基于OFDM载波信号的变压器状态在线监视系统和方法与流程

本发明涉变压器技术领域，具体涉及一种基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视系统和方法。

背景技术：

变压器的正常运行是电力用户安全可靠用电的基本保障。配电变压器会因为浪涌、雷击、固有缺陷导致出现线圈变形、绝缘破损等故障，故障点持续升温会导致变压器起火、爆炸，造成恶性事故。电力公司通常每年一两次定期对变压器运行进行停电检查，但这种停电检查的方式既影响正常用电，又难以及时发现问题隐患。为此，配电变压器需要在线进行监视的设备，随时跟踪和判断变压器运行状态，及时发现缺陷并报警。

目前已有的基于频率响应特性对变压器进行检测的方法。该方法通过检测线圈端对端、或匝间电容、或原副边传输的频率响应特性，分析变压器可能的变形、绝缘损坏等缺陷故障。出现缺陷的变压器的频率特性曲线，三相之间可能出现幅度或谐振频点显著不一致的频率特性，或者当前频率特性和历史记录的频率特性发生变化。这种通过频率特性分析变压器故障的方法，通常选择的测试频带范围在1khz至1mhz范围内。虽然该方法被普遍认为是一种有效的变压器故障检测方法，但是该方法目前只能在变压器停机后进行检修时使用，尚不能实现在线检测。

如何在目前的硬件基础上实现基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视，是目前的研究方向。

技术实现要素：

为了克服现有技术问题的缺点，本发明技术方案采用ofdm载波信号实现对变压器原副边的在线频率特性的测量、记录、跟踪和比较，从而实现在变压器不必停运的情况下，及时发现变压器缺陷，并提供故障预警。

一种基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视系统，其中：变压器二次侧安装有集中器及其载波通信模块cco，变压器一次侧经过电压互感器pt和电流互感器ct后安装有三相载波通信设备，该三相载波通信设备含有一次侧三相载波通信模块sta-p3h和供电电源模块；

plc芯片的载波通信信号输出端对应管脚经过功率放大器、对应a/b/c相的独立的输出可控通道和耦合电路，接入电力线的对应相线；电力线的对应相线也同时通过对应的耦合电路，分别接入a、b、c相的载波输入可控通道和测试输入可控通道，各载波输入可控通道之后经过对应载波滤波电路、限幅电路，接入到plc芯片载波通信信号输入端对应输入管脚，各测试输入可控通道之后经过对应衰减电路、测试滤波电路、限幅电路，接入到plc芯片载波通信信号输入端对应输入管脚。

所述的基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视系统，其中：变压器二次侧安装有集中器及其载波通信模块cco，所述的变压器一次侧经过电压互感器pt和电流互感器ct后安装有三相电能表，三相电能表上配装有一次侧三相载波通信模块sta-p3h，一次侧三相载波通信模块sta-p3h上配装供电电源模块；

plc芯片的载波通信信号输出端对应管脚经过功率放大器、对应a/b/c相的独立的输出可控通道和耦合电路，接入电力线的对应相线；电力线的对应相线也同时通过对应的耦合电路，分别接入a、b、c相的载波输入可控通道和测试输入可控通道，各载波输入可控通道之后经过对应载波滤波电路、限幅电路，接入到plc芯片载波通信信号输入端对应输入管脚，各测试输入可控通道之后经过对应衰减电路、测试滤波电路、限幅电路，接入到plc芯片载波通信信号输入端对应输入管脚。

所述的基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视系统，其中：plc芯片与a/b/c相各自的的输出可控通道、载波输入可控通道和测试输入可控通道的连接如下：

plc芯片的a相发送通道使能控制信号输出端连接a相输出可控通道的控制信号输入端，plc芯片的b相发送通道使能控制信号输出端连接b相输出可控通道的控制信号输入端，plc芯片的c相发送通道使能控制信号输出端连接c相输出可控通道的控制信号输入端；

plc芯片的a相载波接收通道使能控制信号输出端连接a相载波输入可控通道的控制信号输入端，plc芯片的b相载波接收通道使能控制信号输出端连接b相载波输入控制通道的控制信号输入端，plc芯片的c相载波接收通道使能控制信号输出端连接c相载波输入控制通道的控制信号端；

plc芯片的a相测试接收通道使能控制信号输出端连接a相测试输入可控通道的控制信号输入端，plc芯片的b相测试接收通道使能控制信号输出端连接b相测试输入控制通道的控制信号输入端，plc芯片的c相测试接收通道使能控制信号输出端c相测试输入控制通道的控制信号输入端；

一种基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视方法，其中：包括以下步骤，

第1步，sta-p3h通过载波通信信号依照载波组网链路层协议接入以cco为网络中心的载波抄表网络，载波通信信号是载波抄表网络基于电力线的组网通信信号，载波组网链路层协议采用标记有网络基准时间的信标，从而保证入网节点和cco实现时钟同步；

第2步，cco通过载波通信信号告知sta-p3h即将启动变压器运行状态在线测试流程，并将变压器测试信号发送时刻告知sta-p3h，所用变压器测试信号是覆盖所选测试频带的全部子载波均加载相同设定幅值的ofdm调制信号；

第3步，cco分相发送变压器测试信号，cco和sta-p3h同时在对应相位采样和测量，具体过程如下：

在第一cco指定时刻，cco依次打开a相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，同时cco通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc1a(fi)，sta-p3h在第一cco指定时刻打开a相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据u’s1a(fi)，其中fi为载波通信所采用的子载波频率，i＝1,…,n，n为载波通信所采用的子载波总数量；

之后，在第二cco指定时刻，cco依次打开b相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，同时cco通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc1b(fi)，sta-p3h在第二cco指定时刻打开b相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据u’s1b(fi)；

再之后，在第三cco指定时刻，cco依次打开c相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，同时cco通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc1c(fi)，sta-p3h在第三cco指定时刻打开c相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据u’s1c(fi)；

第4步，sta-p3h分相发送变压器测试信号，cco和sta-p3h同时在对应相位采样和测量，具体过程如下：

在第一sta-p3h指定时刻，sta-p3h依次打开a相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，sta-p3h同时通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号各个子载波频点的测量数据u’s2a(fi)；载波模块cco在第一sta-p3h指定时刻打开a相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc2a(fi)；

之后，在第二sta-p3h指定时刻，sta-p3h依次打开b相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，sta-p3h同时通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号各个子载波频点的测量数据u’s2b(fi)；载波模块cco在第二sta-p3h指定时刻打开b相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc2b(fi)；

再之后，在第三sta-p3h指定时刻，sta-p3h依次打开c相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，sta-p3h同时通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号各个子载波频点的测量数据u’s2c(fi)；载波模块cco在第三sta-p3h指定时刻打开c相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc2c(fi)；

第5步，载波模块cco通过载波通信信号获取sta-p3h的测量数据u’s1a(fi)、u’s1b(fi)、u’s1c(fi)、u’s2a(fi)、u’s2b(fi)、u’s2c(fi)；

第6步，cco基于测量数据计算分析变压器在各个子载波频点对应的传输阻抗频率特性；

第7步，cco分析计算当前测算的各相的传输阻抗频率特性结果的差异性，即相关系数；并选择设定时间跨度的历史时刻传输阻抗频率特性历史数据与当前测算的等效串入阻抗频率特性的数据相比计算差异性，即相关系数；具体采用如下相关系数的分析公式比较差异性：

设当前测算的传输阻抗频率特性为zp(fi)，p对应三相，分别取a、b、c相；同一时刻、不同相线之间传输阻抗频率特性的相关系数为：

其中，p1、p2为p的两种取值，p1、p2分别取a、b、c相中的其中一相，且p1≠p2；

如果cp1-p2<th1，则判断为变压器出现异常，cco通过载波通信信号向集中器发出报警信息，其中th1为变压器相线间故障判断阈值门限；否则，判断变压器运行正常；

cco分析a、b、c相其中一相的当前测算的传输阻抗频率特性结果与设定时间跨度的历史时刻传输阻抗频率特性历史数据的差异性：

设定时间跨度的历史时刻所测算的传输阻抗频率特性为z’p(fi)；

同一相线、在两个不同时间t1、t2的传输阻抗频率特性的相关系数为：

如果ct1-t2<th2，则判断变压器出现异常，cco通过载波通信信号向集中器发出报警信息，其中th2为变压器阻抗发生变化判断阈值门限；否则，判断变压器运行正常。

所述的基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视方法，其中：所用变压器测试信号的频带采用1khz至1mhz。

所述的基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视方法，其中：所述的变压器测试信号对应ofdm信号各个子载波信号的相位为使测试信号具有最低峰均比的一组相位值。

所述的基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视方法，其中：功率放大器的放大倍数满足变压器测试信号耦合到电力线上时未发生失真；当功率放大器输出信号不失真时的电压峰峰值上限为vpmax，plc芯片输出的变压器测试信号的电压峰峰值上限为vsmax，则功率放大器设置的放大倍数β满足β<(vpmax/vsmax)的条件。

所述的基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视方法，其中：所述第6步中采用下列公式计算变压器在各个子载波频点fi的折合到二次侧的等效串入阻抗特性，

其中，下标(p)对应三相，分别取a、b、c相中的一相，uc1(p)(fi)是cco发送变压器测试信号时cco对应的测量数据，us1(p)(fi)是cco发送变压器测试信号时sta-p3h折到二次侧的测量数据，其数值us1(p)(fi)是sta-p3h实际测量数据u’s1(p)(fi)的k倍，k是折到二次的比例参数，变压器分一次侧、二次侧，一次侧和二次侧之间存在一个转换关系，这种转换关系称为“折”，k＝vt2/vpt，其中vt2是配电变压器二次侧电压，vpt是配电变压器一次侧经过电压互感器pt后的电压；uc2(p)(fi)是sta-p3h发送变压器测试信号时cco对应的测量数据，us2(p)(fi)是sta-p3h发送变压器测试信号时sta-p3h折到二次侧的测量数据；vc(p)(fi)是cco所发测试信号在频率fi的复数分量，vs(p)(fi)是sta-p3h所发测试信号折合到二次侧的复数分量，其数值是sta-p3h实际所发测试信号数值的k倍；zc(p)(fi)为cco所发测试信号的输出阻抗，zs(p)(fi)为sta-p3h所发测试信号折合到二次侧的输出阻抗，其数值是sta-p3h实际输出阻抗的k²倍；

基于所计算的结果和当|kur(p)(fi)|小于第一阈值，则变压器等效串入阻抗取当|kur(p)(fi)|不小于第一阈值，且|kln(fi)|小于第二阈值，则变压器等效串入阻抗取当|kur(p)(fi)|不小于第一阈值，且|kln(fi)|不小于第二阈值，变压器等效串入阻抗取

本发明技术方案采用ofdm载波信号实现对变压器原副边的在线频率特性的测量、记录、跟踪和比较，从而在变压器不必停运的情况下，及时发现变压器缺陷，并提供故障预警。

附图说明

图1是现有技术中集中器上使用的高速载波通信模块的原理结构图；

图2是本发明变压器运行状态在线监视系统的设备构成原理图；

图3是本发明载波通信模块的工作原理图；

图4是本发明变压器运行状态在线监视方法的处理流程图；

图5是本发明方法变压器测试等效电路图。

具体实施方式

本发明一种基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视系统，其中：变压器二次侧安装有集中器及其载波通信模块cco，变压器一次侧经过电压互感器pt和电流互感器ct后安装有三相载波通信设备，该三相载波通信设备含有一次侧三相载波通信模块sta-p3h和供电电源模块；

plc芯片的载波通信信号输出端对应管脚经过功率放大器、对应a/b/c相的独立的输出可控通道和耦合电路，接入电力线的对应相线；电力线的对应相线也同时通过对应的耦合电路，分别接入a、b、c相的载波输入可控通道和测试输入可控通道，各载波输入可控通道之后经过对应载波滤波电路、限幅电路，接入到plc芯片载波通信信号输入端对应输入管脚，各测试输入可控通道之后经过对应衰减电路、测试滤波电路、限幅电路，接入到plc芯片载波通信信号输入端对应输入管脚。

所述的基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视系统，其中：变压器二次侧安装有集中器及其载波通信模块cco，所述的变压器一次侧经过电压互感器pt和电流互感器ct后安装有三相电能表，三相电能表上配装有一次侧三相载波通信模块sta-p3h，一次侧三相载波通信模块sta-p3h上配装供电电源模块；

plc芯片的载波通信信号输出端对应管脚经过功率放大器、对应a/b/c相的独立的输出可控通道和耦合电路，接入电力线的对应相线；电力线的对应相线也同时通过对应的耦合电路，分别接入a、b、c相的载波输入可控通道和测试输入可控通道，各载波输入可控通道之后经过对应载波滤波电路、限幅电路，接入到plc芯片载波通信信号输入端对应输入管脚，各测试输入可控通道之后经过对应衰减电路、测试滤波电路、限幅电路，接入到plc芯片载波通信信号输入端对应输入管脚。

所述的基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视系统，其中：plc芯片与a/b/c相各自的的输出可控通道、载波输入可控通道和测试输入可控通道的连接如下：

plc芯片的a相发送通道使能控制信号输出端连接a相输出可控通道的控制信号输入端，plc芯片的b相发送通道使能控制信号输出端连接b相输出可控通道的控制信号输入端，plc芯片的c相发送通道使能控制信号输出端连接c相输出可控通道的控制信号输入端；

当plc芯片的a相发送通道使能控制信号有效时选择控制打开a相输出可控通道，当plc芯片的b相发送通道使能控制信号有效时选择控制打开b相输出可控通道，当plc芯片的c相发送通道使能控制信号有效时选择控制打开c相输出可控通道；

plc芯片的a相载波接收通道使能控制信号输出端连接a相载波输入可控通道的控制信号输入端，plc芯片的b相载波接收通道使能控制信号输出端连接b相载波输入控制通道的控制信号输入端，plc芯片的c相载波接收通道使能控制信号输出端连接c相载波输入控制通道的控制信号端；

当plc芯片的a相载波接收通道使能控制信号有效时选择控制打开a相载波输入可控通道，当plc芯片的b相载波接收通道使能控制信号有效时选择控制打开b相载波输入可控通道，当plc芯片的c相载波接收通道使能控制信号有效时选择控制打开c相载波输入可控通道，载波信号通过所打开的载波输入可控通道，再经过载波滤波、限幅输入plc芯片载波信号输入端；

plc芯片的a相测试接收通道使能控制信号输出端连接a相测试输入可控通道的控制信号输入端，plc芯片的b相测试接收通道使能控制信号输出端连接b相测试输入控制通道的控制信号输入端，plc芯片的c相测试接收通道使能控制信号输出端c相测试输入控制通道的控制信号输入端；

当plc芯片的a相测试接收通道使能控制信号有效时选择控制打开a相测试输入可控通道，当plc芯片的b相测试接收通道使能控制信号有效时选择控制打开b相测试输入可控通道，当plc芯片的c相测试接收通道使能控制信号有效时选择控制打开c相测试输入可控通道，载波信号通过所打开的测试输入可控通道，再经过衰减、测试滤波、限幅，输入到plc芯片载波信号输入端。

本发明还提供了一种基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视方法，其中：包括以下步骤，

第1步，sta-p3h通过载波通信信号依照载波组网链路层协议接入以cco为网络中心的载波抄表网络，载波通信信号是载波抄表网络基于电力线的组网通信信号，载波组网链路层协议采用标记有网络基准时间的信标，从而保证入网节点和cco实现时钟同步；

第2步，cco通过载波通信信号告知sta-p3h即将启动变压器运行状态在线测试流程，并将变压器测试信号发送时刻告知sta-p3h，所用变压器测试信号是覆盖所选测试频带的全部子载波均加载相同设定幅值的ofdm调制信号；

第3步，cco分相发送变压器测试信号，cco和sta-p3h同时在对应相位采样和测量，具体过程如下：

在第一cco指定时刻，cco依次打开a相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，同时cco通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc1a(fi)，sta-p3h在第一cco指定时刻打开a相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据u’s1a(fi)，其中fi为载波通信所采用的子载波频率，i＝1,…,n，n为载波通信所采用的子载波总数量；

之后，在第二cco指定时刻，cco依次打开b相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，同时cco通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc1b(fi)，sta-p3h在第二cco指定时刻打开b相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据u’s1b(fi)；

再之后，在第三cco指定时刻，cco依次打开c相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，同时cco通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc1c(fi)，sta-p3h在第三cco指定时刻打开c相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据u’s1c(fi)；

第4步，sta-p3h分相发送变压器测试信号，cco和sta-p3h同时在对应相位采样和测量，具体过程如下：

在第一sta-p3h指定时刻，sta-p3h依次打开a相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，sta-p3h同时通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号各个子载波频点的测量数据u’s2a(fi)；载波模块cco在第一sta-p3h指定时刻打开a相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc2a(fi)；

之后，在第二sta-p3h指定时刻，sta-p3h依次打开b相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，sta-p3h同时通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号各个子载波频点的测量数据u’s2b(fi)；载波模块cco在第二sta-p3h指定时刻打开b相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc2b(fi)；

再之后，在第三sta-p3h指定时刻，sta-p3h依次打开c相的输出可控通道、测试输入可控通道，发送变压器测试信号，sta-p3h同时通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号各个子载波频点的测量数据u’s2c(fi)；载波模块cco在第三sta-p3h指定时刻打开c相的测试输入可控通道，对接收的变压器测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的变压器测试信号在各个子载波频点的测量数据uc2c(fi)；

第5步，载波模块cco通过载波通信信号获取sta-p3h的测量数据u’s1a(fi)、u’s1b(fi)、u’s1c(fi)、u’s2a(fi)、u’s2b(fi)、u’s2c(fi)；

第6步，cco基于测量数据计算分析变压器在各个子载波频点对应的传输阻抗频率特性；

第7步，cco分析计算当前测算的各相的传输阻抗频率特性结果的差异性，即相关系数；并选择设定时间跨度的历史时刻传输阻抗频率特性历史数据与当前测算的等效串入阻抗频率特性的数据相比计算差异性，即相关系数；具体采用如下相关系数的分析公式比较差异性：

设当前测算的传输阻抗频率特性为zp(fi)，p对应三相，分别取a、b、c相；同一时刻、不同相线之间传输阻抗频率特性的相关系数为：

其中，p1、p2为p的两种取值，p1、p2分别取a、b、c相中的其中一相，且p1≠p2；

如果cp1-p2<th1，则判断为变压器出现异常，cco通过载波通信信号向集中器发出报警信息，其中th1为变压器相线间故障判断阈值门限；否则，判断变压器运行正常；

cco分析a、b、c相其中一相的当前测算的传输阻抗频率特性结果与设定时间跨度的历史时刻传输阻抗频率特性历史数据的差异性：

设定时间跨度的历史时刻所测算的传输阻抗频率特性为z’p(fi)；

同一相线、在两个不同时间t1、t2的传输阻抗频率特性的相关系数为：

如果ct1-t2<th2，则判断变压器出现异常，cco通过载波通信信号向集中器发出报警信息，其中th2为变压器阻抗发生变化判断阈值门限；否则，判断变压器运行正常。

所用变压器测试信号的频带采用1khz至1mhz。

所述的变压器测试信号对应ofdm信号各个子载波信号的相位为使测试信号具有最低峰均比的一组相位值。

功率放大器的放大倍数满足变压器测试信号耦合到电力线上时未发生失真；当功率放大器输出信号不失真时的电压峰峰值上限为vpmax，plc芯片输出的变压器测试信号的电压峰峰值上限为vsmax，则功率放大器设置的放大倍数β满足β<(vpmax/vsmax)的条件。

前述的基于ofdm载波信号的变压器运行状态在线监视方法，其中：所述第6步中采用下列公式计算变压器在各个子载波频点fi的折合到二次侧的等效串入阻抗特性，

其中，下标(p)对应三相，分别取a、b、c相中的一相，uc1(p)(fi)是cco发送变压器测试信号时cco对应的测量数据，us1(p)(fi)是cco发送变压器测试信号时sta-p3h折到二次侧的测量数据，其数值us1(p)(fi)是sta-p3h实际测量数据u’s1(p)(fi)的k倍，k是折到二次的比例参数，变压器分一次侧、二次侧，一次侧和二次侧之间存在一个转换关系，这种转换关系称为“折”，k＝vt2/vpt，其中vt2是配电变压器二次侧电压，vpt是配电变压器一次侧经过电压互感器pt后的电压；uc2(p)(fi)是sta-p3h发送变压器测试信号时cco对应的测量数据，us2(p)(fi)是sta-p3h发送变压器测试信号时sta-p3h折到二次侧的测量数据；vc(p)(fi)是cco所发测试信号在频率fi的复数分量，vs(p)(fi)是sta-p3h所发测试信号折合到二次侧的复数分量，其数值是sta-p3h实际所发测试信号数值的k倍；zc(p)(fi)为cco所发测试信号的输出阻抗，zs(p)(fi)为sta-p3h所发测试信号折合到二次侧的输出阻抗，其数值是sta-p3h实际输出阻抗的k²倍；

基于所计算的结果和当|kur(p)(fi)|小于第一阈值，则变压器等效串入阻抗取当|kur(p)(fi)|不小于第一阈值，且|kln(fi)|小于第二阈值，则变压器等效串入阻抗取当|kur(p)(fi)|不小于第一阈值，且|kln(fi)|不小于第二阈值，变压器等效串入阻抗取

本方案提出的基于ofdm载波信号的配电变压器运行状态在线监视方案，其设备包括：配电变压器二次侧安装的集中器及其载波通信模块cco，配电变压器一次侧经过电压互感器pt和电流互感器ct后安装的三相载波通信设备，该三相载波通信设备含有一次侧三相载波通信模块sta-p3h和供电电源模块，如图2所示。

图3中载波通信模块cco和sta-p3h模块的原理结构图。在cco和sta-p3h模块上，cco和sta-p3h的处理器上均采用plc芯片；plc芯片输出的信号经过功率放大器，通过a、b、c三相发送通道使能控制，控制打开a、b、c三相的输出可控通道和耦合电路，将信号传输到电力线上；通过a、b、c三相载波接收通道使能控制，电力线上载波信号经过耦合电路后经过a、b、c三相的载波输入可控通道、载波滤波、限幅，输入到plc芯片信号输入端；通过a、b、c三相测试接收通道使能控制，电力线上变压器测试信号经过耦合电路后经过a、b、c三相的测试输入可控通道、衰减、测试滤波、限幅，输入到plc芯片信号输入端。

本方案进行变压器运行状态在线监视的步骤如图4所示，具体如下：

第1步，一次侧三相载波通信模块sta-p3h通过载波通信信号依照载波组网链路层协议接入以载波模块cco为网络中心的载波抄表网络。载波通信信号是载波抄表网络基于电力线的组网通信信号。载波组网链路层协议采用标记有网络基准时间的信标，从而保证入网节点和cco实现时钟同步。

第2步，cco通过载波通信信号告知sta-p3h即将变压器运行状态在线测试流程，并告知sta-p3h变压器测试信号发送时刻。所用变压器测试信号是覆盖所选测试频带的全部子载波均加载相同设定幅值的ofdm调制信号。

第3步，在指定时刻，cco依次打开a、b、c三相之一的输出可控通道和测试输入可控通道，发送变压器测试信号；cco同时通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的信号在各个子载波频点的测量数据。载波模块sta-p3h在指定时刻同时打开对应相序的测试输入可控通道，并经过衰减、测试滤波和限幅，接收测试信号进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的信号在各个子载波频点的测量数据。

第4步，在指定时刻，sta-p3h依次打开a、b、c三相之一的输出可控通道和测试输入可控通道，发送变压器测试信号，sta-p3h同时通过自身采样电路进行数据采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的信号在各个子载波频点的测量数据。载波模块cco在指定时刻同时打开对应相序的测试输入可控通道，并经过衰减、测试滤波和限幅，接收测试信号并进行采样，通过ofdm解调处理，获得所接收的信号在各个子载波频点的测量数据。

第5步，cco通过载波通信信号获取sta-p3h的所测cco发送变压器测试信号时、分别对应a相、b相、c相的所接收信号测量数据，以及sta-p3h发送变压器测试信号时、分别对应a相、b相、c相的所接收信号测量数据。

第6步，cco基于测量数据计算分析变压器在各个子载波频点对应的传输阻抗频率特性。

第7步，cco分析当前测算的各相的传输阻抗频率特性结果的差异性，如果差异超过阈值，则发出报警信息；cco分析某一相的当前测算的传输阻抗频率特性结果与设定时间跨度的传输阻抗频率特性历史数据的差异性，如果差异超过阈值，则发出报警信息。

此外，配电变压器一次侧经过电压互感器pt和电流互感器ct后安装有三相电能表，三相电能表上配装有一次侧三相载波通信模块sta-p3h。

此外，本方案载波模块，通过a、b、c三相接收通道使能控制，选择控制打开a、b、c三相的输入可控通道；再通过载波和测试选择控制，选择载波输入可控通道和测试输入可控通道之一；随后，载波信号经过载波滤波、限幅输入plc芯片信号输入端；测试信号经过衰减、测试滤波、限幅，输入到plc芯片信号输入端。

此外，所用变压器测试信号的频带采用1khz至1mhz。

此外，所用变压器测试信号对应ofdm信号各个子载波信号的相位为使测试信号具有最低峰均比的一组相位值。

此外，功率放大器的放大倍数是满足变压器测试信号耦合到电力线上时未发生失真的最大倍数值。

此外，本方案第6步中采用下列公式计算变压器在各个子载波频点fi的、折合到二次侧的等效串入阻抗特性。

其中，uc1(fi)是cco发送变压器测试信号时cco对应的测量数据，us1(fi)是cco发送变压器测试信号时sta-p3h折到二次侧的测量数据，其数值是sta-p3h实际测量数据的k倍，k是折到二次的比例参数，k＝vt2/vpt，其中vt2是配电变压器二次侧电压，vpt是配电变压器一次侧经过电压互感器pt后的电压；uc2(fi)是sta-p3h发送变压器测试信号时cco对应的测量数据，us2(fi)是sta-p3h发送变压器测试信号时sta-p3h折到二次侧的测量数据；vc(fi)是cco所发测试信号在频率fi复数分量，vs(fi)是sta-p3h所发测试信号折合到二次侧的复数分量，其数值是sta-p3h实际所发测试信号数值的k倍；zc(fi)为cco所发测试信号的输出阻抗，zs(fi)为sta-p3h所发测试信号折合到二次侧的输出阻抗，其数值是sta-p3h实际输出阻抗的k²倍。基于所计算的结果和当|kur(fi)|小于阈值，则变压器等效串入阻抗取当|kln(fi)|小于阈值，则变压器等效串入阻抗取否则，变压器等效串入阻抗取

原理解释：

目前用电信息采集系统所采用的载波通信技术采用了多项提升通信性能的技术。首先，通过ofdm调制技术充分利用带宽资源，能够在较宽频带能承载和传输更多数据。第二，实际使用的通信频带低频高于0.7mhz，高频可以到达12mhz，而且ofdm调制所用频带可选，同时每个子载波信道可选。第三，基于turbo编译码技术在原始数据基础上增加校验数据，从而利用纠错译码算法获得负信噪比下的数据接收能力。第四，虽然低压电力载波现场环境复杂，但是基于信道估计功能能够对每个子载波频点的噪声、衰减和相移进行有效评估，从而基于信道估计和软解调技术提升通信性能。第五，基于分集拷贝技术将数据发送在时域和频域实现冗余，以避开时域偶发干扰，避开频域内某些频点的特定干扰。

正是基于当前载波通信性能的大幅提升，目前载波通信信号具有较强的传输能力，甚至能够跨越变压器。频率超过500khz，变压器铁芯的磁导率特性下降。频率更高时，配电变压器等效为空心变压器，此频带内的载波信号具有一定穿越性，同时也是目前电力线载波抄表应用所选用的频带。而在1k～1mhz频率范围内，变压器因涡流损耗、寄生电容等特性，表现出特殊的频率响应特性。利用a、b、c三相频率响应特性的一致性，或者长期运行后频率响应特性的稳定性，可以验证变压器是否发生线匝变形、或绝缘缺陷等故障。为此，本方案载波通信信号的频带和变压器测试信号采用不同频带，载波通信信号的频带对应500k以上，而变压器测试信号频带对应1mhz以下的低频带。

通常载波通信模块上，plc芯片输出信号经过功率放大器后，信号幅值会超过plc芯片输入接口允许的接入信号大小。同时，载波通信频带和变压器测试信号的频带不同。为了避免和载波接收信号的相互干扰，本方案设计增加了对应a、b、c三相的载波输入可控通道和测试输入可控通道、载波滤波部分和测试滤波部分。载波滤波部分和测试滤波部分是分别针对载波通信信号和变压器测试信号所占不同频带的两组带通滤波电路。本方案还在测试滤波前增加衰减电路，以保证输入plc芯片中采样处理的测试信号未因为限幅而失真。

基于载波通信的信号接收，载波模块sta-p3h可以获得cco的本地时钟频率，并实现和cco的时钟粗同步。进一步，依据cco发出的网络信标帧的网络基准时间信息，载波模块sta-p3h可以实现和cco时钟同步精度达到0.1ppm。精确的时钟同步，就可以实现对变压器测试信号的同步采样和数据段同步截取，从而保证cco和sta-p3h不论何时开始截取信号，进行fft变换后，cco和sta-p3h在子载波频点的测量数据都具有一致的初始相位偏移量。

cco或sta-p3h发出的变压器测试信号是在测试频带内，采用ofdm调制方式在各个子载波加载等幅，但具有最小峰均比相位的信号。由此cco或sta-p3h经过功率放大器发出的变压器测试信号为已知的复数值vt(fi)，其中fi对应每个子载波频点。同时，在cco或sta-p3h发出的变压器测试信号经过功率放大器、输出可控通道、耦合变压器、再到电力线上的输出阻抗为电路设计后已知的参数，设之为zo(fi)。为便于分析计算，需要将等效电路折合到二次侧，二次侧等效电路如图5所示。

在图5中，cco所发变压器测试信号在频率fi复数分量为vc(fi)，vc(fi)＝vt(fi)；cco所发变压器测试信号的输出阻抗为zc(fi)，zc(fi)＝zo(fi)，通道控制开关为swc；sta-p3h所发测试信号在频率fi复数分量为vs(fi)，vs(fi)＝k·vt(fi)，其中，k是折到二次的比例参数，有k＝vt2/vpt，其中vt2是配电变压器二次侧电压，vpt是配电变压器一次侧经过电压互感器pt后的电压；sta-p3h所发测试信号的输出阻抗为zs(fi)，zs(fi)＝k²·zo(fi)，通道控制开关为sws；cco和sta-p3h所打开对应相序的测试输入可控通道进行测量时，该通道具有较大输入阻抗，cco对应的测量结果在频率fi复数分量为uc(fi)，sta-p3h对应的测量结果折到二次侧、在频率fi复数分量为us(fi)；二次侧用户负荷的等效阻抗在频率fi复数分量为zur(fi)；一次侧供电线路端的等效阻抗在频率fi复数分量为zln(fi)；变压器的折合到二次侧的等效串入阻抗特性在频率fi为zt(fi)。

当swc闭合时，cco测量结果为uc1(fi)，sta-p3h测量结果折到二次侧为us1(fi)，依据电路方程有：

当sws闭合时，cco测量结果为uc2(fi)，sta-p3h测量结果折到二次侧为us2(fi)，依据电路方程有：

基于式(1)和(3)，可得：

基于式(2)，代入式(5)和(6)，有：

基于式(4)，代入式(5)和(6)，有：

由此，基于式(7)和(8)均可计算变压器折合到二次侧的等效串入阻抗特性，实际测量因受受到不同供电环境、用户负荷状态的影响，会出现zln(fi)或zur(fi)的数值非常大、或非常小的情况，这将影响或的测算结果；同时环境噪声、电路系统误差也会影响测算结果。由此，当|kur(fi)|小于阈值，则只取当|kln(fi)|小于阈值，则只取否则，采用平均的方法，即

测算一次各相的变压器等效串入阻抗频率特性后，即可基于这些数据分析a、b、c三相之间特性曲线在幅度、在峰值、在低谷的一致性，如果差异超过阈值，则发出报警信息。也可以进一步依据计算结果，分析在数天或一年之前，或指定的相似气候温度、相似负荷下的时刻，分析其数据与当前测算的等效串入阻抗频率特性在幅度、在峰值、在低谷的一致性，如果差异超过阈值，则发出报警信息。