专利名称：配电变压器智能监控装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电气监控装置及其控制方法，特别涉及一种配电变压器智能监控装置及其控制方法。
背景技术：
目前，配电变压器的监测和控制分为两类独立的系统来完成。其中，配电变压器的监测又分为本体检测装置和对配电变压器负荷的监测。配电变压器本体检测内容包括油温(只限油浸式)，油位(只限油浸式)、热点温度、轻瓦斯(只限油浸式)、重瓦斯(只限油浸式)和气压。配电变压器负荷检测主要包含常见的电气量，如电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素和电能量监测。在现场运行的设备中配电变压器本体监测设备和负荷监测设备大部分为独立的设备，即便有的本体监测装置兼备部分负荷监测功能，有的负荷监测装置(主要用作计量用)兼备部分本体监测功能，但二者总是有主次之分。对监测到的数据的使用也·维持在较低的水平，表现为设置正常工作范围的上下限值，当监测到的数据(包括对监测数据计算得到的数据)偏离正常范围后，向用户告警，提醒用户及时维修。配电变压器的控制包括冷却器控制和有载调压开关的控制，均为独立的设备，并由相应的组件制造商提供。总之，目前配电变压器监测、监控没有一个统一的平台供用户通过配置选择所需功能和特点。此外，目前配电变压器各种智能监测和控制装置的数据文件格式和通讯规约各异，不能互操作，制约了数据共享，制约了监控系统的效率。中国专利公开号CN202177958U，
公开日2012年3月28日，公开了一种变压器监控装置，包括相电压检测电路、触发开关电路、模拟开关电路、单片机控制电路和无线收发电路，所述相电压检测电路采集的信号发送到电压比较电路，电压比较电路及触发开关电路的输出信号经模拟开关电路发送到单片机控制电路，由单片机控制电路控制输出至无线收发电路，本装置采用电压互感器采集电压信号，经模拟开关切电路换选择采集电压信号，判断变压器输出电缆是否被剪断或停电，并采用光耦开关触发电路判断外接的开关作为变压器是否被移动，当采集到被盗信号时，经单片机逻辑判断处理后，经无线发射模块向接收主机模块发出报警信号，及时有效通知值班人员。但是此技术方案依然存在，目前配电变压器监测、监控没有一个统一的平台供用户通过配置选择所需功能和特点，不能互操作，制约了数据共享，制约了监控系统的效率。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术配电变压器监测、监控没有一个统一的平台供用户通过配置选择所需功能和特点，不能互操作，制约了数据共享，制约了监控系统的效率的问题，提供一种实时监测、预测和控制配电变压器负荷，进行报警和故障记录的配电变压器智能监控装置及其控制方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种配电变压器智能监控装置，用于监测和管理配电变压器、第三方监测装置、负载以及配电变压器高低压侧开关，包括现场监控装置和远程管理装置，所述的现场监控装置包括若干块与配电变压器以及配电变压器高低压侧开关电连接的数据输入输出板、具有计算控制功能的监控板和显示板，第三方监测装置、数据输入输出板和显示板均与监控板电连接，所述的监控板通过网线与所述的远程管理装置通讯连接。
作为优选，所述的数据输入输出板分别为一块最多米集16路电气信号和非电气信号的模拟量输入板，一块最大采集16路开关状态信号的开关量输入板，一块最大控制16路继电输出的开关量输出板。作为优选，所述的监控板上设置有一个RS232接口和一个RS485接口，所述的监控板通过RS232接口与显示板电连接，所述的监控板通过RS485接口与第三方监测装置电连接。作为优选，所述的数据输入输出板上均为设置有DSP处理器的数据输入输出板，所述的数据输入输出板与监控板通过ISA总线连接。作为优选，所所述的监控板为设置有PC104处理器的监控板。一种配电变压器智能监控装置的控制方法，适用于配电变压器智能监控，所述的配电变压器智能监控装置的控制方法，包括以下步骤
步骤1，首先进行数据采集对于油浸式配电变压器，采集油温、油压、油中溶解气体、绕组温度、环境温度、轻/重瓦斯、变压器两端开关状态、电流和电压信号，对于干式变压器，采集绕组温度、环境温度、负荷开关状态、电流和电压信号；
步骤2，然后对冷却器进行控制和温度管理根据油浸式变压器的顶层油温或干式变压器的绕组温度来控制冷却器运行的数量和时间，使变压器在正常温度范围内运行，实时计算绕组热点温度，预测变压器的温度变化趋势和负载能力，计算变压器的寿命；
步骤3，进行电气量计算；
步骤4,电能质量记录；
步骤5，故障记录根据采集到的电流和电压信号判断变压器故障或事件；
步骤6，监测变压器两端隔离刀闸状态，以单独事件记录；
步骤7，在变压器本体或由负荷引生故障时，系统在本地和远程同时告警；
步骤8，数据存储将上述步骤2到步骤6中计算得到的数据存储在本地终端的存储器内，并由远端管理系统周期性地读取调用；
步骤9，本地和远程管理系统显示变压器本体的实时状态和负荷状态。作为优选，在所述的步骤1，进行采集数据时，开关量信号通过光电隔离、硬件滤波转变成数字信号，模拟量信号通过光藕隔离、信号调理和A/D转换转变成数字信号，这些信号供监控板分析和处理。作为优选，在所述的步骤I进行温度管理时，对于油浸式变压器，根据IEC60076-7实时计算绕组热点温度、预测变压器的温度变化趋势和负载能力、计算变压器的寿命。变压器的绕组热点温度决定了变压器绝缘老化的速度，在正常运行情况下，变压器的寿命取决于其绝缘的寿命，根据变压器温度、环境温度、负载和变压器的物理参数，可以计算得到绕组热点温度(IEC676-7)。变压器出厂后，其物理参数已经确定并已知，所以可以根据变压器负载和环境温度预测其绕组热点温度变化(温度和时间的关系)，计算安全负载能力和变压器的寿命损失，如果温度超过告警临界值，则装置发出告警信号，如果温度超过跳闸临界值，则跳负荷开关。作为优选，控制冷却器的方法为按温度控制或按时间控制冷却器，按照温度控制冷却器为用户设定温度临界值和与之对应的运行冷却器组数量，当温度到达设定的临界值，并在这个临界值之上维持一定时间后，则启动累计运行时间最短的冷却组，使运行的冷却器组数量达到与该临界值对应的设定值，当温度处于下降趋势，并下降到低于设定的临界值减去返回值时，即比临界值还低返回值的温度线下维持指定的延迟时间后，停止本次启动运行时间最长的冷却器，使运行的冷却器组数量与该临界值对应的设定数量；所述的按照时间控制冷却器是指用户每天的24小时根据当地气温和负载特性分为若干个时间段，指定每个时间段对应的运行冷却器组数，对变压器温度设置跳闸温度，即当变压器达到该温度值时，断开负荷开关同时发出告警信号。本发明的有益效果是本发明能够进行实时监测、预测和控制配电变压器负荷，进行报警和故障记录，系统集成度提高，系统简单化，运行更可靠。
图I是本发明的一种结构示意 图2是本发明中现场监控装置与变压器连接的一种结构示意图。图中I、远程管理装置，2、监控板，3、显示板，4、模拟量输入板，5、开关量输入板，6、开关量输出板，7、第三方监测装置，8、ISA总线，9、RS232连接线，10、RS485连接线，11、现场监控装置，12、变压器。
具体实施例方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例I:一种配电变压器智能监控装置(参见附图1)，用于监测和管理配电变压器12、第三方监测装置7、负载以及配电变压器高低压侧开关，包括现场监控装置11和远程管理装置1，现场监控装置11包括三块与配电变压器12、负载以及配电变压器高低压侧开关电连接的数据输入输出板、具有计算控制功能的监控板2和显示板3，第三方监测装置7、数据输入输出板和显示板3均与监控板2电连接，监控板2通过网线与远程管理装置I通讯连接。数据输入输出板分别为一块最多米集16路电气信号和非电气信号的模拟量输入板4, 一块最大采集16路开关状态信号的开关量输入板5，一块最大控制16路继电输出的开关量输出板6。监控板2上设置有一个RS232接口和一个RS485接口，监控板2通过RS232连接线9与显示板3电连接，监控板2通过RS485连接线10与第三方监测装置7电连接。数据输入输出板上均为设置有DSP处理器的数据输入输出板，数据输入输出板与监控板2通过ISA总线8连接。监控板2为设置有PC104处理器的监控板2。远程管理装置I为设置在监控室内的用户PC及管理软件系统。本实施例使用时，模拟量输入板，可以最多米集16路电气信号和非电气信号；开关量输入板，可以最大采集16路开关状态信号；开关量输出板，可以最大控制16路继电输出。I/O板完成模拟量和开光量信号的采集，运算；将结果通过硬件总线传输给监控板软件系统的数据处理模块。I/O板与监控板通过ISA总线连接，将采样数据传输给监控板，供监控板处理。监控板上有核心处理器PC104，监控板软件系统分为以下模块数据处理模块、控制算法模块、冷却器管理模块、仲裁输出模块、定值文件、IEC61850通讯模块和定值模块。数据处理模块接受DSP数据采集模块的数据，对数据进行抽点、打时标和基本物理量的计算；计算中需要读取定值模块的系统参数和用户配置参数，将运算结果分别输出到控制算法模块和共享内存；同时将实时数据通过共享内存，传递给IEC61850通讯模块，在本地和远程显示变压器的实时状态。由于采用DSP集中采样，使以上各种功能使用相同的数据源，排除了目前多种设备各自采样造成的数据时间同步误差和比较分析误差。控制算法模块包括启动算法和启动控制两个子模块。启动算法模块为静态模块，供启动控制模块调用，该模块根据温度或时间计算需启动的冷却器数量，预测变压器的温度和负荷。启动控制模块根据用户的冷却定值设置和当前温度或时间，调用启动算法模块，计算需运行的风机数量，将此结果输入到仲裁输出模块。冷却器管理模块根据定值和当前冷却器的运行和故障情况，判断如果温度升高需要投入的冷却器的选择，如果温度降低需停止冷却器的选择。仲裁输出模块根据控制模块输出，调用冷却器管理模块，决定具体启动或停止的冷却器，然后发出启动或停止命令。定值文件保存系统参数和用户设置参数。IEC61850通讯模块负责与远程管理装置通讯，接受远程用户的命令或配置。定值模块读取定值文件，接受IEC61850通讯模块关于远程用户下发的配置信息，写入配置文件。安装在远程监控室内用户的PC上，用户可以浏览变压器和装置的实时状态，更改配置和召唤现场装置的数据进行高级分析。监控板完成数据计算、分析判断、文件生成和存储、控制输出、告警输出和通讯任务。其中，数据计算包括功率数据、序分量计算、冷却器管理运算、电能质量运算；分析判断是指故障分析。监控板与管理软件联网。用户可以通过远程管理装置I浏览变压器和装置的实时状态，更改配置和召唤现场装置的数据进行高级分析。一种配电变压器智能监控装置的控制方法，适用于监控油浸式配电变压器的配电变压器智能监控装置，所述的配电变压器智能监控装置的控制方法，包括以下步骤
步骤1，首先进行数据采集采集油温、油压、油中溶解气体、绕组温度、环境温度、轻/重瓦斯、变压器两端开关状态、电流和电压信号，根据IEC60076-7实时计算绕组热点温度、预测变压器的温度变化趋势和负载能力、计算变压器的寿命。进行采集数据时，开关量信号通过光电隔离、硬件滤波转变成数字信号，模拟量信号通过光藕隔离、信号调理和A/D转换转变成数字信号，这些信号供监控板分析和处理。步骤2，然后对冷却器进行控制和温度管理根据油浸式变压器的顶层油温来控制冷却器运行的数量和时间，使变压器在正常温度范围内运行，实时计算绕组热点温度，预测变压器的温度变化趋势和负载能力，计算变压器的寿命；控制制冷器的方法为按温度控制，按照温度控制制冷器是指用户设定温度临界值和与之对应的运行冷却器组数量，当温度到达设定的临界值，并在这个临界值之上维持设定时间后，启动累计运行时间最短的冷却组，使运行的冷却器组数量达到与该临界值对应的设定值，当温度处于下降趋势，并下降到低于某一临界值减去返回值，即比临界值还低返回值的温度线下维持指定的延迟时间后，停止本次启动运行时间最长的冷却器，使运行的冷却器组数量与该临界值对应的设定
数量；
步骤3，进行电气量计算，计算该配变所输出的有功功率、无功功率、功率因数、正向有功电度、反向无功电度；
步骤4，电能质量记录，根据所采集的电流、电压信号，按照用户设定的频率计算三相不平衡度、谐波含量、电网频率；
步骤5，故障记录根据采集到的电流和电压信号，计算序分量；根据用户设定的临界值，记录负序电流、负序电压，判断三相过流、零序过压、 零序过流和变压器的常见故障或事件；
步骤6，监测变压器两端隔离刀闸状态，以单独事件记录，监测变压器两端隔离刀闸状态、开关合分状态、负荷开关状态，根据网络拓扑分析开关状态的正确性；开关的闭合和断开均以单独事件记录；
步骤7，在变压器本体或由负荷引生故障时，系统在本地和远程同时告警，
步骤8，数据存储将上述步骤2到步骤6中计算得到的数据存储在本地终端的存储器内，并由远端管理系统周期性地读取调用，
步骤9，本地和远程管理系统显示变压器本体的实时状态和负荷状态。实施例2
一种配电变压器智能监控装置的控制方法，适用于干式配电变压器的配电变压器智能监控装置，所述的配电变压器智能监控装置的控制方法与实施例I基本相同，不同之处在于，所述的步骤1，采集绕组温度、环境温度、负荷开关状态、电流和电压信号；所述的步骤2，根据干式变压器的绕组温度来控制冷却器运行的数量和时间，使变压器在正常温度范围内运行，实时计算绕组热点温度，预测变压器的温度变化趋势和负载能力，计算变压器的寿命；控制制冷器的方法为按照时间控制制冷器，用户每天的24小时根据当地气温和负载特性分为若干个时间段，指定每个时间段对应的运行冷却器组数，对变压器温度设置跳闸温度，即当变压器达到该温度值时，断开负荷开关同时发出告警信号。以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
权利要求
1.一种配电变压器智能监控装置，用于监测和管理配电变压器、第三方监测装置、负载以及配电变压器高低压侧开关，其特征在于包括现场监控装置和远程管理装置，所述的现场监控装置包括若干块与配电变压器以及配电变压器高低压侧开关电连接的数据输入输出板、具有计算控制功能的监控板和显示板，第三方监测装置、数据输入输出板和显示板均与监控板电连接，所述的监控板通过网线与所述的远程管理装置通讯连接。
2.根据权利要求I所述的配电变压器智能监控装置，其特征在于所述的数据输入输出板分别为一块最多采集16路电气信号和非电气信号的模拟量输入板，一块最大采集16路开关状态信号的开关量输入板，一块最大控制16路继电输出的开关量输出板。
3.根据权利要求I所述的配电变压器智能监控装置，其特征在于所述的监控板上设置有一个RS232接口和一个RS485接口，所述的监控板通过RS232接口与显示板电连接，所述的监控板通过RS485接口与第三方监测装置电连接。
4.根据权利要求I所述的配电变压器智能监控装置，其特征在于所述的数据输入输出板上均为设置有DSP处理器的数据输入输出板，所述的数据输入输出板与监控板通过ISA总线连接。
5.根据权利要求I所述的配电变压器智能监控装置，其特征在于所述的监控板为设置有PC104处理器的监控板。
6.一种配电变压器智能监控装置的控制方法，适用于配电变压器智能监控，其特征在于所述的配电变压器智能监控装置的控制方法，包括以下步骤 步骤1，首先进行数据采集对于油浸式配电变压器，采集油温、油压、油中溶解气体、绕组温度、环境温度、轻/重瓦斯、变压器两端开关状态、电流和电压信号，对于干式变压器，采集绕组温度、环境温度、负荷开关状态、电流和电压信号； 步骤2，然后对冷却器进行控制和温度管理根据油浸式变压器的顶层油温或干式变压器的绕组温度来控制冷却器运行的数量和时间，使变压器在正常温度范围内运行，实时计算绕组热点温度，预测变压器的温度变化趋势和负载能力，计算变压器的寿命； 步骤3，进行电气量计算； 步骤4,电能质量记录； 步骤5，故障记录根据采集到的电流和电压信号判断变压器故障或事件； 步骤6，监测变压器两端隔离刀闸状态，以单独事件记录； 步骤7，在变压器本体或由负荷引生故障时，系统在本地和远程同时告警； 步骤8，数据存储将上述步骤2到步骤6中计算得到的数据存储在本地终端的存储器内，并由远端管理系统周期性地读取调用； 步骤9，本地和远程管理系统显示变压器本体的实时状态和负荷状态。
7.根据权利要求6所述的配电变压器智能监控装置的控制方法，其特征在于在所述的步骤1，进行采集数据时，开关量信号通过光电隔离、硬件滤波转变成数字信号，模拟量信号通过光藕隔离、信号调理和A/D转换转变成数字信号，这些信号供监控板分析和处理。
8.根据权利要求6所述的配电变压器智能监控装置的控制方法，其特征在于在所述的步骤I进行温度管理时，对于油浸式变压器，根据IEC60076-7实时计算绕组热点温度、预测变压器的温度变化趋势和负载能力、计算变压器的寿命。
9.根据权利要求6所述的配电变压器智能监控装置的控制方法，其特征在于控制冷却器的方法为按温度控制或按时间控制冷却器，按照温度控制冷却器为用户设定温度临界值和与之对应的运行冷却器组数量，当温度到达设定的临界值，并在这个临界值之上维持一定时间后，则启动累计运行时间最短的冷却组，使运行的冷却器组数量达到与该临界值对应的设定值，当温度处于下降趋势，并下降到低于设定的临界值减去返回值时，即比临界 值还低返回值的温度线下维持指定的延迟时间后，停止本次启动运行时间最长的冷却器，使运行的冷却器组数量与该临界值对应的设定数量；所述的按照时间控制冷却器是指用户每天的24小时根据当地气温和负载特性分为若干个时间段，指定每个时间段对应的运行冷却器组数，对变压器温度设置跳闸温度，即当变压器达到该温度值时，断开负荷开关同时发出告警信号。
全文摘要
本发明涉及一种配电变压器智能监控装置及其控制方法。本发明可以解决现有技术没有一个统一的平台，制约了监控系统的效率的问题，其技术方案要点是用于监测和管理配电变压器、第三方监测装置、负载以及配电变压器高低压侧开关，包括现场监控装置和远程管理装置，所述的现场监控装置包括若干块与配电变压器以及配电变压器高低压侧开关电连接的数据输入输出板、具有计算控制功能的监控板和显示板，第三方监测装置、数据输入输出板和显示板均与监控板电连接，所述的监控板通过网线与所述的远程管理装置通讯连接。本发明能够进行实时监测、预测和控制配电变压器负荷，进行报警和故障记录，系统集成度提高，系统简单化，运行更可靠。
文档编号G05D23/19GK102957208SQ20121034735
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者王保荣, 阎侯赖, 程益峰, 李思绪, 康慧 申请人:北开电气集团有限公司