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基于FRA的变压器绕组变形在线监测研究-项目汇报汇报人：张重远山西晋中供电公司华北电力大学高压研究所2014.3国家电网

立项背景及研究目标1技术原理及研究内容2项目系统硬件介绍3项目系统软件介绍4项目实施5项目成果及应用前景6目录立项背景及研究目标1第一部分1.1项目研究背景智能电网是经济和技术发展的必然结果，具体是指利用先进的技术提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性等方面的性能。配电网的智能化是智能电网的核心部分，灵活可重构的配电网络拓扑结构和自动愈合功能是未来智能电网的基础。配网智能化框架下，用户对供电质量的要求更高，而10kV变压器的故障运行会造成用户电压的不稳定、频率偏差、谐波，甚至是大面积停电事故的发生，所以对10kV配电变压器的在线监测有着十分广阔的经济和现实意义。1.2项目研究目标通过对晋中供电公司下属10kV配电变压器绕组变形在线监测，提高配网的供电可靠性，提高电能质量，增加经济效益。研发界面友好、使用方便的便携式变压器绕组变形在线监测系统。建立晋中供电公司所有下属10kV配电变压器频响曲线数据库。此系统可以替代现有的变压器绕组变形离线检测方法，从而节省了大量的人力、物力和财力，提高了工作效率。技术原理及研究内容2第二部分2.1技术原理技术原理频响法(FrequencyResponseAnalysis，简称FRA)：当变压器在高频电压的作用下，可以将它的绕组等效为由电阻、电感、电容等分布参数组成的二端口网络，并用传递函数来描述这一网络特性。当绕组发生了局部变形，会导致网络中电气参数的改变，从而引起传递函数的变化。频响法等效电路图

研究主要内容原理方法改进硬件开发软件开发研究改进变压器绕组模型软件核心算法的开发硬件参数和功能2.2研究主要内容项目系统硬件介绍3第三部分3.1总体硬件电路设计硬件电路示意图示意图介绍系统硬件部分由依次连接的脉冲信号发生器、保护电路、电容分压器，电流互感器、信号调理电路、数据采集卡以及工控机构成。通过电容分压器的低压端向变压器绕组注入脉冲信号，利用安装在中性线上的电流互感器采集响应信号，输入信号与响应信号经信号调理电路、数据采集卡进入工控机，利用软件对数据进行处理，从而得到绕组的频响特性。3.2信号的注入方式在线信号注入电路示意图介绍测试信号的在线注入是实现绕组变形在线检测的关键环节。本系统设计了一种合适分压比的电容分压器，并与变压器主馈线并联，测试信号可通过此低压臂实现信号的在线注入而不需要直接连接到主馈线上。技术关键3.3系统各个硬件介绍系统主要硬件列表高频脉冲信号发生器便携式工控机数据采集卡高频电流互感器信号注入模块3.4硬件设备功能及技术参数主要硬件设备介绍信号源是整个频率响应分析法检测系统的关键和核心部分，其参数和性能决定了监测系统对变压器绕组变形检测的试验效果。Agilent(安捷伦)33220A。试验时脉冲电压峰值是20V，脉冲宽度是10μs，上升沿时间为5ns。高频脉冲信号发生器工控机内置凌华ADLINKPCI-9812数据采集卡，运行稳定、便携、处理速度快。3HIPC/W510Intel(R)Core(TM)/i33.0GHz/2GRAM/500GSATA便携式工控机3.4硬件设备功能及技术参数内置于便携式工控机内，采集进入变压器绕组的输入信号和输出信号，将模拟的电压、电流信号转换为计算机可以处理的数字信号。凌华ADLINKPCI-9812/4-CH/20MS/sSimultaneous-SamplingAnalogInputCards。ADLINK数据采集卡电流传感器安装于变压器的中性线处，测量影响信号。PEARSONTMCURRENTMONITORMODEL4100，输出阻抗：50Ώ；最大峰值电流：500A；最大有效值电流：5A；可用的上升沿时间：5ns;测试频率范围：140Hz-35MHz;输出接口：BNC接口。自行设计开发了信号注入模块，具体包括电容分压器、保护电路、接线盒等，并定制了系统装备箱。项目系统软件介绍4第四部分4.1软件程序的工作机理便携式工控机安装有windowsxp的操作系统。凌华ADLINKPCI-9812数据采集卡的驱动程序主要有：DAQ-Pilot，DAQ-Master，DSA-PCIS，其功能是实现软件对数据采集卡的有效调用。LabVIEW是一款应用程序开发软件，用于调用数据采集卡的驱动程序，并结合自身软件功能完成各种程序算法。最后将LabVIEW的VI程序生成可执行文件供工程上应用。可执行文件VI程序LabVIEW应用软件Adlink的驱动程序Windows操作系统4.2软件系统功能模块构成用户登录数据采集数据分析历史数据查询基于LabVIEW的系统软件采用凌华公司的数据采集驱动程序DAQpilot，DAQMaster4.3登录系统操作步骤欢迎进入LabVIEW主程序！打开welcome.exe1用户名：FRA2密码：FRA3点击登录44.4数据采集数据采集前面板参数配置数据采集系统将同时采集输入电压及输出电流信号，并实时显示该信号，同时将采集到的信号保存至电脑磁盘当中，方便用户查询。该系统是基于“生产者-消费者”模型而设计开发的，采用队列作为缓存，新采集到的数据直接放入队列中，这一过程耗时短、可以有效利用计算机CPU和内存。4.5数据分析数据分析前面板对话框数据分析系统主要是对采集到的信号进行数据处理。这主要包括变压器频响曲线的获得；信号的放大及滤波；时域和频域信号的转换；频响曲线相关性的获取。数据分析采用的分析方法是纵向分析和横向分析两种，上图是典型的纵向、横向分析的过程。纵向分析横向分析4.6历史数据查询历史数据查询前面板典型波形图该系统是方便用户对变压器历史数据的查询。用户只需输入要查询的时间段，点击查询后，数据将以波形图的形式显示在屏幕上，用户也可以单独对查询到的历史数据进行分析。项目实施5第五部分5.1前期现场调研箱式变压器箱变绕组出线杆式变压器铭牌杆式变压器现场调研图片2013年6月，晋中供电公司、华北电力大学高压研究所成立了项目课题组，对公司下属10kV配电变压器进行了多次调研和资料收集等准备工作。之后，双方几次修改，于2013年8月确定了具体研究内容、研究目标和实施方案。5.2实验室设备开发2013年9月—2013年11月项目课题组根据合同要求，对该项目进行系统总体设计。对市场上相关配件功能参数综合调研、分析比较之后，确定了硬件开发方案。对相关软件开发平台进行了充分、详细的论证后，确定了应用LabVIEW开发整套系统控制软件。硬件搭配过程频谱网络分析仪脉冲信号源信号注入模块5.3实验室实验验证纵向分析试验结果完成绕组变形判断核心计算算法的开发，并将其应用于本套监测系统软件。利用本监测系统对多台不同型号变压器进行了各种绕组变形的分析与试验研究，并与频谱网络分析仪分析结果进行对比，验证了监测结果的准确性。实验室测试横向分析试验结果5.4现场安装与调试现场接线双方人员探讨现场操作现场研讨2013年12月，进行系统调试、安装，完成系统试运行，现场实验验证了监测系统的可靠性和稳定性。课题组对此前的研究结果进行了归纳、总结，按照合同的要求完成了技术报告以及工作报告。项目成果及应用前景分析6第六部分6.1项目成果开发出变压器绕组变形在线监测系统研发出界面友好、使用方便的“基于FRA的变压器绕组变形在线监测系统”及其配套软件，实现变压器绕组变形的在线监测与分析。发表学术论文1.基于LabVIEW的10kV配电变压器绕组变形测试系统研究，《电力科学与工程》(已录用)。2.TheResearchontheWinding

Deformation

TestingSystem

for10kVTransformerBasedontheLabVIEW,20144thInternationalSymposiumonComputersandInformatics(ISCI2014)(已录用）。申报专利一项“一种配网变压器低压绕组变形在线监测方法及其装置”发