指定的位置。后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)通過(guò)同軸細(xì)纜(25)到指定的位置取得所需要的數(shù)據(jù)后，利用自行開(kāi)發(fā)的綜合診斷程序，將總烴氣體含量電信號(hào)和其它所需信號(hào)進(jìn)行綜合處理，最后給出診斷結(jié)果。如判斷為變壓器運(yùn)行超出規(guī)定范圍時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒人們應(yīng)采取相應(yīng)措施預(yù)防變壓器故障的發(fā)生。其工作過(guò)程由智能型傳感器(2)從變壓器油中測(cè)出總烴氣體的含量(數(shù)字量，用ppm值表示)，再由串口通信線(23)將所測(cè)到的總烴類(lèi)氣體量(此時(shí)為數(shù)字信號(hào))通過(guò)RS232串口(13)將此數(shù)字量傳輸?shù)角芭_(tái)工控機(jī)(14)內(nèi)的Access數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)編制的軟件由工控機(jī)(14)的Access數(shù)據(jù)庫(kù)中將總烴類(lèi)氣體的數(shù)字量讀出后送往前臺(tái)的工控機(jī)(14)進(jìn)行顯示并將此數(shù)字量送入前臺(tái)工控機(jī)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，通過(guò)同軸網(wǎng)卡PCI-2029傳輸線(25)傳輸至后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為數(shù)據(jù)分析診斷的依據(jù)。
4、變壓器套管(19)絕緣性能在線監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)對(duì)240臺(tái)變壓器故障原因統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)由于套管(19)電容屏絕緣擊穿放電的就有17臺(tái)，由于套管(19)的末屏電容屏擊穿或?qū)Φ胤烹姷木陀?臺(tái)，其故障率達(dá)到了8.75％，所以從以上的資料及數(shù)據(jù)顯示，變壓器套管(19)的狀態(tài)在變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)中占有重要的地位，通過(guò)對(duì)變壓器套管(19)絕緣性能狀態(tài)的及時(shí)監(jiān)測(cè)，能及時(shí)了解將會(huì)出現(xiàn)的變壓器故障，防止變壓器突發(fā)事故的發(fā)生。本發(fā)明中的變壓器套管(19)絕緣性能在線監(jiān)測(cè)裝置，使人們能隨時(shí)了解工作狀態(tài)中的變壓器的套管(19)絕緣性能狀態(tài)，為監(jiān)測(cè)變壓器的正常運(yùn)行提供依據(jù)。該變壓器套管(19)絕緣性能在線監(jiān)測(cè)裝置包括電容式穿芯傳感器(6)，三相套管的末屏接地線分別穿過(guò)電容式穿芯傳感器(6)，經(jīng)電容式穿芯傳感(6)器分別感應(yīng)出三相套管的末屏的三個(gè)電壓信號(hào)，將感應(yīng)信號(hào)經(jīng)4芯屏蔽電纜(22)輸入調(diào)理電路板，通過(guò)調(diào)理電路(10)進(jìn)行線性度調(diào)理、放大(衰減)、濾波處理，作為三相套管末屏電流信號(hào)輸出，并且將三相輸出信號(hào)輸入到三相電壓求和電路，獲得其三相不平衡電壓U0，作為第四個(gè)輸出信號(hào)，與前三個(gè)信號(hào)一起，通過(guò)DB37屏蔽電纜，送往模數(shù)采集卡(ADLINK PCI-9113)(12)，經(jīng)模數(shù)采集卡(12)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送往前臺(tái)工控機(jī)(14)，調(diào)用前臺(tái)采集程序，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換存放指定位置和顯示的計(jì)算機(jī)中。
在套管(19)絕緣正常工作情況下，套管(19)的全電容電流為毫安級(jí)，當(dāng)套管(19)發(fā)生絕緣故障時(shí)，全電容電流會(huì)明顯增加。經(jīng)傳感器(6)感應(yīng)出的電信號(hào)經(jīng)放大能被及時(shí)監(jiān)測(cè)出來(lái)，使人們能夠及時(shí)采取調(diào)控措施或由自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)處理，避免故障的發(fā)生。
我們選擇的電容式穿芯傳感器(6)的量程為0-25mA，型號(hào)為YA-XX-E4。
(一)、信號(hào)的調(diào)理對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，是指在傳感器感應(yīng)出模擬信號(hào)以后，首先要經(jīng)過(guò)4芯(正，負(fù)，信號(hào)，地)屏蔽電纜(22)向調(diào)理機(jī)柜(9)進(jìn)行傳送；然后由調(diào)理電路板(10)對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行線性度調(diào)理、光電隔離、濾波、去噪和放大處理。
為了保證模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)的通用性和抗干擾性能，要求所有傳感器的輸出信號(hào)統(tǒng)一起來(lái)，規(guī)定為0-12V的電壓信號(hào)。下面對(duì)調(diào)理電路板(10)進(jìn)行系統(tǒng)描述模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)包括線性度調(diào)理電路(27)、電氣隔離電路(28)、放大濾波電路(29)，電氣隔離電路(28)采用光電耦合器。模擬信號(hào)調(diào)理電路需要完成的功能有信號(hào)線性化、電氣隔離、放大濾波和提供電源等功能。光電隔離電路(28)由于測(cè)量信號(hào)是來(lái)自電壓較高的變壓器，所以必須進(jìn)行電氣隔離。經(jīng)考慮使用光電耦合器比較合適。本設(shè)計(jì)滿足了光電隔離的功能。
1)線性度調(diào)理由于信號(hào)的傳輸經(jīng)過(guò)了光電隔離，為了保證光電耦合器兩端的信號(hào)不失真，故需要進(jìn)行電壓信號(hào)線性度調(diào)理，本發(fā)明中所采用的電路較好的保證了光電耦合器兩端信號(hào)的不失真。如圖7中電路27所示。
2)電氣隔離由于測(cè)量信號(hào)是來(lái)自電壓較高的變壓器，所以必須進(jìn)行隔離。經(jīng)考慮使用的是光電耦合器比較合適。
3)放大(衰減)濾波放大(衰減)、濾波電路根據(jù)前級(jí)電路的增益情況設(shè)計(jì)成為可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的環(huán)節(jié)，采用傳統(tǒng)有源放大器、濾波器。
(二)中性點(diǎn)電壓求和電路將放大濾波電路(29)輸出的三相電壓信號(hào)輸入到圖8中的三相不平衡電壓求和電路(31)，如圖8所示，首先由運(yùn)算放大器組成差動(dòng)濾波電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后由兩級(jí)滑動(dòng)變阻器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，使三相電壓信號(hào)的輸出相位各差120度，最后經(jīng)求和濾波電路對(duì)三相信號(hào)進(jìn)行求和及濾波處理，并作為中性點(diǎn)不平衡電壓信號(hào)(U0)輸出。
(三)模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理將前端三相電壓模擬信號(hào)通過(guò)DB37屏蔽電纜(24)送往位于前臺(tái)工控機(jī)(14)中的模數(shù)采集卡(10)，由模數(shù)采集卡(10)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；然后，由前臺(tái)工控機(jī)(14)調(diào)用相應(yīng)軟件對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換存放到指定位置并在前臺(tái)工控機(jī)(14)顯示；然后接后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)。模數(shù)采集卡(10)采用ADLINKPCI-9113，前臺(tái)工控機(jī)(14)采用CPUPIII 850，后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)采用CPUPIII 866，在前臺(tái)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(14)中利用自行開(kāi)發(fā)的前臺(tái)采集程序，首先對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理，然后按照后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)對(duì)數(shù)據(jù)格式的要求，將數(shù)字信號(hào)格式轉(zhuǎn)換為SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)所要求的存儲(chǔ)格式，最后將其存放在指定的位置。后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)到指定的位置取得所需要的數(shù)據(jù)后，利用自行開(kāi)發(fā)的綜合診斷程序，將三相套管末屏電流信號(hào)和三相不平衡電壓信號(hào)以及其他引入的信號(hào)進(jìn)行綜合處理，最后給出診斷結(jié)果。
5、變壓器繞組熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)裝置大型電力變壓器低溫過(guò)熱問(wèn)題是運(yùn)行和制造部門(mén)都十分關(guān)注并想解決的問(wèn)題之一。從變壓器絕緣運(yùn)行壽命來(lái)看，一般認(rèn)為應(yīng)遵循六度法則即年平均溫度為98℃，每上升或降低6℃，則變壓器壽命降低一半或延長(zhǎng)一倍。變壓器熱點(diǎn)容許限值為118℃。當(dāng)變壓器熱點(diǎn)溫度超過(guò)140℃時(shí)，周?chē)挠蜁?huì)分解出氣體，造成CO、CO2含量增高，同時(shí)紙絕緣也會(huì)裂化產(chǎn)生糠醛，就會(huì)降低絕緣性能，影響變壓的正常運(yùn)行。因此對(duì)繞組熱點(diǎn)溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)有利于及時(shí)了解變壓器的熱點(diǎn)溫度狀況，出現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)解決，有利于延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。而目前尚未有對(duì)變壓器的繞組熱點(diǎn)溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的有效手段。
本發(fā)明中變壓器繞組熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)裝置，能對(duì)變壓器繞組熱點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，提提高對(duì)正在運(yùn)行中的變壓器的監(jiān)控水平。該變壓器繞組熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)裝置包括變壓器電容式絕緣套管(19)尾部安裝的環(huán)形電流互感器，將此環(huán)形電流互感器的引出端子用一根電纜線短接，此短接電纜穿過(guò)負(fù)荷電流傳感器(7)，負(fù)荷電流傳感器(7)的感應(yīng)信號(hào)接入信號(hào)調(diào)理電路(10)，調(diào)理電路(10)將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入前臺(tái)工控機(jī)(14)，另有一探頭安裝插入到變壓器上部溫度計(jì)座的溫控儀(4)，其感應(yīng)信號(hào)通過(guò)電纜(22)接入信號(hào)調(diào)理電路(10)，調(diào)理電路(10)將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入前臺(tái)工控機(jī)(14)，工控機(jī)(14)與后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)連接。
國(guó)際電工委員會(huì)IEC354標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)《油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》中，給出了熱點(diǎn)溫升計(jì)算公式，這是目前變壓器繞組熱點(diǎn)溫度估算的傳統(tǒng)的經(jīng)典方法。本發(fā)明就是根據(jù)這一原理制成的。根據(jù)任意負(fù)荷下穩(wěn)態(tài)熱點(diǎn)溫度的計(jì)算公式式中 θa—頂層油溫；Hgr—熱點(diǎn)對(duì)繞組頂部油的溫升；K—負(fù)載系數(shù)，由I/IH得到，I為實(shí)際負(fù)載電流，取三相負(fù)載電流中最大值；IH為額定負(fù)載電流，可直接從變壓器銘牌參數(shù)取得；y—繞組溫度指數(shù)；Hgr、y等負(fù)載特性數(shù)據(jù)取值如表1示。因此，只需測(cè)出頂層油溫及負(fù)載電流I(K＝I/IH)，便可估算出繞組熱點(diǎn)溫度。從各相套管電流互感器(7)測(cè)得各相實(shí)際負(fù)載電流I，而由頂層油溫傳感器(4)測(cè)得頂層油溫θa，對(duì)變壓器繞組熱點(diǎn)溫度通過(guò)傳感器傳感出電流信號(hào)能被及時(shí)監(jiān)測(cè)出來(lái)，因而能及時(shí)了解變壓器繞組熱點(diǎn)溫度變化情況，當(dāng)溫度出現(xiàn)異常情況時(shí)，使人們能夠及時(shí)采取調(diào)控措施或由自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)處理，避免變壓器故障的發(fā)生。
選擇電容式穿芯傳感器(型號(hào)YA-XX-E4)作測(cè)量負(fù)荷電流的傳感器(7)，頂層油溫測(cè)量所用的傳感器為XMT-288FC溫控儀(4)。
(一)、負(fù)荷電流測(cè)量變壓器電容式絕緣套管(19)尾部安裝有環(huán)形電流互感器(7)，將此環(huán)形電流互感器(7)的引出端子用一根電纜線短接，此短接電纜穿過(guò)本發(fā)明所采用的電容式穿芯傳感器(7)，電容式穿芯傳感器(7)感應(yīng)出電壓信號(hào)，通過(guò)4芯屏蔽電纜(22)把信號(hào)傳送給調(diào)理機(jī)柜(9)，由模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理，然后通過(guò)DB37電纜(24)傳送給前臺(tái)工控機(jī)(14)中的模數(shù)采集卡(12)，由模數(shù)采集卡(12)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后調(diào)用前臺(tái)工控機(jī)(14)調(diào)用信號(hào)采集程序，按一定的線性比例轉(zhuǎn)換為負(fù)荷電流值I，通過(guò)同軸網(wǎng)卡(26)(PCI-2029)及同軸細(xì)纜(25)傳送給后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)，這樣，后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)就得到了實(shí)際負(fù)載電流I。
1)、對(duì)模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)進(jìn)行描述對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，是指在傳感器感(7)應(yīng)出模擬信號(hào)以后，首先要經(jīng)過(guò)4芯(正，負(fù)，信號(hào)，地)屏蔽電纜(22)向調(diào)理機(jī)柜(9)進(jìn)行傳送；然后由調(diào)理電路板(10)對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行線性度調(diào)理、濾波、去噪和放大處理。負(fù)荷電流信號(hào)的調(diào)理電路如圖7所示。
為了保證模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)的通用性和抗干擾性能，要求傳感器(7)的輸出信號(hào)統(tǒng)一起來(lái)，規(guī)定為0-12V的電壓信號(hào)。模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)包括線性度調(diào)理電路(27)、電氣隔離電路(28)、放大濾波電路(29)，電氣隔離電路(28)采用光電耦合器。模擬信號(hào)調(diào)理電路需要完成的功能有信號(hào)線性化、電氣隔離、放大(衰減)、濾波和提供電源等功能。
1)線性度調(diào)理由于信號(hào)的傳輸經(jīng)過(guò)了光電隔離，為了保證光電耦合器兩端的信號(hào)不失真，故需要進(jìn)行電壓信號(hào)線性度調(diào)理，本發(fā)明中所采用的電路較好的保證了光電耦合器兩端信號(hào)的不失真。如圖7中電路27所示。
2)電氣隔離由于測(cè)量信號(hào)是來(lái)自電壓較高的變壓器，所以必須進(jìn)行隔離。經(jīng)考慮使用的是光電耦合器比較合適。
3)放大(衰減)濾波放大(衰減)、濾波電路根據(jù)前級(jí)電路的增益情況設(shè)計(jì)成為可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的環(huán)節(jié)，采用傳統(tǒng)有源放大器、濾波器。
2).模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理將前端負(fù)荷電流模擬信號(hào)I通過(guò)DB37屏蔽電纜(24)送往前臺(tái)工控機(jī)(14)中的模數(shù)采集卡(12)，由模數(shù)采集卡(12)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；然后，由前臺(tái)工控機(jī)(14)調(diào)用相應(yīng)軟件對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換存放到指定位置并在前臺(tái)工控機(jī)(14)顯示；然后接后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)。模數(shù)采集卡(12)采用ADLINKPCI-9113，前臺(tái)工控機(jī)(14)采用CPUPIII 850，后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)采用CPUPIII 866，在前臺(tái)工控機(jī)(14)中利用自行開(kāi)發(fā)的前臺(tái)采集程序，首先對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理，然后按照后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)對(duì)數(shù)據(jù)格式的要求，將數(shù)字信號(hào)格式轉(zhuǎn)換為SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)所要求的存儲(chǔ)格式，最后將其存放在指定的位置。
(二)、頂層油溫測(cè)量頂層油溫測(cè)量所用的傳感器為XMT-288FC溫控儀(4)，將XMT-288FC溫控儀(4)的探頭插入到變壓器上部溫度計(jì)座，取得油溫的信號(hào)通過(guò)信號(hào)后由XMT-288FC溫控儀(4)自帶前置放大器，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再由4芯屏蔽電纜(22)把信號(hào)傳送給調(diào)理機(jī)柜(9)，由模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性度調(diào)理、放大濾波處理，其模擬信號(hào)調(diào)理電路(10)與負(fù)荷電流信號(hào)調(diào)理電路相一致。然后通過(guò)DB37電纜(24)傳送給前臺(tái)工控機(jī)(14)中的模數(shù)采集卡(12)，由模數(shù)采集卡(12)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由前臺(tái)工控機(jī)(14)調(diào)用信號(hào)采集程序?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理，并按一定的線性比例轉(zhuǎn)換為頂層油溫值，然后按照后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)對(duì)數(shù)據(jù)格式的要求，將數(shù)字信號(hào)格式轉(zhuǎn)換為SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)所要求的存儲(chǔ)格式，最后將其存放在指定的位置，并在前臺(tái)工控機(jī)(14)顯示；其具體過(guò)程與負(fù)荷電流的采集中的描述一致。然后與負(fù)荷電流信號(hào)一起，通過(guò)同軸網(wǎng)卡(26)(PCI-2029)及同軸細(xì)纜(25)傳送給后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)，這樣，后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)就得到了頂層油溫值θa。
最后，后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)將測(cè)得的實(shí)際負(fù)載電流I和頂層油溫值θa計(jì)算出變壓器繞組熱點(diǎn)溫度θh，并給予顯示，當(dāng)該溫度超過(guò)給予的設(shè)定值時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒人們應(yīng)采取相應(yīng)措施預(yù)防變壓器故障的發(fā)生。
6、變壓器油箱油中水分在線監(jiān)測(cè)裝置變壓器油箱內(nèi)油中水分的確定在變壓器的維修計(jì)劃中占有至關(guān)重要的部分。油侵式變壓器依靠油的循環(huán)從而保護(hù)變壓器的絕緣不受破損，當(dāng)油中水分超過(guò)35ppM以后，便會(huì)導(dǎo)致絕緣介質(zhì)的老化并且絕緣的強(qiáng)度也會(huì)降低，在嚴(yán)重的情況下，這種絕緣老化及電介質(zhì)強(qiáng)度的降低會(huì)導(dǎo)致線圈的變形及匝間短路，產(chǎn)生變壓器運(yùn)行故障，大大縮短變壓器的使用壽命。因此對(duì)變壓器油箱油中水分的在線監(jiān)測(cè)，能及早預(yù)見(jiàn)變壓器將要發(fā)生的故障。而目前尚未有對(duì)變壓器油箱內(nèi)油中水分進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的有效手段。
本發(fā)明中變壓器油箱油中水分在線監(jiān)測(cè)裝置，及時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油箱油中水分的變化狀況，準(zhǔn)確預(yù)防變壓器故障的出現(xiàn)，確保變壓器的安全正常運(yùn)行。該變壓器油箱油中水分在線監(jiān)測(cè)裝置包括變壓器的一組冷卻器與變壓器相連的底部出油管(20)、智能傳感器(3)，智能傳感器(3)將安裝在底部出油管(20)上的傳感器探頭(46)的電信號(hào)經(jīng)放大或衰減、整流、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換以后經(jīng)RS232接口和串口通信線(23)與前臺(tái)工控機(jī)(14)連接，前臺(tái)工控機(jī)(14)可以通過(guò)以太網(wǎng)與后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)連接。本裝置能及時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油箱(36)油中水分的變化，出現(xiàn)異常情況時(shí)，使人們能夠及時(shí)采取調(diào)控措施或由自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)處理，避免變壓器故障的發(fā)生。
本裝置中監(jiān)測(cè)采用的智能傳感器(3)是采用芬蘭Visala公司生產(chǎn)和銷(xiāo)售的HMP228濕度儀產(chǎn)品作為智能傳感器，該智能傳感器(3)由傳感器探頭(46)、模擬信號(hào)調(diào)理電路(47)和帶有RS232接口的單片機(jī)(48)三個(gè)部分組成，傳感器探頭(46)安裝在一組冷卻器與變壓器本體(18)底部出油管(20)上，在此流動(dòng)回路里，傳感器(3)所測(cè)得的含水量?jī)H需幾分鐘即可達(dá)到平衡。該傳感器探頭(46)可以測(cè)量出傳感器(3)所在位置的油溫和水活性?xún)蓚€(gè)模擬信號(hào)，經(jīng)模擬信號(hào)調(diào)理電路(47)進(jìn)行放大或衰減、整流、濾波后，送給單片機(jī)(48)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)油溫和水活性?xún)蓚€(gè)測(cè)量值計(jì)算出油中水分含量，由RS232接口和串口通信線(23)送往前臺(tái)工控機(jī)(14)，通過(guò)此RS232接口(13)還可以對(duì)傳感器(3)的采樣率、單位、輸出格式進(jìn)行設(shè)置。前臺(tái)工控機(jī)(14)為數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，采用CPUPIII 850作為前臺(tái)工作機(jī)，有后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)采用CPUPIII 866，連接在前臺(tái)工控機(jī)(14)后，在前臺(tái)工控(14)機(jī)中利用前臺(tái)采集程序，首先對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理，然后按照后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)對(duì)數(shù)據(jù)格式的要求，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換(將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為SQL Server所要求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式)，最后將其存放在指定的位置。后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)借助同軸網(wǎng)卡(26)(PCI-2029)和同軸細(xì)纜(25)，通過(guò)以太網(wǎng)接口以數(shù)據(jù)庫(kù)通信的方式從前臺(tái)工控機(jī)(14)指定位置讀取微水?dāng)?shù)據(jù)到后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)，后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)(15)第一步處理就是對(duì)前端傳來(lái)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即剔除野點(diǎn)、平滑處理、變化率計(jì)算等措施以削弱環(huán)境因素及傳感器本身、網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來(lái)的影響，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析，為后續(xù)判斷提取可靠的數(shù)據(jù)，并設(shè)定警戒值，如果信號(hào)超出警戒值，即給出報(bào)警信號(hào)，提醒工作人員進(jìn)行處理。
在前臺(tái)工控機(jī)(14)中有一個(gè)總的數(shù)據(jù)庫(kù)，以上六種信號(hào)進(jìn)入工控機(jī)(14)后，按照預(yù)先設(shè)定的類(lèi)別分類(lèi)存儲(chǔ)，由后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)程序依次到前臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)各分類(lèi)中讀取數(shù)據(jù)，送往后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中分類(lèi)存儲(chǔ)，并按照數(shù)據(jù)采集的時(shí)間先后排列。
本發(fā)明變壓器在線智能分析診斷方法是按照?qǐng)D9中的功能模塊框圖來(lái)進(jìn)行綜合分析診斷，其中各模塊功能描述如下(1)系統(tǒng)權(quán)限維護(hù)對(duì)診斷系統(tǒng)的用戶(hù)進(jìn)行注冊(cè)及權(quán)限授予、撤銷(xiāo)。是用戶(hù)所有操作的基礎(chǔ)，從而使系統(tǒng)具備一定的安全性。
(2)變壓器出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理對(duì)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、查詢(xún)和檢索。
(3)設(shè)備在線檢測(cè)數(shù)據(jù)管理對(duì)在線檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器級(jí)的集中統(tǒng)一管理。
(4)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理及趨勢(shì)分析對(duì)變壓器各在線參數(shù)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行去除野點(diǎn)、平滑處理、變化率計(jì)算等預(yù)處理并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為后續(xù)診斷及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的積累提供技術(shù)支持平臺(tái)。
(5)故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)維護(hù)完成變壓器運(yùn)行狀態(tài)診斷所需的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的錄入、更新，這些知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的來(lái)源是國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)以及用戶(hù)反饋意見(jiàn)。另外，本模塊還負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫(kù)有效、安全地共享。
(6)狀態(tài)綜合診斷推理系統(tǒng)核心模塊。提取變壓器各種在線測(cè)量的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)必要的計(jì)算、轉(zhuǎn)換及預(yù)處理等，由狀態(tài)實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)的推理機(jī)調(diào)用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則，完成變壓器狀態(tài)的綜合診斷過(guò)程。
(7)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)估根據(jù)狀態(tài)綜合診斷推理，產(chǎn)生具有一定參考價(jià)值的診斷結(jié)論或建議，輸出一定格式的診斷報(bào)告，供決策支持使用。本模塊的最終目標(biāo)是確定變壓器狀態(tài)，異常情況下給予報(bào)警，并產(chǎn)生一定的故障類(lèi)型和維修建議。
(8)支持用戶(hù)最終決斷為用戶(hù)提供診斷推理所得到的故障類(lèi)型的發(fā)生部位、顯著特征及危害性信息，輔助用戶(hù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)評(píng)估變壓器狀態(tài)和作出最終決斷。該模塊可以防止漏判和誤判。支持信息可以通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)行調(diào)整，提高信息的準(zhǔn)確性和有效性。
本發(fā)明中變壓器故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)(1)故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用客戶(hù)/服務(wù)器體系(C/S)構(gòu)造狀態(tài)診斷專(zhuān)家系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)服務(wù)器主機(jī)的性能和網(wǎng)絡(luò)的連接性提出了較高的要求，尤其當(dāng)同時(shí)連接到服務(wù)器的客戶(hù)比較多的時(shí)候。但這種體系成熟可靠，就目前國(guó)內(nèi)外大中型企業(yè)而言，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)并運(yùn)行在其Intranet上的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)或MIS等，絕大多數(shù)仍然符合C/S體系的特點(diǎn)。
(2)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境及開(kāi)發(fā)工具系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)也分為客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器部分，均為32位平臺(tái)。在服務(wù)器側(cè)，運(yùn)行中文版Windows 2000 Server/NT Server 4.0；在客戶(hù)機(jī)側(cè)，運(yùn)行Windows 95/98/NT(Server or Station)。系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器基于MS SQL Server 7.0(for Windows NT)，它具有較高的性能價(jià)格比。并且，SQL Server的文檔全面，技術(shù)支持也是比較好的。綜合以上的優(yōu)點(diǎn)，并考慮到采用不同數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)數(shù)據(jù)接口可能面臨的數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換，決定選用其作為故障診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。系統(tǒng)前臺(tái)采用PowerBuilder 7.0(Enterprise Edition/32)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。主要出于用戶(hù)界面、服務(wù)器數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能、程序控制靈活性的考慮。
本發(fā)明中變壓器故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在狀態(tài)檢測(cè)診斷專(zhuān)家系統(tǒng)中，知識(shí)與數(shù)據(jù)信息是一切功能、操作的設(shè)計(jì)核心——系統(tǒng)每一步操作、每一項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，都是以服務(wù)器上的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。服務(wù)器上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否合理、實(shí)用，將直接影響到系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的進(jìn)度及實(shí)現(xiàn)的難易程度以及后續(xù)系統(tǒng)維護(hù)的工作量。為便于開(kāi)發(fā)和管理，本診斷系統(tǒng)中全部數(shù)據(jù)分成三類(lèi)1.設(shè)備運(yùn)行參數(shù)出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)；2.設(shè)備在線檢測(cè)數(shù)據(jù)；3.變壓器狀態(tài)診斷系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)。為了方便各項(xiàng)出廠試驗(yàn)及在線檢測(cè)數(shù)據(jù)的索引同時(shí)又盡量避免冗余信息，在各類(lèi)數(shù)據(jù)的每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表中均設(shè)置了主關(guān)鍵字。
本發(fā)明中變壓器在線狀態(tài)實(shí)時(shí)診斷技術(shù)及其具體實(shí)現(xiàn)1、在線檢測(cè)數(shù)據(jù)處理故障診斷第一步就是對(duì)變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)傳來(lái)的原始數(shù)據(jù)通過(guò)滑動(dòng)窗法進(jìn)行預(yù)處理，以剔除野點(diǎn)，得到可信的測(cè)量值，然后對(duì)可信測(cè)量值求日移動(dòng)平均值、月移動(dòng)平均值以及日移動(dòng)變化率、月移動(dòng)變化率。
滑動(dòng)窗法是將一個(gè)寬度為N個(gè)點(diǎn)的窗口逐點(diǎn)向前移動(dòng)，然后將窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)按由小到大的順序進(jìn)行排序處理，取窗口的中間值作為輸出值。N得取值根據(jù)應(yīng)根據(jù)背景噪聲的大小確定，背景噪聲越大，N的取值也越大，在本發(fā)明實(shí)施例中，N等于3?；瑒?dòng)窗法可以有效降低信號(hào)高頻背景噪聲，對(duì)高頻脈沖抑制作用很強(qiáng)，可以消弱環(huán)境因素及傳感器本身、網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來(lái)的影響，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析為后續(xù)征兆提取可靠的數(shù)據(jù)。
日移動(dòng)平均值的算法是將經(jīng)滑動(dòng)窗法處理得到的可信測(cè)量值按測(cè)量時(shí)間先后順序排序，當(dāng)每一個(gè)新的可信測(cè)量值輸入后，以此新的可信測(cè)量值為起點(diǎn)，在序列中向前取連續(xù)24個(gè)可信測(cè)量值為一組求平均值，即得到日移動(dòng)平均值。月移動(dòng)平均值是以相同的方法，以新的可信測(cè)量值為起點(diǎn)，在序列中向前取連續(xù)720個(gè)可信測(cè)量值為一組求平均值，即得到月移動(dòng)平均值。日移動(dòng)平均值和月移動(dòng)平均值分別對(duì)應(yīng)所監(jiān)測(cè)變壓器狀態(tài)的短期、長(zhǎng)期變化，即對(duì)應(yīng)著所監(jiān)測(cè)的變壓器突發(fā)性的故障和潛在的故障。
日移動(dòng)變化率的算法是將當(dāng)前日移動(dòng)平均值與24小時(shí)前同一時(shí)刻(或最接近的時(shí)刻)的日移動(dòng)平均值求差，將差值除以當(dāng)前日移動(dòng)平均值，即得到日移動(dòng)變化率。按照相同的原理，將當(dāng)前月移動(dòng)平均值與30天之前同一時(shí)刻(或最接近的時(shí)刻)的月移動(dòng)平均值求差，將差值除以當(dāng)前月移動(dòng)平均值，即得到月移動(dòng)變化率。
2、閾值的確定閾值是采用傳統(tǒng)的比較綜合法對(duì)變壓器故障進(jìn)行判斷地依據(jù)。診斷規(guī)則是否正確以及系統(tǒng)能否有效地判斷變壓器故障在很大程度取決于閾值的確定是否合理。本發(fā)明中的閾值按照獲得方式可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)閾值是通過(guò)統(tǒng)計(jì)獲得的，鐵芯電流、油中微水、套管電流、油中氣體總量等在線測(cè)量特征量的閾值獲得方法是在本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和所監(jiān)測(cè)的變壓器正常運(yùn)行較長(zhǎng)一段時(shí)間后，分別統(tǒng)計(jì)該時(shí)間段內(nèi)上述五種在線測(cè)量量的可信測(cè)量值、日移動(dòng)平均值、月移動(dòng)平均值、日移動(dòng)變化率和月移動(dòng)變化率各自的最大值和標(biāo)準(zhǔn)方差，將最大值加減K倍標(biāo)準(zhǔn)方差即得到各自的閾值，參數(shù)K反映的是本發(fā)明報(bào)警的靈敏度，是根據(jù)所監(jiān)測(cè)變壓器的實(shí)際運(yùn)行情況和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)獲得到，在一定程度上擴(kuò)大K的取值，可以將閾值分為多級(jí)閾值。在本實(shí)施例中，分有一級(jí)和二級(jí)閾值，K取值為1.5為一級(jí)閾值，K取值為3時(shí)為二級(jí)閾值，分別對(duì)應(yīng)著預(yù)警和故障兩種狀態(tài)。另一類(lèi)閾值得取得是直接由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)給定的，熱點(diǎn)溫度的閾值是根據(jù)六度法則直接獲得的，在本實(shí)施例中，104攝氏度為繞組熱點(diǎn)溫度的一級(jí)閾值，110攝氏度為二級(jí)閾值，116攝氏度為三級(jí)閾值。油中單項(xiàng)氣體含量的閾值根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《變壓器油中融解氣體分析和判斷準(zhǔn)則》(GB/T 7252-2001)推薦的注意值給定。
3、變壓器故障診斷變壓器故障診斷系統(tǒng)采用故障決策樹(shù)。故障決策樹(shù)是一種具有樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的判別網(wǎng)絡(luò)，其中各節(jié)點(diǎn)代表具體的故障分類(lèi)規(guī)則，對(duì)故障的分類(lèi)是從故障決策樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)出發(fā)，找出該對(duì)象相應(yīng)的屬性與規(guī)則進(jìn)行比較，選擇符合要求的分支，直至對(duì)象移至故障決策樹(shù)的葉節(jié)點(diǎn)為止。采用故障決策樹(shù)的方法有利于對(duì)缺陷逐步進(jìn)行細(xì)分。圖12是變壓器綜合故障決策樹(shù)。由圖12可知，綜合故障決策樹(shù)由兩個(gè)部分組成，圖12中底層方框中的部分是單枝樹(shù)，可以稱(chēng)之為低級(jí)診斷，而上面方框中是色譜分析(DGA)決策數(shù)，是由根據(jù)油色譜分析數(shù)據(jù)和其他在線特征參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷的多支結(jié)構(gòu)，可以稱(chēng)之為高級(jí)診斷。需要指出的是，這樣的設(shè)計(jì)是增強(qiáng)本診斷系統(tǒng)的適用性，使本發(fā)明對(duì)當(dāng)前較好的兩種氣體傳感器都能夠適用。如本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用美國(guó)SERVERON公司生產(chǎn)銷(xiāo)售的“油中氣體色譜傳感器”產(chǎn)品，由于該傳感器能夠直接獲得各單項(xiàng)氣體含量，因此可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行高級(jí)診斷和低級(jí)診斷，而在本實(shí)施例中，采用的是加拿大SYPROTEC公司生產(chǎn)并銷(xiāo)售的“Hydran201i氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”設(shè)備中的“H201Ti的智能傳送器”，該傳感器只能獲得油中氣體的總含量，不能直接獲得各單項(xiàng)氣體的含量，此時(shí)，高級(jí)診斷部分的功能在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)不能使用，只運(yùn)行低級(jí)診斷部分，如發(fā)現(xiàn)故障和報(bào)警，可以通過(guò)油樣化驗(yàn)的方法獲得各單項(xiàng)氣體含量數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的界面輸入診斷系統(tǒng)中，則可以啟用高級(jí)故障診斷功能，分析出更加詳細(xì)的故障類(lèi)型。
在決策樹(shù)推理過(guò)程中，運(yùn)用了三種診斷方法傳統(tǒng)的比較綜合法；改良的三比值編碼法；BP組合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。圖12中所示的分類(lèi)器分別代表采用這三種分析方法的故障判斷規(guī)則，分類(lèi)器1、分類(lèi)器5、分類(lèi)器6、分類(lèi)器7、分類(lèi)器8、分類(lèi)器9均為傳統(tǒng)比較綜合法判斷規(guī)則，分類(lèi)器2為改良的三比值編碼法的判斷規(guī)則，分類(lèi)器3是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法判斷規(guī)則。分類(lèi)器4局部放電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)與指紋庫(kù)比較得出四種不同類(lèi)型的局部放電故障(沿絕緣紙板表面放電、變壓器線圈匝間絕緣放電、懸浮金屬引起放電、高電位下的金屬尖端放電)，加入到故障樹(shù)診斷結(jié)論中。分類(lèi)器4的功能是本發(fā)明所采用的荷蘭KEMA公司生產(chǎn)的UHF-TMS局放檢測(cè)系統(tǒng)儀器中的傳感器部件提供的。
對(duì)上述診斷方法有如下闡述傳統(tǒng)的比較綜合法直接將經(jīng)過(guò)在線檢測(cè)數(shù)據(jù)處理后得到的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)特征值與對(duì)應(yīng)閾值進(jìn)行比較，以判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)。簡(jiǎn)要步驟如下
第一步提取日移動(dòng)平均值、日移動(dòng)變化率、月移動(dòng)平均值、月移動(dòng)變化率對(duì)應(yīng)閾值。
第二步將日移動(dòng)平均值、日移動(dòng)變化率與相應(yīng)的閾值做綜合比較，給出日狀態(tài)結(jié)果并按照不同狀態(tài)結(jié)果賦值為0、1、2(0表示正常，1表示預(yù)警或可能異常，2表示故障報(bào)警)。
第三步將將月移動(dòng)平均值、月移動(dòng)變化率與相應(yīng)的閾值做綜合比較，給出月?tīng)顟B(tài)結(jié)果并按照不同狀態(tài)結(jié)果賦值為0、1、2(0表示正常，1表示預(yù)警或可能異常，2表示故障報(bào)警)。
第四步取日狀態(tài)結(jié)果值和月?tīng)顟B(tài)結(jié)果值的大者作為診斷結(jié)果狀態(tài)的賦值。
值得注意的是，為了減少野點(diǎn)對(duì)診斷結(jié)果的影響，在進(jìn)行傳統(tǒng)的比較綜合法診斷時(shí)，本實(shí)施例只有在當(dāng)連續(xù)的三個(gè)診斷結(jié)果地狀態(tài)值為非0的時(shí)候，才給出相應(yīng)的診斷結(jié)果，進(jìn)行預(yù)警或報(bào)警。
改良的IEC三比值編碼法是基于熱裂化和放電裂化的模擬試驗(yàn)，以及實(shí)際故障變壓器的內(nèi)部檢查結(jié)果，提出的以特征氣體間相對(duì)含量為基礎(chǔ)判斷油浸設(shè)備故障類(lèi)型的方法，該診斷方法在《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》(GB/T 7252-2001)中有詳細(xì)的規(guī)定。IEC三比值法的編碼規(guī)則和判斷方法如表2所示。
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是ANN(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))的一種。ANN是由一些相互連接的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)，不同接點(diǎn)之間有著不同的連接權(quán)值。存儲(chǔ)在ANN中的知識(shí)就分布在這些不同的連接權(quán)值之中——這些權(quán)值的是利用大量典型樣本對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的結(jié)果。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)具備一定的邊界“柔化”或“模糊化”能力，這無(wú)形中提高了系統(tǒng)在處理不確定性推理方面的性能。目前故障診斷和模式識(shí)別問(wèn)題中，誤差反向傳播算法(Back Propagation，簡(jiǎn)稱(chēng)BP)即BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)成熟，得到了較好的應(yīng)用。通過(guò)收集近千臺(tái)有故障變壓器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及吊芯檢測(cè)結(jié)果作為樣本，對(duì)大量的油氣相色譜分析(DGA)數(shù)據(jù)進(jìn)行了訓(xùn)練，因此診斷正確率可以大大提高。在本發(fā)明中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油氣相色譜分析(DGA)的診斷。為減少由于色譜數(shù)據(jù)的分散性而帶來(lái)的影響，采用了多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量進(jìn)行了歸一化處理；即將各種測(cè)量數(shù)分布在統(tǒng)一的運(yùn)算空間中，將所有的輸入轉(zhuǎn)化為
的數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)，以提高網(wǎng)絡(luò)的正判率。圖11是三層BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
4、用戶(hù)界面用戶(hù)界面是系統(tǒng)與用戶(hù)進(jìn)行信息交換的窗口。本診斷系統(tǒng)在界面設(shè)計(jì)上采用多層菜單形式，做到層次清晰，界面美觀，功能實(shí)用。主界面分為三個(gè)區(qū)綜合診斷結(jié)果顯示區(qū)、有實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示區(qū)和各單項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的當(dāng)前可信值及對(duì)應(yīng)狀態(tài)顯示區(qū)。綜合診斷結(jié)果顯示區(qū)以文字顯示變壓器運(yùn)行狀況，并設(shè)有報(bào)警圖象，當(dāng)變壓器發(fā)生異常時(shí)，及時(shí)報(bào)警，以“綠”色變?yōu)椤包S”色表明預(yù)警，變?yōu)椤凹t”色表明報(bào)警。主界面設(shè)置有出廠數(shù)據(jù)查詢(xún)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢(xún)、診斷結(jié)果查詢(xún)、簡(jiǎn)單診斷和高級(jí)診斷切換以及用戶(hù)管理等菜單。選擇任一菜單即可進(jìn)入相應(yīng)功能模塊。在進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢(xún)時(shí)，所檢測(cè)數(shù)據(jù)的可信值、日移動(dòng)平均、日移動(dòng)變化率、月移動(dòng)平均值、月移動(dòng)變化率等數(shù)據(jù)同時(shí)以變化趨勢(shì)圖和報(bào)表的方式顯示，方便比較、查閱。
專(zhuān)家診斷級(jí)菜單則激活專(zhuān)家診斷結(jié)果及對(duì)用戶(hù)最終決斷的支持信息等。
表1 負(fù)載特性數(shù)據(jù)

表2 IEC三比值表

※表中引用的僅是典型值，在實(shí)際應(yīng)用中可能存在沒(méi)有包括在表中的比值組合。
權(quán)利要求
1.一種變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括變壓器各種動(dòng)態(tài)性能監(jiān)測(cè)裝置的傳感器，其特征在于由各種傳感器所采集的電信號(hào)有的經(jīng)放大器和調(diào)理電路處理后接入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、有的經(jīng)模數(shù)采集卡、有的經(jīng)接口電路后都接入工控機(jī)內(nèi)由前臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出測(cè)得的性能數(shù)據(jù)，爾后將該數(shù)字信號(hào)輸送到后臺(tái)中央處理器變壓器故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析，得出監(jiān)測(cè)結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于變壓器各種動(dòng)態(tài)性能監(jiān)測(cè)裝置是變壓器局部放電監(jiān)測(cè)裝置、變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置、變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置、變壓器套管絕緣性能在線監(jiān)測(cè)裝置、變壓器繞組熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)裝置、變壓器油箱油中水分在線監(jiān)測(cè)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于變壓器局部放電監(jiān)測(cè)裝置包括安裝在變壓器油箱底部放油閥處或頂部的泄漏閥處的傳感器探頭、傳感器桿，傳感器桿通過(guò)超高頻電纜與前置放大器連接，再與超高頻接收器連接，超高頻接收器將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理后經(jīng)模數(shù)采集卡接入數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測(cè)裝置包括鐵芯接地電流引出線，該接地電流引出線穿過(guò)傳感器后與接地端連接，傳感器的感應(yīng)信號(hào)接入信號(hào)放大電路，再接模擬信號(hào)調(diào)理電路，模擬信號(hào)調(diào)理電路與模數(shù)采集卡連接后接入數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置包括安裝在變壓器底部放油閥處的油中氣體智能傳感器，智能傳感器的電信號(hào)經(jīng)RS232接口和電纜傳輸線接入能夠顯示氣體含量的工控機(jī)，工控機(jī)與后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于變壓器套管絕緣性能在線監(jiān)測(cè)裝置包括電容式穿芯傳感器(CT)，三相套管的末屏接地線分別穿過(guò)電容式穿芯傳感器(CT)，經(jīng)電容式穿芯傳感器感應(yīng)出三相套管的末屏電流信號(hào)，將感應(yīng)信號(hào)經(jīng)4芯屏蔽電纜輸入調(diào)理電路板，通過(guò)調(diào)理電路進(jìn)行線性度調(diào)理、放大(衰減)、濾波處理，作為三相套管電流信號(hào)輸出，同時(shí)將三相輸出信號(hào)輸入到三相電壓求和電路，獲得其三相不平衡電壓U0，作為第四個(gè)輸出信號(hào)，與前三個(gè)信號(hào)一起，通過(guò)DB37屏蔽電纜，送往模數(shù)采集卡(ADLINK PCI-9113)，經(jīng)模數(shù)采集卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送往前臺(tái)工控機(jī)，調(diào)用前臺(tái)采集程序，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和平滑處理并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換存放指定位置和顯示的計(jì)算機(jī)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于變壓器繞組熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)裝置包括變壓器電容式絕緣套管尾部安裝的環(huán)形電流互感器，將此環(huán)形電流互感器的引出端子用一根電纜線短接，此短接電纜穿過(guò)負(fù)荷電流傳感器，負(fù)荷電流傳感器的感應(yīng)電流信號(hào)接入信號(hào)調(diào)理電路，調(diào)理電路將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入前臺(tái)工控機(jī)，另有一探頭安裝插入到變壓器上部溫度計(jì)座的溫控儀，其感應(yīng)信號(hào)通過(guò)電纜接入信號(hào)調(diào)理電路，調(diào)理電路將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入前臺(tái)工控機(jī)，工控機(jī)與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括變壓器的一組冷卻器與變壓器相連的底部出油管、智能傳感器，智能傳感器將安裝在底部出油管上的傳感器探頭的電信號(hào)經(jīng)放大或衰減、整流、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換以后經(jīng)RS232接口和3芯屏蔽電纜與前臺(tái)工控機(jī)連接，前臺(tái)工控機(jī)可以通過(guò)以太網(wǎng)與后臺(tái)診斷處理計(jì)算機(jī)連接。
9.一種變壓器在線智能分析診斷方法，是將變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)入分析診斷計(jì)算機(jī)中，該分析診斷計(jì)算機(jī)中貯存有在線變壓器的設(shè)備銘牌參數(shù)信息、以往變壓器事實(shí)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則信息、在線監(jiān)控的技術(shù)參數(shù)規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)、在線監(jiān)控的技術(shù)參數(shù)閾值及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析診斷計(jì)算機(jī)中具有能根據(jù)自動(dòng)輸入進(jìn)來(lái)的的變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理及趨勢(shì)分析、狀態(tài)綜合診斷推理、變壓器狀態(tài)綜合評(píng)估、支持用戶(hù)最終決斷的分析診斷系統(tǒng)軟件，由分析診斷計(jì)算機(jī)根據(jù)自動(dòng)輸入進(jìn)來(lái)的的變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)合貯存的信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行變壓器在線實(shí)時(shí)診斷，對(duì)變壓器的異常情況進(jìn)行報(bào)警。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的變壓器在線智能分析診斷方法，其特征在于分析診斷計(jì)算機(jī)根據(jù)自動(dòng)輸入進(jìn)來(lái)的的變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)合貯存的信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行變壓器在線實(shí)時(shí)診斷，其過(guò)程是第一步對(duì)變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)傳來(lái)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即剔除野點(diǎn)、平滑處理、變化率計(jì)算等措施以消弱環(huán)境因素及傳感器本身、網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來(lái)的影響，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析為后續(xù)征兆提取可靠的數(shù)據(jù)，對(duì)所獲得的原始數(shù)據(jù)首先要進(jìn)行排序處理；第二步是閾值求取；第三步建立底層數(shù)據(jù)庫(kù)；第四步采用故障決策樹(shù)對(duì)變壓器故障進(jìn)行診斷，在決策樹(shù)推理過(guò)程中，運(yùn)用三種診斷方法改良的三比值編碼法；傳統(tǒng)的比較綜合法；BP組合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其智能分析診斷方法。該變壓器在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括變壓器各種動(dòng)態(tài)性能監(jiān)測(cè)裝置的傳感器，由各種傳感器所采集的電信號(hào)有的經(jīng)放大器和調(diào)理電路處理后接入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、有的經(jīng)模數(shù)采集卡、有的經(jīng)接口電路后都接入工控機(jī)內(nèi)由前臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，爾后輸送到后臺(tái)中央處理器變壓器故障實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析，得出監(jiān)測(cè)結(jié)果。該智能分析診斷方法是將變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)入分析診斷計(jì)算機(jī)中，由分析診斷計(jì)算機(jī)根據(jù)自動(dòng)輸入進(jìn)來(lái)的的變壓器在線監(jiān)測(cè)的各種信號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)合貯存的信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行變壓器在線實(shí)時(shí)診斷，對(duì)變壓器的異常情況進(jìn)行報(bào)警。本發(fā)明與變壓器本體有機(jī)結(jié)合，對(duì)變壓器故障進(jìn)行綜合分析診斷，既提高了對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控及計(jì)算機(jī)輔助診斷水平，又幫助用戶(hù)達(dá)到了設(shè)備運(yùn)行更可靠、更經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK1484034SQ0213962
公開(kāi)日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者張冠軍, 嚴(yán)璋, 歐陽(yáng)南尼, 吳文強(qiáng), 王英華, 郭長(zhǎng)泰, 趙文彬, 魏鐵軍, 尼 申請(qǐng)人:新疆特變電工股份有限公司