一种变压器近区短路信号监测装置及短路录波分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种变压器近区短路信号监测装置，其包括罗格夫斯基线圈，所述罗格夫斯基线圈套装在变压器中性点接地连线上；复合积分电路，所述复合积分电路的输入端与罗格夫斯基线圈的输出端电性连接，其输出端与数据采集及处理单元的A/D输入端相连；数据采集及处理单元，用于将复合积分电路输出的模拟电压信号转换成数字信号，然后通过小波分析算法采样实时数据的模极大值，并对此模极大值进行判断，将故障发生时刻的故障数据缓存于数据存储单元中。本发明还公开了一种采用变压器近区短路信号监测装置进行故障录波分析的方法。本发明采集变压器中性点电流信号，并对采样数据进行小波运算和分析，为变压器的运行决策提供有力支持。
【专利说明】-种变压器近区短路信号监测装置及短路录波分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变压器承受近区短路的状态诊断【技术领域】，特别是一种基于小波变换 模极大值算法的变压器近区短路信号监测装置及短路录波分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的不断发展，对电力的需求量越来越大。电力变压器突发短路情况 下，绕组中会产生巨大的短路力，如果变压器设计不完善，抗短路能力不够的话，如此巨大 的短路力，轻则使绕组绝缘及结构件受损，影响变压器的绝缘性能，重则使绕组松散、扭转、 变形、导线折断，甚至整个绕组倒塌，或由于绝缘损坏引起面间短路使绕组烧毁。一台大型 电力变压器在系统运行时如发生短路损坏，则会导致大面积的停电，其检修期也要半年W 上，将会造成巨大的损失。特别是与发电机直接相连的主变压器的损坏将迫使发电机不得 不停止发电，严重影响供电的可靠性，并造成巨大的经济损失。而且，变压器绕组的损坏要 在现场修复是很困难的。
[0003] 近年来，由于变压器的近区短路造成的变压器损坏，严重影响了电网安全稳定运 行。DL/T 1093-2008《电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》中规定了变压器的检 测时机是在运行中经受短路电流冲击后，根据短路电流的大小、持续时间、累计次数决定。 因此在变压器实际运行过程中，设定近区短路电流的阔值，监测变压器遭受到近区短路的 次数，具有重要的意义。目前的变电站通常通过站内保护系统的录波分析变压器是否遭受 到近区短路，但该种方法所采用的电流互感器响应频带有限，保护滤波采样精度低，保护滤 波触发有时延，对于暂态的短路电流波形可能无法捕捉。为了得到确切的变压器发生近区 短路的次数，本发明实现了一种变压器近区短路信号监测装置，使用的电流传感器响应频 带宽，数据处理精度高，应用小波算法可准确的区分短路电流或电压信号和干扰信号，从而 有效的对近区短路发生后流过变压器中性点的电流和电压信号进行监测，为变压器的运行 决策提供有力支持。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一在于提供一种基于小波变换极大值算法的变压器近区短路信 号监测装置，其通过对流过500kV交流变压器中性点的近区短路信号进行监测，为变压器 的运行决策提供有力支持。
[0005] 为实现W上目的，本发明采取了 W下的技术方案：
[0006] -种变压器近区短路信号监测装置，其包括变压器H相绕组，所述变压器H相绕 组的中性点通过变压器中性点接地连线接地，该变压器近区短路信号监测装置进一步包 括：
[0007] 罗格夫斯基线圈（简称：罗氏线圈），所述罗格夫斯基线圈套装在变压器中性点接 地连线上，用于测量变压器遭受近区短路时流过变压器中性点的电流；
[0008] 复合积分电路，所述复合积分电路的输入端与罗格夫斯基线圈的输出端电性连 接，用于将所述流过变压器中性点的电流中的低频信号还原，其输出端与数据采集及处理 单元的A/D输入端相连；
[0009] 数据采集及处理单元，用于将复合积分电路输出的模拟电压信号转换成数字信 号，W形成采样实时数据，然后通过小波分析算法采样实时数据的模极大值，并对此模极大 值进行判断，当所述模极大值大于故障阔值时，判断为故障发生的时刻，将故障发生时刻的 故障数据缓存于数据采集及处理单元内置的数据存储单元中。
[0010] 所述变压器近区短路信号监测装置进一步包括一上位机，所述上位机通过网络接 口与数据存储单元相连，用于接收所述故障数据并根据故障数据绘制波形，并将所述故障 数据通过通讯接口存储于上位机的存储器中。
[0011] 所述变压器近区短路信号监测装置进一步包括下位机电源模块，所述下位机电源 模块用于将变压器站内24V直流电源经过DC-DC转换成5V直流电源，为复合积分电路、数 据采集及处理单元、存储器、网络接口 W及通讯接口供电。
[0012] 所述负荷积分电路包括由阻R。和电容C。组成的无源中频积分网络、由电阻Ri、电 容Cl和放大器A组成的有源低频积分器、由电阻Rh和电容Ch组成的高通滤波环节、W及分 压电阻R2,其中，所述放大器A的正输入端通过电阻R。连接至罗格夫斯基线圈的输出端，所 述放大器A的负输入端通过电阻Ri接地，所述电容C。和分压电阻Rs串联后一端连接于放 大器A的正输入端和电阻R。之间，另一端接地，所述电容Cl连接于放大器A的负输入端和 输出端之间，所述放大器A的输出端通过电容Ch连接至数据采集及处理单元的A/D输入端， 所述电阻Rh的一端连接于电容Ch和A/D输入端之间，另一端接地。
[0013] 所述罗格夫斯基线圈和复合积分电路之间还连接一阻尼电阻Rt,所述阻尼电阻Rt 的一端连接于罗格夫斯基线圈输出端和电阻R。之间，另一端接地，所述阻尼电阻Rt和罗格 夫斯基线圈构成高频自积分环节。
[0014] 所述数据采集及处理单元为DSP处理器。
[0015] 本发明的另一在于提供一种基于小波变换极大值算法的变压器近区短路录波分 析方法，其通过基于小波变换极大值算法的变压器近区短路信号监测装置对流过500kV交 流变压器中性点的近区短路信号进行监测，并对该检测信号采用小波变换极大值算法进行 分析，为变压器的运行决策提供有力支持。
[0016] 变压器近区短路信号监测装置进行录波分析的方法，其包括W下步骤：
[0017] 步骤1、罗格夫斯基线圈测量变压器遭受近区短路时流过变压器中性点的电流；
[0018] 步骤2、复合积分电路将所述流过变压器中性点的电流中的低频信号还原成模拟 电压信号；
[0019] 步骤3、数据采集及处理单元所述模拟电压信号转换成数字信号，W形成采样实时 数据，然后通过小波分析算法计算采样实时数据的模极大值；
[0020] 其中，所述通过小波分析算法计算采样实时数据的模极大值的方法是：
[0021] 设定函数f(t)为t时刻数据采集及处理单元获取的采样实时数据，f(t) G L2(R), 。佩为平方可积函数组成的Hilbert空间，函数f(t) E。佩的连续小波变换为：
【权利要求】
1. 一种变压器近区短路信号监测装置，其包括变压器三相绕组（1)，所述变压器三相 绕组（1)的中性点通过变压器中性点接地连线（11)接地，其特征在于，该变压器近区短路 信号监测装置进一步包括： 罗格夫斯基线圈（2)，所述罗格夫斯基线圈（2)套装在变压器中性点接地连线（11)上， 用于测量变压器遭受近区短路时流过变压器中性点的电流； 复合积分电路（3)，所述复合积分电路（3)的输入端与罗格夫斯基线圈（2)的输出端电 性连接，用于将所述流过变压器中性点的电流中的低频信号还原，其输出端与数据采集及 处理单元（4)的A/D输入端相连； 数据采集及处理单元（4)，用于将复合积分电路（3)输出的模拟电压信号转换成数字 信号，以形成采样实时数据，然后通过小波分析算法采样实时数据的模极大值，并对此模极 大值进行判断，当所述模极大值大于故障阈值时，判断为故障发生的时刻，将故障发生时刻 的故障数据缓存于数据采集及处理单元（4)内置的数据存储单元中。
2. 根据权利要求1所述的变压器近区短路信号监测装置，其特征在于，所述变压器近 区短路信号监测装置进一步包括一上位机（5)，所述上位机（5)通过网络接口（51)与数据 存储单元相连，用于接收所述故障数据并根据故障数据绘制波形，并将所述故障数据通过 通讯接口（61)存储于上位机（5)的存储器（6)中。
3. 根据权利要求2所述的变压器近区短路信号监测装置，其特征在于，所述变压器近 区短路信号监测装置进一步包括下位机电源模块（7)，所述下位机电源模块（7)用于将变 压器站内24V直流电源经过DC-DC转换成5V直流电源，为复合积分电路（3)、数据采集及处 理单元（4)、存储器（6)、网络接口（51)以及通讯接口（61)供电。
4. 根据权利要求1所述的变压器近区短路信号监测装置，其特征在于，所述负荷积分 电路⑶包括由电阻R〇和电容Q组成的无源中频积分网络、由电阻1^、电容(^和放大器A 组成的有源低频积分器、由电阻Rh和电容Ch组成的高通滤波环节、以及分压电阻R2，其中， 所述放大器A的正输入端通过电阻心连接至罗格夫斯基线圈（2)的输出端，所述放大器A 的负输入端通过电阻&接地，所述电容Q和分压电阻R2串联后一端连接于放大器A的正 输入端和电阻&之间，另一端接地，所述电容Q连接于放大器A的负输入端和输出端之间， 所述放大器A的输出端通过电容连接至数据采集及处理单元（4)的A/D输入端，所述电 阻R h的一端连接于电容Ch和A/D输入端之间，另一端接地。
5. 根据权利要求4所述的变压器近区短路信号监测装置，其特征在于，所述罗格夫斯 基线圈（2)和复合积分电路（3)之间还连接一阻尼电阻R t，所述阻尼电阻Rt的一端连接于 罗格夫斯基线圈（2)输出端和电阻&之间，另一端接地，所述阻尼电阻R t和罗格夫斯基线 圈（2)构成高频自积分环节。
6. 根据权利要求1所述的变压器近区短路信号监测装置，其特征在于，所述数据采集 及处理单元（4)为DSP处理器。
7. 根据权利要求1所述的变压器近区短路信号监测装置进行短路录波分析的方法，其 特征在于，其包括以下步骤： 步骤1、罗格夫斯基线圈（2)测量变压器遭受近区短路时流过变压器中性点的电流； 步骤2、复合积分电路（3)将所述流过变压器中性点的电流中的低频信号还原成模拟 电压信号； 步骤3、数据采集及处理单元（4)所述模拟电压信号转换成数字信号，以形成采样实时 数据，然后通过小波分析算法计算采样实时数据的模极大值； 其中，所述通过小波分析算法计算采样实时数据的模极大值的方法是： 设定函数f(t)为t时刻数据采集及处理单元（4)获取的采样实时数据，f(t) e L2(R)， L2(R)为平方可积函数组成的Hilbert空间，函数f(t) e L2(R)的连续小波变换为： 士麵士" ⑴ 小波母函数： 1 t - b 0 (2) 其中，a为尺度伸缩因子，b为尺度平移因子。 若对属于h某一邻域，对任意的点t e (t_ δ，t+ δ )，满足 dWf(s0,t0) --=Ο ct (3) 则称（SmO Swf(s，t)的局部极值点。 若对属于h某一邻域，对任意的点t e (t- δ，t+ δ )，都有 fff (s〇, t) I ^ |wf (s〇, t〇) (4) 则称为小波变换的模极大值点，IWfGmh) I为模极大值； 步骤4、判断模极大值Iwjsmtj I，当该模极大值Iw^Smh) I大于故障阈值时，则其对 应的点h则为故障发生的时刻，将该点h所对应的函数faj缓存于数据采集及处理单元 (4)内置的数据存储单元，反之，则判断为正常运行。
8.根据权利要求7所述的变压器近区短路录波分析方法，其特征在于，所述小波分析 算法采用Daubechies小波系构造小波基函数，且Daubechies小波系阶数为5阶。
【文档编号】G01R31/02GK104237727SQ201410455228
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】伍衡, 张晋寅, 刘青松, 彭光强, 周海滨, 罗磊, 张良, 梁晨 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心