变压器短路阻抗在线监测方法及装置与流程

本发明涉及变压器故障识别技术领域，尤其涉及一种变压器短路阻抗在线监测方法及装置。

背景技术：

变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器(电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等)。变压器作为电力系统中最主要的设备之一，在电力系统中占有十分重要的地位，当变压器发生故障时将会影响电力系统的正常工作，造成供电紧张的问题。

变压器绕组是变压器发生故障较多的部件之一，通过变压器短路阻抗可以反应变压器故障情况。目前的变压器短路阻抗的监测方法包括有短路阻抗法、频率响应法等，这些方法尚处于离线监测阶段，而不能实现在线监测。由于离线的监测方法需要变压器退出运行，不能实时的反映变压器状态，无法真实、准确地监测变压器短路阻抗的情况。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够实真实、准确地监测变压器短路阻抗情况的变压器短路阻抗在线监测方法及装置。

一种变压器短路阻抗在线监测方法，包括：

采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号；

根据采集的所述变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值；

将确定的所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机；由上位机根据所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定所述变压器的短路阻抗值。

一种变压器短路阻抗在线监测装置，包括：电流采集设备、电压采集设备、数据处理器及采集通信模块；

所述电流采集设备，用于采集变压器高压侧、低压侧的电流信号；

所述电压采集设备，用于采集变压器高压侧、低压侧的电流信号电压信号；

所述数据处理器，用于根据采集的所述变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值；

所述采集通信模块，用于将确定的所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机；由上位机根据所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定所述变压器的短路阻抗值。

上述变压器短路阻抗在线监测方法及装置，采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号；根据采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值；将确定的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机；由上位机根据变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。如此，无需变压器退出运行，能够实现变压器短路阻抗的在线监测。同时，又由于电信号采集装置无需将采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号发送至上位机，而是将确定好的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机，因此，该方法及装置能够节约通信时间、更具实时性，能够真实、准确地监测变压器短路阻抗情况。

一种变压器短路阻抗在线监测方法，包括：

接收电信号采集装置发送的变压器高压侧、低压侧的基波向量值；所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值是所述电信号采集装置采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号后，根据采集的所述变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定的；

根据所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定所述变压器的短路阻抗值。

一种变压器短路阻抗在线监测装置，其特征在于，包括：上位通信模块及处理器；

所述上位通信模块，用于接收电信号采集装置发送的变压器高压侧、低压侧的基波向量值；所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值是所述电信号采集装置采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号后，根据采集的所述变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定的；

所述处理器，用于根据接收的所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定所述变压器的短路阻抗值。

上述变压器短路阻抗在线监测方法及装置，接收电信号采集装置发送的变压器高压侧、低压侧的基波向量值；所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值是所述电信号采集装置采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号后，根据采集的所述变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定的；根据接收的变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。如此，无需变压器退出运行，能够实现变压器短路阻抗的在线监测。同时，又由于上位机无需接收电信号采集装置采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号，而是接收电信号采集装置确定好的变压器高压侧、低压侧的基波向量值，因此，该方法及装置能够节约通信时间、更具实时性，能够真实、准确地监测变压器短路阻抗情况。

附图说明

图1为运行于电信号采集装置的一实施例的变压器短路阻抗在线监测方法的流程图；

图2为一实施例的变压器短路阻抗在线监测方法的工作环境示意图；

图3为图1的变压器短路阻抗在线监测方法的一个步骤的具体流程图；

图4为运行于上位机的一实施例的变压器短路阻抗在线监测方法的流程图；

图5为图4的变压器短路阻抗在线监测方法一个步骤的具体流程图；

图6为一个具体实施例的双绕组变压器的T型等值电路；

图7为第一个实施例的变压器短路阻抗在线监测装置的结构图；

图8为第二个实施例的变压器短路阻抗在线监测装置的结构图；

图9为第三个实施例的变压器短路阻抗在线监测装置的结构图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明一实施例的变压器短路阻抗在线监测方法，运行于电信号采集装置上，包括：

S110：采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号。

电信号采集装置可以包括电流采集设备和电压采集设备。电流采集设备采集变压器高压侧、低压侧的电流信号。具体地，电压采集设备采集变压器高压侧、低压侧电压信号。电流信号可以包括A相电流信号、B相电流信号、C相电流信号；电压信号可以包括A相电压信号、B相电压信号、C相电压信号。

具体地，电信号采集装置实时采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号。

S130：根据采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值。

电信号采集装置还包括数据处理器。数据处理器根据采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值。基波向量值包括电流基波向量值和电压基波向量值。数据处理器可以为DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)信号处理器。即电信号采集装置根据采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号确定变压器高压侧、低压侧的电流基波向量值；电信号采集装置根据采集的变压器高压侧、低压侧的电压信号确定变压器高压侧、低压侧的电压基波向量值。具体地，电流基波向量值及电压基波向量值均包括幅值和相位。

具体地，电信号采集装置实时根据采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值。

S150：将确定的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机；由上位机根据所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定所述变压器的短路阻抗值。

电信号采集装置包括采集通信模块。采集通信模块将确定的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机。具体地，电信号采集装置实时将确定的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机。

在其中一个实施例中，如图2所示，上位机与电信号采集装置通过RS232(Recommended Standard232，异步传输标准接口推荐标准232)通信连接。

上述变压器短路阻抗在线监测方法，采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号；根据采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值；将确定的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机；由上位机根据变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。如此，无需变压器退出运行，能够实现变压器短路阻抗的在线监测。同时，又由于电信号采集装置无需将采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号发送至上位机，而是将确定好的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机，因此，该方法能够节约通信时间、更具实时性，能够真实、准确地监测变压器短路阻抗情况。

请参阅图3，在其中一个实施例中，根据采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值的步骤，包括：

S331：对采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行信号放大处理。

S333：对放大处理后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行信号转换。

S335：对信号转换后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值。

需要说明的是，信号转换为模数转换，将模拟信号转换为数字信号。如此，对将变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行放大处理再将高压侧、低压侧的电流信号和电压信号的模拟信号转化成数字信号，从而方便处理。

在其中一个实施例中，为提高监测的准确性，对信号转换后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值的步骤，包括：

(a)、对信号转换后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行光耦隔离。具体地，光耦隔离可以为高速光耦隔离。

(b)、根据光耦隔离后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值。

在其中一个实施例中，为了提高监测的实时性，对放大处理后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行信号转换的步骤，包括：

(a)、对放大处理后的变压器高压侧、低压侧的电流信号或/及电压信号进行过零检测得到检测结果；

(b)、根据检测结果确定实际采集频率；

(c)、根据实际采集频率对放大处理后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行信号转换。

在其中一个具体实施例中，为了进一步提高监测的准确性，对放大处理后的变压器高压侧、低压侧的电流信号或/及电压信号进行过零检测得到检测结果的步骤，包括：对放大处理后的变压器高压侧、低压侧的电流信号或/及电压信号进行过零检测得到初始结果；对初始结果进行光耦隔离，得到检测结果。如此，避免信号干扰，提高实际采集频率的准确性，从而提高监测的准确性。

在其中一个实施例中，变压器高压侧的电流信号和电压信号包括六路信号，分别为变压器高压侧A相电流信号、B相电流信号、C相电流信号，以及变压器高压侧A相电压信号、B相电压信号、C相电压信号。变压器低压侧的电流信号和电压信号包括对应的六路信号。为了避免因多路采集引入的相位偏移，从而，提高监测的准确性，步骤S110可以为，同步采集各路变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号。

请参阅图4，本发明还提供一种与上述运行与电信号采集装置上的变压器短路阻抗在线监测方法，对应的变压器短路阻抗在线监测方法，运行于上位机上，包括：

S470：接收电信号采集装置发送的变压器高压侧、低压侧的基波向量值。所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值是所述电信号采集装置采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号后，根据采集的所述变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定的。

上位机包括上位通信模块。上位通信模块与采集通信模块配合实现电信号采集装置与上位机之间的通信。上位通信模块接收电信号采集装置发送的变压器高压侧、低压侧的基波向量值。具体地，采集通信模块及上位通信模块可以为通信芯片。

具体地，上位机实时接收电信号采集装置发送的变压器高压侧、低压侧的基波向量值。

S490：根据接收的变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。

上位机还包括处理器。处理器根据接收的变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。

具体地，上位机实时根据接收的变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。

上述变压器短路阻抗在线监测方法，接收电信号采集装置发送的变压器高压侧、低压侧的基波向量值；所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值是所述电信号采集装置采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号后，根据采集的所述变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定的；根据接收的变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。如此，无需变压器退出运行，能够实现变压器短路阻抗的在线监测。同时，又由于上位机无需接收电信号采集装置采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号，而是接收电信号采集装置确定好的变压器高压侧、低压侧的基波向量值，因此，该方法能够节约通信时间、更具实时性，能够真实、准确地监测变压器短路阻抗情况。

请参阅图5，为提供一种确定变压器的短路阻抗值的方式，在其中一个实施例中，根据接收的变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值的步骤，包括：

S591：根据接收的变压器低压侧的基波向量值确定折算到高压侧的折算基波向量值。

折算基波向量值为低压侧的电流基波向量值及电压基波向量值折算到高压侧的值，包括折算电流基波向量值和折算电压基波向量值。上位机的处理器可以根据接收的变压器低压侧的基波向量值采用传统方式确定折算到高压侧的折算基波向量值。

S593：根据折算基波向量值及变压器高压侧的基波向量值，确定变压器的短路阻抗值。

上位机的处理器可以根据折算基波向量值及变压器高压侧的基波向量值，采用传统方式确定变压器的短路阻抗值。

进一步地，根据折算基波向量值及变压器高压侧的基波向量值，确定变压器的短路阻抗值的步骤，包括：

(a)、建立关系模型。

上位机的处理器建立关于折算基波向量值、变压器高压侧的基波向量值的关系模型。关系模型可以为双绕组变压器的T型等值模型。具体地，双绕组变压器的T型等值电路，如图6所示。此时，关系模型可以为：其中，为高压侧电压的电压基波向量值；为高压侧的电流基波向量值；为低压侧折算到高压侧的电压基波向量值，即折算电压基波向量值；为低压侧折算到高压侧的电流基波向量值，即折算电流基波向量值；Z₁为高压侧绕组的阻抗值；Z₁₂为低压侧折算到高压侧绕组的阻抗值；其中，Z₁、Z₁₂为未知量，变压器的短路阻抗值即为Z₁+Z₁₂。

(b)、根据折算基波向量值、变压器高压侧的基波向量值及关系模型确定变压器的短路阻抗值。

上位机的处理器可以根据折算基波向量值、变压器高压侧的基波向量值及关系模型确定变压器的短路阻抗值。

电网中，由于电流随着负荷的变化在随时变化，利用任意两组不同电流下的采样值(包括变流器高压侧、低压侧电流信号和电压信息)，在上位机根据接收的变压器低压侧的基波向量值确定折算到高压侧的折算基波向量值的基础上，根据上述关系模型就可以建立2个方程，从而求解到Z₁、Z₁₂，进而确定变压器的短路阻抗值Z₁+Z₁₂。

进一步地，电信号采集装置在实际现场采集时，由于存在干扰，会造成采样数据有一定误差，使用两组采样值进行计算的误差较大。在一个较佳实施例中，根据一段时间内电信号采集装置采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号，在上位机根据接收的变压器低压侧的基波向量值确定折算到高压侧的折算基波向量值的基础上，利用遗传算法计算变压器的短路阻抗值。即上位机根据折算基波向量值、变压器高压侧的基波向量值及关系模型确定变压器的短路阻抗值的步骤为，上位机根据折算基波向量值、变压器高压侧的基波向量值及关系模型，采用遗传算法确定变压器的短路阻抗值。从而，减小误差，进一步提高监测的准确性。

请参阅图7，本发明还提供一种与上述变压器短路阻抗在线监测方法对应的变压器短路阻抗在线监测装置，即为电信号采集装置。变压器短路阻抗在线监测装置包括：电流采集设备711、电压采集设备713、数据处理器715及采集通信模块717；

电流采集设备711，用于采集变压器高压侧、低压侧的电流信号；

电压采集设备713，用于采集变压器高压侧、低压侧的电流信号电压信号；

数据处理器715，用于根据采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值；

采集通信模块717，用于将确定的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机；由上位机根据所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定所述变压器的短路阻抗值。

上述变压器短路阻抗在线监测装置，电流采集设备711及电压采集设备713采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号；数据信号处理器715根据采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值；采集通信模块717将确定的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机；由上位机根据变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。如此，无需变压器退出运行，能够实现变压器短路阻抗的在线监测。同时，又由于电信号采集装置710无需将采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号发送至上位机，而是将确定好的变压器高压侧、低压侧的基波向量值发送至上位机，因此，该装置能够节约通信时间、更具实时性，能够真实、准确地监测变压器短路阻抗情况。

在其中一个实施例中，变压器高压侧的电流信号和电压信号包括六路信号，分别为变压器高压侧A相电流信号、B相电流信号、C相电流信号，以及变压器高压侧A相电压信号、B相电压信号、C相电压信号；变压器低压侧的电流信号和电压信号包括对应的六路信号；电流采集设备711同步采集各路变压器高压侧、低压侧的电流信号；电压采集设备713同步采集各路变压器高压侧、低压侧的电压信号。

请参阅图8，在其中一个实施例中，变压器短路阻抗在线监测装置还包括放大器812及模数转换器814；

放大器812，用于对采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行信号放大处理；

模数转换器814，用于对放大处理后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行信号转换；

数据处理器815，用于对信号转换后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值。

在其中一个实施例中，变压器短路阻抗在线监测装置还包括光耦隔离器816；

光耦隔离器816，用于对信号转换后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行光耦隔离；

数据处理器815，用于根据光耦隔离后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定变压器高压侧、低压侧的基波向量值。

在其中一个实施例中，电信号采集装置还包括过零检测电路818；

过零检测电路818，用于对放大处理后的变压器高压侧、低压侧的电流信号或/及电压信号进行过零检测得到检测结果；

数据处理器815，还用于根据检测结果确定实际采集频率；

模数转换器814，还用于根据实际采集频率对放大处理后的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号进行信号转换。

请参阅图9，本发明还提供一种与上述变压器短路阻抗在线监测方法对应的变压器短路阻抗在线监测装置，即为上位机。变压器短路阻抗在线监测装置包括：上位通信模块927及处理器929；

上位通信模块927，用于接收电信号采集装置发送的变压器高压侧、低压侧的基波向量值；所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值是所述电信号采集装置采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号后，根据采集的所述变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定的；

处理器929，用于根据接收的变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。

上述变压器短路阻抗在线监测装置，上位通信模块927接收电信号采集装置发送的变压器高压侧、低压侧的基波向量值；所述变压器高压侧、低压侧的基波向量值是所述电信号采集装置采集变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号后，根据采集的所述变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号确定的；处理器929根据接收的变压器高压侧、低压侧的基波向量值确定变压器的短路阻抗值。如此，无需变压器退出运行，能够实现变压器短路阻抗的在线监测。同时，又由上位机无需接收电信号采集装置采集的变压器高压侧、低压侧的电流信号和电压信号，而是接收电信号采集装置确定好的变压器高压侧、低压侧的基波向量值，因此，该装置能够节约通信时间、更具实时性，能够真实、准确地监测变压器短路阻抗情况。

在其中一个实施例中，处理器929，用于根据接收的变压器低压侧的基波向量值确定折算到高压侧的折算基波向量值；并根据折算基波向量值及变压器高压侧的基波向量值，确定变压器的短路阻抗值。

在其中一个实施例中，处理器929，用于根据接收的变压器低压侧的基波向量值确定折算到高压侧的折算基波向量值；建立关系模型；根据折算基波向量值、变压器高压侧的基波向量值及关系模型确定变压器的短路阻抗值。

上述运行于不同终端的变压器短路阻抗在线监测装置与上述运行于不同终端的变压器短路阻抗在线监测方法对应，因此，对于相同的细节技术特征，在此并不赘述。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。