一种变压器监测系统和故障诊断方法

文档序号:9487841阅读:205来源:国知局
一种变压器监测系统和故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统变压器领域,具体涉及一种变压器监测系统和故障诊断方 法。
【背景技术】
[0002] 随着西电东送、南北互供、全国联网的推进,我国电网的规模和电力传输的规模都 在不断扩大,电网安全问题愈加凸显。美加"8. 14"大停电、西欧"11. 4"大停电等近年国际 上有影响的停电事故均造成了巨大经济损失并产生了恶劣的社会影响。根据我国"十一五" 期间电网事故统计表明,电力设备故障占电网事故起因第一位。因此,电力设备的安全运 行是避免电网重大事故的第一道防御系统,而电力变压器是这第一道防御系统中的关键设 备。
[0003] 状态监测是获取设备运行状态的技术手段,是检修与运维的重要信息来源。它采 用信息化技术,在变电站的输变电设备上安装先进传感技术的监测装置,对设备进行多参 量监测,实时采集数据、多信息综合分析,实现输变电设备的智能化、信息化,达到设备运行 状态自我感知、故障自动诊断的目的。状态监测技术是为基于状态的检修或预知性维护服 务的一种技术,其发展是源于状态检修对于电网装备状态信息获取、分析、评判的技术性需 求。因此,目前发展的状态监测技术都是针对某一类装备、某一种具体应用而开发的,主要 集中在发电设备、变电设备、输电线路等方面的具体设备状态检修应用上。由于缺乏统一平 台,各类监测装置各自为政,孤立运行,资源不能共享。同时在线监测数据无法与其他重要 状态量有机结合,未能有效发挥其辅助诊断作用。

【发明内容】

[0004] 至少部分的解决现有技术中所存在的问题,本发明提出一种变压器监测系统,包 括:油中气体色谱在线监测单元,油中微水监测单元,温度监测单元,局部放电监测单元,接 地电流在线监测单元,变压器及有载调压开关振动监测单元,主站计算机,其中,
[0005] 油中气体色谱在线监测单元,利用气体色谱监测传感器对变压器油中所含的氢 气、一氧化碳、二氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷的含量进行计算,并将计算的结果通过 RS232通信协议传输给主站计算机;
[0006] 油中微水监测单元,利用水分传感器对变压器油中所含水分含量进行计算,并将 计算的结果传输给主站计算机;
[0007] 温度监测单元,采用光纤测温仪对变压器顶层和底层油温,以及壳体温度进行在 线检测,并将检测结果传输给主站计算机;
[0008] 局部放电监测单元,采用外置高频天线作为UHF传感器,监测变压器内部局部放 电产生的超高频电压信号,并将监测结果传输给主站计算机;
[0009] 接地电流在线监测单元,通过监测铁芯接地线上电流大小变化来反映铁芯情况, 并将监测结果传输给主站计算机;
[0010] 变压器及有载调压开关振动监测单元,利用压电加速度振动传感器监测变压器及 有载调压开关的振动情况,并将监测结果传输给主站计算机。
[0011] 其中,
[0012] 油中气体色谱在线监测单元监测变压器的过热性故障、变压器过载、短路故障、放 电故障;
[0013] 温度监测单元监测变压器的过热性故障。
[0014] 局部放电监测单元监测变压器的放电性故障;
[0015] 接地电流在线监测单元监测铁芯多点接地故障;
[0016] 变压器及有载调压开关振动监测单元监测有载分接开关机械性故障和铁芯及绕 组机械故障。
[0017] 其中,主站计算机接收油中气体色谱在线监测单元和局部放电监测单元传来的监 测结果,当油中气体色谱在线监测单元监测到的乙炔含量占总烃比例的20%至70%,同时 氢气含量占烃总量的30%至90%,并且,一氧化碳、二氧化碳、乙烯、甲烷、乙烷的含量在预 定的正常范围内,而且局部放电监测单元显示局部放电故障,这时主站计算机确定变压器 发生局部放电性故障
[0018] 其中,主站计算机接收油中气体色谱在线监测单元和油中微水监测单元传来的监 测结果,当油中气体色谱在线监测单元监测到的氢气含量超出预定范围,同时一氧化碳、二 氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷的含量在预定的正常范围内,而且,油中微水监测单元显示 油中的水分含量超出预定范围,这时主站计算机确定变压器油中水分超标。
[0019] 其中,主站计算机接收油中气体色谱在线监测单元和温度监测单元传来的监测结 果,当油中气体色谱在线监测单元监测到的甲烷和乙炔二者总量超出总烃的80%,这时主 站计算机分析温度监测单元监测的变压器内部各个监测点的温度,确定是否发生过热性故 障。
[0020] 其中,主站计算机接收温度监测单元和变压器及有载调压开关振动监测单元传来 的监测结果,如果温度监测单元的监测结果显示局部过热故障并且振动监测单元显示绕组 发生振动变形,则主站计算机确定绕组发生变形故障。
[0021] 其中,油中气体色谱在线监测单元通过RS232串口与主站计算机相连,所述油中 气体色谱在线监测单元的操作系统为嵌入式Linux,所述油中气体色谱在线监测单元通过 串口管理模块管理对RS232串口的操作,包括设置串口的属性、串口的打开和串口的读取, 所述串口管理模块的串口读取实现过程包括:
[0022] 添加串口读取程序中用到的头文件;
[0023] 定义一个新的int型进程ID号;
[0024] 编写新建子进程功能,读取串口对应文件中的监测数据并输出到新建的data,txt 文件中;
[0025] 通过程序设置父进程睡眠1秒,并用system函数的kill功能来终止子进程;
[0026] 以只读方式打开存储监测数据的data,txt文件;
[0027] 从data,txt文件中第一行数据开始读取,并存入缓存buf中;
[0028] 通过字符串完全匹配函数判断某一时刻读取的数据是否是以"一"开头的,若不是 则重新读取下一行,直到读取到完整的数据为止;
[0029] 将完全匹配的一行数据中的具体数值提取到air-monitor数组存储;
[0030] 实现以读写方式来打开一新建文件jc.txt文件;
[0031] 将air-monitor数组中存储的数值写入jc. .txt文件供其他设备调用。
[0032] 本发明还提出一种变压器故障诊断方法,使用所述的变压器监测系统对变压器进 行故障诊断,包括:
[0033] 通过所述油中气体色谱在线监测单元对变压器油中的气体进行采样,并通过以下 公式计算绝对产气速率:
[0035] γα表示某气体的绝对产气速率,Ct,2表示第二次取样测得油中某气体浓度,Ct>1表 示第一次取样测得油中某气体浓度,△t表示两次取样时间间隔中的实际运行时间,m表示 变压器油的总质量,P表示油的密度;
[0036] 当总烃的含量大于第一阈值且小于第一阈值的3倍,并且总烃的绝对产气速率小 于第二阈值时,确定变压器存在故障但可继续运行;当绝对产气速率是第二阈值的1到2 倍,这时确定要缩短变压器的检验周期;
[0037] 当总烃的含量大于第一阈值的3倍且总烃的绝对产气速率大于第二阈值的3倍, 这时说明变压器有严重的故障,通知工作人员立即采取相应措施;
[0038] 其中,总烃是指变压器油中所有的烃类气体;总烃的绝对产气速率是指变压器油 中所有的烃类气体的绝对产气速率之和。
[0039] 通过以下公式计算相对产气速率:
[0041] γ1^表示某气体的相对产气速率,Ct,2表示第二次取样测得油中某气体浓度,Ct>1表 示第一次取样测得油中某气体浓度,At表示两次取样时间间隔中的实际运行时间;
[0042] 当总烃的相对产气速率大于10%,确定缩短对变压器的检测周期。
[0043] 所述的变压器故障诊断方法,采用支持向量机模型对变压器故障进行诊断,选取 氢气、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷五种故障气体作为特征气体,构成的矩阵作为支持向量机模型 的输入向量,输入矩阵的列向量为以上五种特征气体,列向量的维数是5 ;输入矩阵的行向 量为收集到的原始数据,行向量的维数是原始数据的个数。
[0044] 其中,所述支持向量机模型的训练过程包括:
[0045] 首先将训练集和测试集采用相同的方法进行归一化处理,以训练集作为支持向量 机的训练样本,通过不断地优化核函数参数来训练支持向量机,如果故障诊断结果的正确 率达不到要求,则需要对核函数的参数范围进行重新选择,直到诊断结果的正确率达到要 求为止,此时得到满足要求的支持向量机模型,最后用测试集验证所训练的支持向量机对 故障的诊断结果是否正确。
[0046] 其中,采用所述支持向量机模型进行变压器故障诊断具体包括:
[0047] (1)获取具有明确故障结论的电力变压器油样样本600个,将油样样本分为训练 集和测试集,并对油样样本按照故障类型进行分类,根据故障类型将油样样本分为六类,分 别用"1"、"2"、"3"、"4"、"5"、"0"表示,其中,"1"表示中低温过热、"2"表示高温过热、 "3"表示低能量放电、"4"表示高能量放电、"5"表示局部放电、"0"表示正常状态;其中 训练集包含400个样本,测试集包含200个样本;
[0048] (2)将油样样本转化为600X5的矩阵,并且采用相同的方法,分别对训练集和测试 集进行归一化处理;
[0049] (3)选择合适的核函数,首先输入较大的数据搜索范采用网格搜索法粗略地选择 参数惩罚因子c和核函数δ,然后在粗略搜索的基础上,合理地减小数据搜索范围,利用网 格搜索法精确地选择出最佳参数c和δ;
[0050] (4)利用训练集样本训练支持向量机模型,并用测试集样本预测诊断结果是否达 到要求,如果否,则返同到步骤(3)重新选择核函数的参数范围;
[0051] (5)将需要诊断的变压器油样数据代入所述支持向量机模型中获得诊断结果。
[0052]其中,利用网格搜索法设置惩罚因子c的取值范围为[2^21°],步进为0.4;核函 数参数S的取值范围为[2
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