一种变压器套管绝缘状态在线监测装置及方法
【专利摘要】本发明属于变压器套管绝缘状态在线监测的【技术领域】，尤其涉及一种变压器套管绝缘状态在线监测装置及方法。本发明装置包括电流传感单元、信号调理单元、数据采集及处理单元、通信单元、存储单元、显示单元和电源单元。该装置不需要引入PT参考进行计算，能够完全适应智能变电站的测量要求，并且安装简单，经济效益突出。本发明方法能够在不需要引出电压互感器二次信号的情况下监测套管相对介质损耗因数的变化趋势，从而准确、有效地反应套管的绝缘状态，保证设备的安全稳定运行。同时满足IEC61850规约，具有规范的功能和通信模型，可以实现在线监测装置与主IED的功能整合，可应用于智能变电站。
【专利说明】一种变压器套管绝缘状态在线监测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于变压器套管绝缘状态在线监测的【技术领域】，尤其涉及一种变压器套管 绝缘状态在线监测装置及方法，采用相对法计算变压器套管相对介质损耗因数的在线监测 装置及方法，本发明基于IEC61850规约，并可应用于智能变电站。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外已进行传统变电站变压器套管在线监测装置的研究，各个装置的监 测方法各不相同，还不够规范。对IEC61850的研究也有报道，但还未见符合IEC61850规约 的变压器套管在线监测装置。
[0003] 长期以来，传统变电站的变压器套管在线监测一直采用监测变压器套管末屏泄露 电流和PT二次电压角差的形式来监测套管的介质损耗因数。目前，随着智能变电站大规模 应用电子式互感器，变电站已经没有PT二次电压信号可以直接采集，无法提供同步电压信 号，并且电子式互感器的PT电压采集数据的点数为80点，采样频率为4KHz，无法满足傅里 叶分解的数据要求，并且很难与变压器套管末屏泄露电流相位同步。
[0004] 由于传统变压器套管在线监测装置及方法具有局限性和不规范的问题，有必要设 计一种基于IEC61850规约并可应用于智能变电站的变压器套管在线监测装置和方法。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种变压器套管绝缘状态在线监测 装置及方法。本发明通过同步采样变压器套管的三相末屏泄露电流信号，通过相对比较三 相套管接地电流的相位，结合相对法得到套管的相对介质损耗因数。本发明突破了传统变 压器套管在线监测方法，在智能变电站没有PT二次模拟电压信号的情况下同样可以实现 变压器套管的在线监测。
[0006] 同时本发明还满足IEC61850规约，具有规范的功能和通信模型，可实现设备的互 操作，满足国家电网公司对于智能变电站现场设备的要求，可以实现在线监测装置与主IED 的功能整合。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] -种变压器套管绝缘状态在线监测装置，包括电流传感单元、信号调理单元、数据 采集及处理单元、通信单元、存储单元、显示单元和电源单元。
[0009] 其中：电流传感单元的输出端连接信号调理单元的输入端；信号调理单元的输出 端与数据采集及处理单元的输入端相连接，数据采集及处理单元的输出端分别与通信单 位、存储单元及显示单元相连接；电源单元分别与信号调理单元、数据采集及处理单元、通 信单位、存储单元及显示单元相连接。
[0010] 所述的电流传感单元设有三组，分别连接变压器套管的A、B、C三项。
[0011] 所述的通信单元采用以太网通信接口，通过通信单元与站内后台相连。
[0012] 所述的信号调理单元对三相电流信号进行I-V变换、放大和滤波处理，将电流信 号转换为可供数据采集及处理单元采集的电压信号；然后，数据采集及处理单元对信号进 行A-D转换和数据处理，计算出三相变压器套管接地电流的矢量相位，再根据相对法得到 三相套管的相对介质损耗因数；最后，数据采集及处理单元先后将计算结果保存在存储单 元中，通过通信单元将结果上传至站内后台，驱动显示单元显示监测结果；整套装置由电源 单元供电。
[0013] 一种变压器套管绝缘状态在线监测方法，主要包括以下步骤：
[0014] 步骤一、电流互感器获取三相套管接地电流信号；
[0015] 步骤二、电流信号转成电压信号，在进行放大、滤波；
[0016] 步骤三、三相电压信号同步采集；
[0017] 步骤四、进行离散傅里叶变换计算三相接地电流的相位；
[0018] 步骤五、用相对法计算三相套管的相对介损因素；
[0019] 步骤六、分析三相相对介质损耗因数，若A相和C相的相对介质损耗因数同时变化 较大，则说明B相套管存在缺陷，否则执行步骤七；
[0020] 步骤七、若只有A相的相对介质损耗因数变化较大，则说明A相套管存在缺陷，否 则执行步骤八；
[0021] 步骤八、只有C相的相对介质损耗因数变化较大，则说明C相套管存在缺陷，否则 执行步骤一。
[0022] 所述的步骤五中所述的相对法，其计算步骤如下：
[0023] 步骤一、设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为％ ;
[0024] 步骤二、通过离散傅里叶变换计算出三相接地电流的矢量相位a a、a b、a c ;
[0025] 步骤三、根据三相电压和电流的矢量关系，用％表示％和A ;设定B相套管接地 电流Ib与电压Ub的夹角为％ ;
【权利要求】
1. 一种变压器套管绝缘状态在线监测装置，其特征是：包括电流传感单元（1)、信号调 理单元（2)、数据采集及处理单元（3)、通信单元（4)、存储单元（5)、显示单元（6)和电源单 元⑵； 其中：电流传感单元（1)的输出端连接信号调理单元（2)的输入端；信号调理单元（2) 的输出端与数据采集及处理单元（3)的输入端相连接，数据采集及处理单元（3)的输出端 分别与通信单位（4)、存储单元（5)及显示单元（6)相连接；电源单元（7)分别与信号调理 单元（2)、数据采集及处理单元（3)、通信单位（4)、存储单元（5)及显示单元（6)相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测装置，其特征是：所述的 电流传感单元（1)设有三组，分别连接变压器套管的A、B、C三项。
3. 根据权利要求1所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测装置，其特征是：所述的 通信单元（4)采用以太网通信接口，通过通信单元（4)与站内后台相连。
4. 根据权利要求1所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测装置，其特征是：所述的 信号调理单元（2)对三相电流信号进行I-V变换、放大和滤波处理，将电流信号转换为可供 数据采集及处理单元（3)采集的电压信号；然后，数据采集及处理单元（3)对信号进行A-D 转换和数据处理，计算出三相变压器套管接地电流的矢量相位，再根据相对法得到三相套 管的相对介质损耗因数；最后，数据采集及处理单元（3)先后将计算结果保存在存储单元 (5)中，通过通信单元（4)将结果上传至站内后台，驱动显示单元（6)显示监测结果；整套 装置由电源单元（7)供电。
5. -种变压器套管绝缘状态在线监测方法，其特征是：主要包括以下步骤： 步骤一、电流互感器获取三相套管接地电流信号； 步骤二、电流信号转成电压信号，在进行放大、滤波； 步骤三、三相电压信号同步采集； 步骤四、进行离散傅里叶变换计算三相接地电流的相位； 步骤五、用相对法计算三相套管的相对介损因素； 步骤六、分析三相相对介质损耗因数，若A相和C相的相对介质损耗因数同时变化较 大，则说明B相套管存在缺陷，否则执行步骤七； 步骤七、若只有A相的相对介质损耗因数变化较大，则说明A相套管存在缺陷，否则执 行步骤八； 步骤八、只有C相的相对介质损耗因数变化较大，则说明C相套管存在缺陷，否则执行 步骤一。
6. 根据权利要求5所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测方法，其特征是：步骤五 中所述的相对法，其计算步骤如下： 步骤一、设定B相套管接地电流Ib与电压Ub的夹角为; 步骤二、通过离散傅里叶变换计算出三相接地电流的矢量相位aa、ab、α。； 步骤三、根据三相电压和电流的矢量关系，用灼表示％和死；设定Β相套管接地电流 Ib与电压Ub的夹角为外； %=% + (%-%)-12〇. φν=φ,,+(α - ah)-24〇\ 步骤四、根据介质损耗因数的概念计算Α相和C相套管的相对介质损耗因数：
一 9 Α相套管和C相套管的相对介损角为：
步骤五、监测tan δ a和tan δ。的变化趋势，分析套管的绝缘状态；若tan δ a或tan δ。 波动较大，则认为Α相或者C相套管存在缺陷；若tan δ a和tan δ。同时波动较大，则认为Β 相套管存在缺陷。
7.根据权利要求5所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测方法，其特征是：所述的 电流传感单元（1)将采集到的一组三相变压器套管的接地电流，通过傅里叶变换算法计算 出三相接地电流的矢量相位a a、a b、α。；将Β相变压器套管作为比照参考，设定Β相套管 接地电流Ib与电压U b的夹角为％，得出：
朽和死是％的函数，因为％是设定值，所以朽和只.并不是真实值，而是以科为参考 得到的相对值；因此，将％称之为A相套管的接地电流与电压的相对夹角，将朽称之为C相 套管的接地电流与电压的相对夹角，根据介损角的概念可得：
其中，牝是八相套管的相对介损角，δ。是C相套管的相对介损角；根据介损因数的概 念可得：
其中，tanSa就是Α相套管的相对介质损耗因数，tanS。是C相套管的相对介质损耗 因数；通过监测tan δ a和tan δ。的变化趋势来分析变压器套管的绝缘状态：若tan δ a或 tan δ。波动较大，则认为A相或者C相套管存在缺陷；若tan δ a和tan δ。同时波动较大，则 认为Β相套管存在缺陷。
8.根据权利要求5所述的一种变压器套管绝缘状态在线监测方法，其特征是：步骤五 中所述的相对法，其思想不是求介质损耗因数的真实值，而是通过监测相对介质损耗因数 的变化趋势来分析套管的绝缘状态；设定值％的大小会改变tan δ a和tan δ。的初始值，但 不会影响tan δ a和tan δ。的变化趋势，也就不会影响相对法的分析结果，所以为了简化分 析过程，通常将％设定为具体数值，大量的现场经验是测试数据表明，将％设定为89. 8°。
【文档编号】G01R31/12GK104122490SQ201410337810
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】高强, 原峰, 耿宝红, 代继成, 刘齐, 李在林, 潘丰厚, 郭占男, 蔡斌 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 辽宁东科电力有限公司