实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法和智能变压器与流程

本发明涉及一种实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法和利用该方法的智能变压器，具体地，涉及一种通过同时利用实时负载监控结果和绝缘油劣化诊断结果来生成绝缘油检查时间点的警报，从而能够提高预测检查时间点的准确度，且能够有效地使用检查人力资源的实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法和利用该方法的智能变压器。

背景技术：

为了确保变压器的可靠性而稳定地供给电力，正在开发用于在变压器的运转状态下实时测定成为事故起因的异常征兆的实时监控装置。

变压器由变压器线圈、磁极铁芯和壳体构成，所述变压器线圈由主线圈和次级线圈组成，所述磁极铁芯使变压器线圈的相互感应作用顺利进行，所述壳体容纳相互结合的变压器线圈和磁极铁芯，为了冷却变压过程中产生的热，在壳体中填充有具有绝缘性的绝缘冷却油(以下，简称为“绝缘油”)。

然而，由于高温运转所造成的热劣化、外部短路所造成的热劣化、机械损伤和部分放电所造成的放电劣化，随着时间的流逝变压器的绝缘油中会产生可燃性气体，这种现象称为绝缘油劣化。当变压器的绝缘油劣化时，需要实施用于更换的检查，而检查时机与可燃性气体的量和绝缘油的温度有密切的联系。

作为与这种包括绝缘油劣化测定传感器的变压器相关的现有技术，有韩国授权专利第10-1090143号。

不过，这种方法没有考虑变压器负载的信息，因此不能精确地预测绝缘油的劣化。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种通过同时利用实时负载监控结果和绝缘油劣化诊断结果来生成绝缘油检查时间点的报警，从而能够提高预测检查时间点的准确度，且能够有效利用人力资源的实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法和利用该方法的智能变压器。

另外，本发明的目的在于提供一种通过包括存储有判断可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间和异常区间中的哪个区间的标准和与可燃性气体的种类对应的温度特性的数据库单元，从而解决了实现的问题的利用实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的智能变压器。

通过以下对实施例的说明，能够容易地理解本发明的其它目的。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明的优选实施例的利用实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的智能变压器可以包括：绝缘油劣化诊断传感器，测定并输出所述智能变压器的绝缘油中包含的可燃性气体的检测量和所述绝缘油的温度；负载监控传感器，测定并输出所述智能变压器的负载的三相电流/电压；数据库单元，存储有判断所测定的可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间和异常区间中的哪个区间的标准和与可燃性气体的种类对应的温度特性；判断单元，接收由所述绝缘油劣化诊断传感器测定的可燃性气体的检测量，并根据存储在所述数据库单元中的标准，判断并输出测定的所述可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间和异常区间中的哪个区间；以及报警单元，接收所述绝缘油的温度、所述三相电流/电压和所述判断单元的判断，当所述判断单元的判断为属于异常区间时，生成绝缘油检查的报警，当所述判断单元的判断为属于警告区间时，根据所述绝缘油的温度、所述三相电流/电压和所述数据库单元中存储的与可燃性气体的种类对应的温度特性生成所述报警。

其中，所述绝缘油劣化诊断传感器测定检测量的可燃性气体可以是选自氢(H₂)、乙炔(C₂H₂)、乙烯(C₂H₄)、甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈)的一种。

此外，当所述判断单元的判断为警告区间时，所述报警单元可以根据将所述绝缘油的温度和所述三相电流/电压在预先设定的期间进行平均的值，生成绝缘油检查的报警。

此外，利用所述实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的智能变压器还可以包括通信单元，所述通信单元利用选自以太网、移动通信网、无线局域网、蓝牙及射频识别的任一种通信网或者通信信道，将所述三相电流/电压、所述可燃性气体的检测量和所述绝缘油温度的数据传送至外部的终端。

此外，所述通信单元可以具有将所述三相电流/电压、所述可燃性气体的检测量和所述绝缘油温度的数据转换成与选自Modbus、DNP和IEC61850的任一种进行互换的数据形式的功能。

为了实现上述目的，本发明的优选的一个实施例的实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法，可以包括：a)准备判断所测定的可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间及异常区间中的哪个区间的标准和与可燃性气体的种类对应的温度特性的数据库的步骤；b)测定所述智能变压器的绝缘油中包含的可燃性气体的检测量和所述绝缘油的温度的步骤；c)测定所述智能变压器的负载的三相电流/电压的步骤；d)根据存储在所述数据库单元中的标准，判断测定的所述可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间及异常区间中的哪个区间的步骤；以及e)当所述检测的可燃性气体的检测量属于异常区间时，生成绝缘油检查的报警，当所述可燃性气体的检测量属于警告区间时，根据所述绝缘油的温度、所述三相电流/电压和存储在所述数据库单元中的与可燃性气体的种类对应的温度特性，生成报警的步骤。

其中，所述b)步骤中的可燃性气体可以是选自氢(H₂)、乙炔(C₂H₂)、乙烯(C₂H₄)、甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈)的一种。

此外，在所述e)步骤中，当可燃性气体的检测量属于警告区间时，可以根据将所述绝缘油的温度和所述三相电流/电压在预先设定的期间进行平均的值，生成绝缘油检查的报警。

此外，所述实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法，在e)步骤之后还可以包括：f)利用选自以太网、移动通信网、无线局域网、蓝牙及射频识别的任一种通信网或者通信信道，将所述三相电流/电压、所述可燃性气体的检测量和所述绝缘油温度的数据传送至外部的终端的步骤。

此外，在所述f)步骤中，可以将所述三相电流/电压、所述可燃性气体的检测量和所述绝缘油温度的数据转换成选自Modbus、DNP和IEC61850的任一种的数据形式而传送至外部的终端。

(三)有益效果

如上所述，可以提供通过同时利用实时负载监控结果和绝缘油劣化诊断结果来生成绝缘油检查时间点的报警，从而能够提高预测检查时间点的准确度，且能够有效利用人力资源的实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法和利用该方法的智能变压器。

此外，本发明包括存储有判断可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间和异常区间中的哪个区间的标准和与可燃性气体的种类对应的温度特性的数据库单元，从而能够解决实现的问题。

附图说明

图1是应用了本发明的一个实施例的利用实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的智能变压器的电网的概念图。

图2是用于说明本发明的一个实施例的利用实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的智能变压器的功能的框图。

图3是表示根据测定的可燃性气体的检测量来判断属于安全区间、警告区间以及异常区间中的哪个区间的标准的表。

图4是表示与测定的绝缘油的温度对应的变压器发生事故的可能性的表。

图5是本发明的一个实施例的实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的流程图。

具体实施方式

本发明可以进行多种变更，也可以具有多种实施例，在附图中例示特定实施例，并对其进行详细说明。但是，应理解为，本发明并不限定于特定的实施方式，包括本发明的思想和技术范围所包含的所有变更、等同物以及替代物。

在说明各附图时，对相似的构成要素使用了相似的附图标记。在本发明的说明中，在认为关于公知技术的具体说明有可能混淆本发明的要旨时，省略其详细说明。

本申请人一直在思考当由绝缘油劣化诊断传感器测定的可燃性气体的量处于警告区间时判断是否生成警报的方法，发现在变压器负载的电流和电压高的情况下可燃性气体的量会在较短的时间内达到异常区间，申请人对此进行了深入的研究，并完成了本发明。

图1是应用了本发明的一个实施例的利用实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的智能变压器的电网的概念图。应用了本发明的一个实施例的利用实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的智能变压器的电网可以包括智能变压器100、通信网200、终端300以及监控中心400。

智能变压器100在现有的变压器的基础上增加了基于信息和通信技术(Information and Communications Technologies，ICT)的自动化功能，具备对负载的电流和电压、绝缘油的温度及气体成分等的信息进行处理的功能，能够执行远程监控诊断或者远程查表功能。

通信网200是构成终端装置之间的通信路径的资源的集合，可以是包括有线通信网、无线通信网的所有的物理层，可以是使用IEC61850、DNP、Modbus等协议的专用通信网或者与其连接的商用通信网。

终端300是能够利用所述通信网200来收发信息的装置，可以是笔记本电脑、智能手机或个人计算机等。

监控中心400是设置在变电站、智能电网的管理站等而执行智能变压器100的状态监控诊断和负载监控的装置或者装置的集合，所述监控中心与通信网200连接，可以使用如IEC61850、DNP、Modbus等在用于变电站自动化的标准中定义的协议。

智能变压器100可以通过以太网、移动通信网、无线局域网、蓝牙、射频识别等通信网200向终端300直接或者间接地传送负载的三相电流/电压、可燃性气体的检测量和绝缘油温度的数据，监控中心400可以使用基于IEC61850、DNP、Modbus等标准的协议，通过转换装置等来接入通信网200，从而从变压器100收集负载的三相电流/电压、可燃性气体的检测量和绝缘油温度的数据。

图2是用于说明本发明的一个实施例的利用实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的智能变压器的功能的框图。本发明的一个实施例的利用实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的智能变压器可以包括绝缘油劣化诊断传感器110、负载监控传感器120、数据库单元140、判断单元130、警报单元150以及通信单元160。

绝缘油劣化诊断传感器110可以测定并输出智能变压器100的绝缘油中包含的可燃性气体的检测量和绝缘油的温度。特别是，在变压器的绝缘油中产生的可燃性气体中重要的是氢(H₂)、乙炔(C₂H₂)、乙烯(C₂H₄)、甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈)等，因此绝缘油劣化诊断传感器110必须能够测定这些可燃气体。

负载监控传感器120可以测定并输出智能变压器的负载的三相电流/电压。

数据库单元140可以存储有判断测定的可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间和异常区间中的哪个区间的标准和与可燃性气体的种类对应的温度特性。对安全区间、警告区间和异常区间进行说明如下，当测定的可燃性气体的检测量属于安全区间(Normal)时，可以表示不需要检查绝缘油，当检测量属于异常区间(Abnormal)时，可以表示需要检查绝缘油。作为中间区间的警告区间(Caution)属于仅根据可燃性气体的检测量无法判断是否需要进行检查的情况，可以考虑绝缘油的温度或可燃性气体的量处于警告区间的时间等来判断是否需要检查绝缘油。另外，不同种类的可燃性气体受周围环境影响(例如，绝缘油的温度)的程度也会不同，因此需要这方面的信息。对于温度特性，需要温度的异常区间开始的温度T_abnormal、开始检查绝缘油所需要的时间t_move等，对于这方面的详细说明和应用将在后面进行说明。因此，每种可燃性气体都需要用于判断测定的可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间和异常区间中的哪个区间的标准和与可燃性气体的种类对应的温度特性，因此需要进行数据库化。

判断单元130可以接收由绝缘油劣化诊断传感器测定的可燃性气体的检测量，并根据存储在数据库单元140中的标准判断并输出所测定的可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间和异常区间中的哪个区间。判断单元需要与数据库单元140电连接，以使其能够访问数据库单元140。

报警单元150接收绝缘油的温度、所述三相电流/电压和所述判断单元的判断，当判断单元130的判断为异常区间时生成绝缘油检查的报警，当判断单元130的判断为安全区间时不生成绝缘油检查的报警。当判断单元130的判断为警告区间时可以根据绝缘油的温度、三相电流/电压和存储在数据库单元140中的与可燃性气体的种类对应的温度特性生成所述报警，关于这方面将在后面进行详细说明。

判断单元130的判断为警告区间时，在报警单元150中生成绝缘油检查的报警的情况可以是满足数学式1的情况。

[数学式1]

$\frac{C}{T_{abnormal}-T_{measure}}\≤I^{2}r\×t_{move}$

其中，I是负载中测定的三相电流的有效值，r是变压器的磁极铁芯和变压器线圈的电阻值，c是全部绝缘油的热容量，T_abnormal是异常区间开始的温度，T_measure是测定的绝缘油的温度，t_move是开始检查绝缘油所需要的时间。在数学式1中，I²r可以由V²/r来替代，其中V表示负载中测定的电压的有效值。但是，当判断单元130的判断为警告区间时，报警单元150优选使用将所述绝缘油的温度和所述三相电流/电压在预先设定的期间进行平均的值，这是为了去除由测定电流或电压时产生的残留噪声引起的偏差。所述预先设定的时间优选为1分钟以上，这是因为当所述预先设定的时间为1分钟以下时残留噪声非常大。t_move可以说是向检查地点派遣人员进行检查所需要的时间，可以考虑待命人员与变压器之间的距离、准备更换绝缘油所需要的时间、与绝缘油种类对应的对于温度的危险性等来确定。数学式1的左边是变压器绝缘油的温度达到异常区间所需要的热量，右边是变压器中产生的热量。因此，当右边大于左边时，可以评价为变压器危险。

C和r是由变压器决定的固有的值，T_abnormal和t_move是根据可燃性气体的种类来确定的值，可以是存储在数据库单元140中的值。

将数学式1对负载中测定的电流值进行整理，则为数学式2。

[数学式2]

$\frac{C}{T_{abnormal}-T_{measure}}\×\frac{1}{r}\×\frac{1}{t_{move}}\≤I^2$

根据数学式2可知，利用存储在数据库单元140中的T_abnormal、t_move、C及r提示了基于检测的电流的报警的生成标准。

通信单元160可以通过选自以太网、移动通信网、无线局域网、蓝牙及射频识别的任一种通信网或者通信信道，将三相电流/电压、可燃性气体的检测量和绝缘油温度的数据传送至外部的终端。另外，通信单元160还可以具备将输入的所述数据转换为满足如IEC61850、DNP、Modbus等用于进行变电站自动化的标准中定义的协议的形式的功能，以使通信部能够与监控中心400之间进行数据交换。

图3是表示根据测定的可燃性气体的检测量来判断安全区间、警告区间以及异常区间中属于哪个区间的标准的表。参照图3，当测定了如氢(H₂)、乙炔(C₂H₂)、乙烯(C₂H₄)、甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈)等可燃性气体的检测量时，就可以知道属于安全区间、警告区间、异常区间中的哪个区间。举个实际例子，如果测定到500ppm左右的氢(H₂)，则属于警告区间。

图4是表示与检测的绝缘油的温度对应的变压器发生事故的可能性的表。因与可燃性气体的种类对应的温度，变压器误操作的概率不同。参照图4，可知氢(H₂)相比乙烯(C₂H₄)在温度上升时误操作的危险性低。能够将这种特性应用到数学式1的t_move，因此在氢(H₂)的情况下，可以将t_move设定得比乙烯(C₂H₄)大。

图5是本发明的一个实施例的实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法的流程图。参照图5，本发明的一个实施例的实时负载监控及绝缘油劣化诊断方法可以包括：a)准备判断所测定的可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间和异常区间中的哪个区间的标准和与可燃性气体的种类对应的温度特性的数据库的步骤(S10)；b)测定所述智能变压器的绝缘油中包含的可燃性气体的检测量和所述绝缘油的温度的步骤(S20)；c)测定所述智能变压器的负载的三相电流/电压的步骤(S30)；d)根据存储在所述数据库单元中的标准，判断测定的所述可燃性气体的检测量属于安全区间、警告区间和异常区间中的哪个区间的步骤(S40)；以及e)当可燃性气体的检测量属于异常区间时，生成绝缘油检查的报警，当可燃性气体的检测量属于警告区间时，根据所述绝缘油的温度、所述三相电流/电压及存储在所述数据库单元中的与可燃性气体的种类对应的温度特性，生成报警的步骤(S50)。

以上对本发明的优选的实施例进行了说明，但是本发明的保护范围并不限定于说明书中记载并进行说明的特定实施例，在不超出权利要求书记载的要旨的范围内，能够由本发明所属领域的技术人员实施的各种变形例也应包括在本发明的权利保护范围。