电网变压器状态监控平台设计与仿真实现
发布时间：2022-01-03 11:16
随着当前世界形势的不断复杂变化和我国国民经济的高速健康发展,现代社会对电力供应的安全可靠的性能的要求越来越高。变压器是大规模远程输电系统关键部件,为了及时发现和快速处置变压器工作过程可能发生的故障,防范变压器故障带来的经济损失和安全隐患,因此,研究和建立变压器状态监测技术与系统,以实现对变压器监测监控、状态感知与故障发现,这对于保障电力系统安全具有重要意义。本论文侧重监控系统原型开发,以Simulink为工具,从变压器各关键部件的系统建模入手,提出基于计算机仿真的设计实现方法,研究并建立了变压器远程状态监控平台。研究内容主要分为三个部分:一是变压器远程监控系统设计,二是变压器数据生成和传输系统仿真实现,三是变压器状态监测软件的开发。在变压器远程监控系统设计中,首先分析了变压器几种常见故障的成因及影响该故障的监测参量,针对变压器各个监测参量的特点和变压器复杂的监测环境,分别设计了与之适应的传感器监测网络架构,用来完成监控参量的数据采集。其次,针对大型电网变压器数目多、地理位置分散、野外环境复杂、通信距离远的特点,考虑到电力系统在线本地监控成本大和管控难的实际,提出了一种基于无线传感网络的...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变压器绕组绝缘热老化率——温度图
变压器运行状态监测系统设计9分散在野外的监控需求。图2-2光纤光栅测温系统结构图Fig.2-2OpticalFiberGratingTemperatureMeasuringSystemStructure光栅温度测量过程是利用锯齿波滤波器上的压电体器件，该器件持续扫描自由光谱，如果滤波器波长与光纤传感器的中心波长大小一致时，那么探测器可以探测传感器中的光，再利用数据采集装置获取电压信号，那么经过此过程外来输入温度信号经光纤光栅传感器转化为电压信号，为了使电压信号为标准电压信号范围内的信号，研究中采用信号调理电路对信号进行处理，然后经模数转换电路变为数字信号。如下图所示：图2-3绕组温度数据采集过程Fig.2-3WindingTemperatureDataCollectionProcess2.1.2基于超声波传感器的局部放电监测局部放电现象是指电气设备，常见的有变压器、断路器等，这些设备在高电压作用下，在设备内部绝缘物质出现的放电现象。局部放电的发生机理是一个复杂的物理过程，那么也就导致产生该现象的原因不是很明晰。变压器的局部放电现象通常发生在变压器的绝缘油气泡或者固体的变压器绝缘物质的空气间隙中，从宏观角度而言，当变压器内部发生局部放电时，变压器油中气泡通常带电，那么也就是说带电的气泡在变压器的强电场环境下会受到电场力的作用，由于气泡性质是一种内空物质，在力的作用下则会发生形变，气泡体积发生变化，又因为气泡体积的变化也会影响其周围产生疏密相间的波[33]。基于此过程，我们可以得到，如果测量这种波也就意味着测量到了变压器的局部放电现象，这种疏密相间的波是超声波。局部放电现象产生超声波的过程，本质上就是电能、机械能、声能几种能量之间相互转换的过程。该放电过程中气泡模型[34]如图2-4所示：
西安理工大学硕士学位论文10图2-4变压器局部放电气泡模型Fig.2-4ModelofTransformerPartialDischargeAirBubbles假定变压器内部有个气泡为Q，气泡半径为r，气泡质量为M，在发生局部放电现象发生之前气泡受到外加电场力作用eF，qF是气泡内部与外加电场力相平衡的力，根据受力分析可得，气泡此时收到一对平衡力作用处于受力平衡状态，体积不发生改变。当局部放电发生时，气泡所受的电场力eF消失，根据受力分析，气泡处于不平衡的状态，于是发生震动，此时对施加的力有三个：力顺元件mC对气泡壁有弹力作用、力阻元件mR与气泡壁之间的摩擦力、质量元件mM与气泡壁之间的惯性力[35]。研究表明，时间在不超过纳秒时，超声波的幅值大小与脉冲的宽度关系成正比例，当时间超过10ns，则会出现超声波迅速减小，反应在幅值与脉冲宽度的关系为，幅值与脉冲宽度的N次方成反比，但超声波频率与脉冲宽度无关。传统的局放监测方法为脉冲电流法，脉冲电流法是局部放电研究的基础，但是电脉冲信号在现场检测时会有很大的干扰，很难正确得到放电信号，另外还存在在线结果与离线结果的等效性等问题，新型的超声波传感器就完美的规避了这些问题。目前采用较为广泛的超声波局放监测法，其本质就是在电力设备的运行中外壳部分安装一个新型超声波局部放电传感器，基于该设备对局放发生时产生的超声波信号进行检测。电力设备在其运行的过程周围存在着较强的局部电磁干扰，而新型的超声波局部检测方案采用了非电磁波检测的方法，在一定程度上可以有效避免周围电磁干扰信号，进而取得更好的局放检测和甄别效果。其次，超声波局部放电传感器系统可以很方便地实现局部放电位置的定位，确定和检测局部超声波放电的位置，这样既可以为局放现象的诊断和电力变压器设备的维修提供有
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能诊断方法在电力变压器故障识别中的应用研究[J]. 王斌. 科技风. 2020(09)
[2]电力变压器运行状态数据监测处理策略分析[J]. 王聪. 通信电源技术. 2020(04)
[3]变电设备状态监测智能系统应用分析[J]. 陈翠萍,王植,刘珂,陈江添. 自动化应用. 2019(12)
[4]基于组态王的变电站运行状态在线监控系统设计与应用[J]. 黄炎. 电子测试. 2019(22)
[5]配电室在线监控系统[J]. 时启凡,孙洲同. 科技经济导刊. 2019(06)
[6]基于Simulink和LabVIEW的脉冲电源虚拟仿真实验平台[J]. 张圣,李震梅,李海涛,路通,柳娜. 实验技术与管理. 2019(01)
[7]基于LabVIEW的变压器运输在线监测系统设计[J]. 吕安,熊树生,徐宏飞,姜振军,罗源,周彩玲. 现代机械. 2018(06)
[8]智能变电站主设备在线监测系统的研究与设计[J]. 范少杰. 电工技术. 2018(24)
[9]变电站主变压器绝缘在线监测分析[J]. 马学义. 自动化应用. 2018(12)
[10]基于云服务的干式变压器远程监控终端设计[J]. 陈尔奎,贾萌,韩清春. 电测与仪表. 2019(03)
博士论文
[1]电力变压器状态评估及故障诊断方法研究[D]. 郑含博.重庆大学 2012
[2]计及电网运行风险的设备状态检修理论研究[D]. 李明.山东大学 2012
[3]电网设备状态检修策略的研究[D]. 郇嘉嘉.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]变压器在线监测与故障诊断系统设计[D]. 万季青.湖北工业大学 2018
[2]电力变压器运行状态评估与剩余寿命分析[D]. 申畅.河北工业大学 2017
[3]光声光谱技术在变压器在线监测与故障诊断中的应用研究[D]. 王倩.华北电力大学 2016
[4]基于状态监测的输变电设备状态评估及故障预警[D]. 王晨.华北电力大学 2015
[5]大型变压器在线监测系统的应用分析[D]. 王继伟.山东大学 2013
本文编号：3566179
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
变压器绕组绝缘热老化率——温度图
变压器运行状态监测系统设计9分散在野外的监控需求。图2-2光纤光栅测温系统结构图Fig.2-2OpticalFiberGratingTemperatureMeasuringSystemStructure光栅温度测量过程是利用锯齿波滤波器上的压电体器件，该器件持续扫描自由光谱，如果滤波器波长与光纤传感器的中心波长大小一致时，那么探测器可以探测传感器中的光，再利用数据采集装置获取电压信号，那么经过此过程外来输入温度信号经光纤光栅传感器转化为电压信号，为了使电压信号为标准电压信号范围内的信号，研究中采用信号调理电路对信号进行处理，然后经模数转换电路变为数字信号。如下图所示：图2-3绕组温度数据采集过程Fig.2-3WindingTemperatureDataCollectionProcess2.1.2基于超声波传感器的局部放电监测局部放电现象是指电气设备，常见的有变压器、断路器等，这些设备在高电压作用下，在设备内部绝缘物质出现的放电现象。局部放电的发生机理是一个复杂的物理过程，那么也就导致产生该现象的原因不是很明晰。变压器的局部放电现象通常发生在变压器的绝缘油气泡或者固体的变压器绝缘物质的空气间隙中，从宏观角度而言，当变压器内部发生局部放电时，变压器油中气泡通常带电，那么也就是说带电的气泡在变压器的强电场环境下会受到电场力的作用，由于气泡性质是一种内空物质，在力的作用下则会发生形变，气泡体积发生变化，又因为气泡体积的变化也会影响其周围产生疏密相间的波[33]。基于此过程，我们可以得到，如果测量这种波也就意味着测量到了变压器的局部放电现象，这种疏密相间的波是超声波。局部放电现象产生超声波的过程，本质上就是电能、机械能、声能几种能量之间相互转换的过程。该放电过程中气泡模型[34]如图2-4所示：
西安理工大学硕士学位论文10图2-4变压器局部放电气泡模型Fig.2-4ModelofTransformerPartialDischargeAirBubbles假定变压器内部有个气泡为Q，气泡半径为r，气泡质量为M，在发生局部放电现象发生之前气泡受到外加电场力作用eF，qF是气泡内部与外加电场力相平衡的力，根据受力分析可得，气泡此时收到一对平衡力作用处于受力平衡状态，体积不发生改变。当局部放电发生时，气泡所受的电场力eF消失，根据受力分析，气泡处于不平衡的状态，于是发生震动，此时对施加的力有三个：力顺元件mC对气泡壁有弹力作用、力阻元件mR与气泡壁之间的摩擦力、质量元件mM与气泡壁之间的惯性力[35]。研究表明，时间在不超过纳秒时，超声波的幅值大小与脉冲的宽度关系成正比例，当时间超过10ns，则会出现超声波迅速减小，反应在幅值与脉冲宽度的关系为，幅值与脉冲宽度的N次方成反比，但超声波频率与脉冲宽度无关。传统的局放监测方法为脉冲电流法，脉冲电流法是局部放电研究的基础，但是电脉冲信号在现场检测时会有很大的干扰，很难正确得到放电信号，另外还存在在线结果与离线结果的等效性等问题，新型的超声波传感器就完美的规避了这些问题。目前采用较为广泛的超声波局放监测法，其本质就是在电力设备的运行中外壳部分安装一个新型超声波局部放电传感器，基于该设备对局放发生时产生的超声波信号进行检测。电力设备在其运行的过程周围存在着较强的局部电磁干扰，而新型的超声波局部检测方案采用了非电磁波检测的方法，在一定程度上可以有效避免周围电磁干扰信号，进而取得更好的局放检测和甄别效果。其次，超声波局部放电传感器系统可以很方便地实现局部放电位置的定位，确定和检测局部超声波放电的位置，这样既可以为局放现象的诊断和电力变压器设备的维修提供有
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能诊断方法在电力变压器故障识别中的应用研究[J]. 王斌. 科技风. 2020(09)
[2]电力变压器运行状态数据监测处理策略分析[J]. 王聪. 通信电源技术. 2020(04)
[3]变电设备状态监测智能系统应用分析[J]. 陈翠萍,王植,刘珂,陈江添. 自动化应用. 2019(12)
[4]基于组态王的变电站运行状态在线监控系统设计与应用[J]. 黄炎. 电子测试. 2019(22)
[5]配电室在线监控系统[J]. 时启凡,孙洲同. 科技经济导刊. 2019(06)
[6]基于Simulink和LabVIEW的脉冲电源虚拟仿真实验平台[J]. 张圣,李震梅,李海涛,路通,柳娜. 实验技术与管理. 2019(01)
[7]基于LabVIEW的变压器运输在线监测系统设计[J]. 吕安,熊树生,徐宏飞,姜振军,罗源,周彩玲. 现代机械. 2018(06)
[8]智能变电站主设备在线监测系统的研究与设计[J]. 范少杰. 电工技术. 2018(24)
[9]变电站主变压器绝缘在线监测分析[J]. 马学义. 自动化应用. 2018(12)
[10]基于云服务的干式变压器远程监控终端设计[J]. 陈尔奎,贾萌,韩清春. 电测与仪表. 2019(03)
博士论文
[1]电力变压器状态评估及故障诊断方法研究[D]. 郑含博.重庆大学 2012
[2]计及电网运行风险的设备状态检修理论研究[D]. 李明.山东大学 2012
[3]电网设备状态检修策略的研究[D]. 郇嘉嘉.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]变压器在线监测与故障诊断系统设计[D]. 万季青.湖北工业大学 2018
[2]电力变压器运行状态评估与剩余寿命分析[D]. 申畅.河北工业大学 2017
[3]光声光谱技术在变压器在线监测与故障诊断中的应用研究[D]. 王倩.华北电力大学 2016
[4]基于状态监测的输变电设备状态评估及故障预警[D]. 王晨.华北电力大学 2015
[5]大型变压器在线监测系统的应用分析[D]. 王继伟.山东大学 2013
本文编号：3566179
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