一种用于变压器的标准化监控终端装置及其监控方法与流程

1.本发明涉及智能监控技术领域，并且更具体地，涉及一种用于变压器的标准化监控终端装置及其监控方法。


背景技术：

2.电力变压器作为电网发输配送的核心设备，其安全稳定运行与电网安全息息相关，因变压器内部不仅结构复杂，且承受电、热、磁、机械的耦合作用，外部运行环境多变，极易引发设备绝缘薄弱甚至缺陷点暴露，进而造成设备故障发生。在电力变压器长期运行中，缺陷演化成为大型事故的事件时有发生，导致变压器爆炸烧毁，甚至扩大为变电站火灾，造成了严重的经济损失，并威胁着电网的安全。目前在电网中普遍应用的状态检测手段因其监测周期较长，对快速发展型的故障的灵敏度不高，无法实现故障准确预警和诊断。分析其原因可知，现有变压器状态监测手段主要存在系统设计未统一、架构功能不完备等突出缺点与不足，具体表现问题有：1、灵活性差：因技术原因，大多数变压器不能覆盖配置所有监测参数，仅为油中溶解气体、铁心接地电流等典型少数在线监测技术的组合，未能覆盖快速发展故障及缺陷的状态监测；2、冗余性差：因成本原因，多数变压器配置在线监测系统时不考虑接入更多的被监测设备，造成变压器在线监测系统普适性差；3、可扩展性差：因成本原因，多数变压器在配置在线监测系统时，不考虑后期的技术替代、升级及扩展等问题，造成变压器在线监测系统的适用性差；4、运维操作易操作性能差：因在线监测技术不属于一次设备及二次保护设备，多数变压器在线监测系统的现场维护仅由其制造厂家进行，这为在线监测系统的现场维护造成了极大不便，迫切需要改变现有的配置方案。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中用于变压器监测的系统灵活性差、冗余性差、可扩展性差，以及运维易操作性能差等问题，本发明提供一种用于变压器的标准化监控终端装置及其监控方法。
4.根据本发明的一方面，本发明提供一种用于变压器的标准化监控终端装置，所述装置包括：数据处理模块，用于通过可扩展插槽结构采集变压器在运行过程中的监测数据，并对所述监测数据进行处理，提取所述监测数据的特征值；异常诊断模块，用于将所述监测数据的特征值与所述监测数据对应的标准特征值进行比较，根据比较结果确定变压器的运行状态。
5.可选地，所述数据处理模块包括母线板，电源板，主控板和至少一个子板，其中，母线板上设置多个标准插槽，电源板，主控板和子板均采用可插拔方式，当电源板，主控板和
子板插于母线板上时，通过母线板进行交互，实现电源板对主控板和子板的供电，主控板对子板的信息交互和控制，以及子板对所述监测数据的采集和处理。
6.可选地，所述子板包括：数据采集单元，用于采集变压器在运行过程中的监测数据；数据处理单元，用于处理与其相连的数据采集单元传输的所述监测数据，并提取所述监测数据的特征值后传输至主控板。
7.可选地，所述数据处理单元包括模数转换子单元、协议解析子单元和特征提取子单元，其中：所述模数转换子单元用于将所所述监测数据转换为数字信号；所述协议解析子单元用于对所述数字信号进行协议打包和解析；所述特征提取子单元用于对解析后的数字信号进行特征提取获得所述监测数据的特征值。
8.可选地，所述异常诊断模块包括存储单元和分析单元，其中：所述存储单元用于存储变压器正常运行时与所述监测数据所对应的标准特征值；所述分析单元用于在线分析数据处理单元传输的所述监测数据的特征值，并与所述标准特征值进行比对，根据对比结果确定变压器的运行状态。
9.可选地，所述装置还包括装置本体，其位于变压器侧，用于容纳并保护除装置本体以外的其他部分。
10.可选地，所述装置还包括中间处理模块，用于采集数据处理模块无法处理的监测数据，并提取数据处理模块无法处理的监测数据的特征值后传输至数据处理模块。
11.可选地，所述装置还包括滤波装置，用于对所采集的监测信号进行滤波，并生成监测数据。
12.可选地，所述装置还包括隔离电源，用于对装置连接的外部电源进行隔离降压，其中，所述外部电源用于为除装置本体以外的其他部分供电。
13.可选地，所述装置还包括交换机，用于和上位机进行交互，将所述异常诊断模块的数据传输至上位机。
14.根据本发明的另一方面，本发明提供一种用于变压器的监控方法，所述方法包括：通过可扩展插槽结构采集变压器在运行过程中的监测数据，并对所述监测数据进行处理，提取所述监测数据的特征值；将所述监测数据的特征值与所述监测数据对应的标准特征值进行比较，根据比较结果确定变压器的运行状态。
15.本发明技术方案提供的用于变压器的标准化监控终端装置及其监控方法通过设置可扩展插槽结构采集变压器在运行过程中的监测数据，并对所述监测数据进行处理，提取所述监测数据的特征值，将所述监测数据的特征值与所述监测数据对应的标准特征值进行比较，根据比较结果确定变压器的运行状态。由于可扩展性插槽具有规范化，一体化的连接方式，可实现同类别的板卡互换，具有灵活插拔的特点，因此，所述装置和方法涵盖了采集，特征提取，算法诊断，信息传输等多个方面，可应用于大型电力变压器综合在线多参量状态感知和健康度评估系统架构，具有扩展性高、标准化、一体化的特点，以及良好的现场安装可兼容性。
16.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
17.通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
18.图1为根据本发明优选实施方式的可用于变压器的标准化监控终端装置的结构示意图；图2为根据本发明另一个优选实施方式的可用于变压器的标准化监控终端装置的结构示意图；图3为根据本发明另一个优选实施方式的母线板上插槽结构示意图；图4为根据本发明优选实施方式的可用于变压器的监控方法的流程图。
具体实施方式
19.下面，将参考附图详细地描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。
20.应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
21.本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
22.还应理解，在本发明实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。
23.还应理解，对于本发明实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。
24.另外，本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
25.还应理解，本发明对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。
26.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
27.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
28.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
30.本发明实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境，等等。
31.终端设备、计算机系统、服务器等电子设备可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常，程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施，分布式云计算环境中，任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。
32.示例性装置一图1为根据本发明优选实施方式的可用于变压器的标准化监控终端装置的结构示意图。如图1所示，本优选实施方式所述的可用于变压器的标准化监控终端装置包括：数据处理模块101，用于通过可扩展插槽结构采集变压器在运行过程中的监测数据，并对所述监测数据进行处理，提取所述监测数据的特征值；异常诊断模块102，用于将所述监测数据的特征值与所述监测数据对应的标准特征值进行比较，根据比较结果确定变压器的运行状态。
33.优选地，所述数据处理模块101包括母线板111，电源板112，主控板113和至少一个子板114。如图1所示，母线板上设置多个标准插槽，电源板，主控板和子板均采用可插拔方式，当电源板，主控板和子板插于母线板上时，通过母线板进行交互，实现电源板对主控板和子板的供电，主控板对子板的信息交互和控制，以及子板对所述监测数据的采集和处理。
34.在一个实施例中，监测数据的采集和处理一般都通过传感器来实现，传感器性能是影响监测装置准确性的关键之一，因此，通过制定一致性，标准化的传感器加工工艺，针对不同类型传感器采用一致的封装材料与方法，制成可插拔的板卡，不仅可保证各类传感器具有相同的现场抗电磁干扰能力，同时，由于传感器具有一致外观，也便于现场布置、安装及运维。故而，可在母线板上设置多个标准插槽，一个子卡可设计为占用一个或多个插槽。设计成板卡形式的用于采集并处理监测数据的传感器可以根据实际需求选配，提升了在线监测装置的灵活性和可扩展性。所述数据处理模块以板卡形式接入的传感器包括：接地电流传感器，用于监测变压器铁心的接地电流数据；油压传感器，用于监测变压器的局部压力数据；振动传感器，用于监测变压器的振动数据；油色谱传感器，用于监测变压器内油中溶解的故障气体含量数据；单氢传感器，用于监测变压器器内油中溶解的氢气数据。
35.示例性地，可设计一个具有20个标准插槽的母线板，则主控板占1插槽，电源板占1插槽，其余插槽则根据实际需求选配板卡形式的传感器即可。当出现新的监测量时，可接入该母线板上的冗余插槽，也可再拼接母线板作进一步扩展，以用于其他新的监测量接入。
36.优选地，所述子板包括：数据采集单元，用于采集变压器在运行过程中的监测数据；数据处理单元，用于处理与其相连的数据采集单元传输的所述监测数据，并提取所述监测数据的特征值后传输至主控板。
37.在一个实施例中，每个子卡可监测一种变压器运行的数据，由于子卡可插拔，因此，具有自动辨识、互换灵活，冗余性好，即插即用等特点，其采集的监测信号包括低频模拟量信号和高频模拟量信号。
38.优选地，所述数据处理单元包括模数转换子单元、协议解析子单元和特征提取子单元，其中：所述模数转换子单元用于将所述监测数据转换为数字信号；所述协议解析子单元用于对所述数字信号进行协议打包和解析；所述特征提取子单元用于对解析后的数字信号进行特征提取获得所述监测数据的特征值。
39.在一个实施例中，所述监测数据的特征值是依据被监测设备故障类型进行监测量的数据精简化处理获得的，例如，铁心接地电流监测数据的特征值为电流幅值，局部放电监测数据的特征值为最大脉冲值、单次采样放电频次和平均脉冲值。
40.优选地，所述异常诊断模块102包括存储单元121和分析单元122，其中：所述存储单元121用于存储变压器正常运行时与所述监测数据所对应的标准特征值；所述分析单元122用于在线分析数据处理单元传输的所述监测数据的特征值，并与所述标准特征值进行比对，根据对比结果确定变压器的运行状态。
41.在一个实施例中，当监测数据为接地电流数据时，若变压器铁心的接地电流数据的特征值超出接地电流数据的标准特征值，则判断变压器铁心存在异常。当监测数据为变压器温度时，根据当前的电流变化绘制当前电流/温度变化曲线，将当前电流/温度变化曲线与标准电流/温度曲线比对，当当前电流/温度变化曲线的斜率超出标准电流/温度曲线的斜率一定比例值时，则可以判断变压器温度存在异常。
42.优选地，所述装置还包括装置本体，其位于变压器侧，用于容纳并保护除装置本体以外的其他部分。
43.优选地，所述装置还包括中间处理模块，用于采集数据处理模块无法处理的监测数据，并提取数据处理模块无法处理的监测数据的特征值后传输至数据处理模块。
44.在一个实施例中，诸如瓦斯气体、套管介损电容、局放、分接开关电机电流等监测数据由于数据本身的复杂性无法直接接入数据处理模块进行处理（例如，瓦斯气体、分接开关电机电流是传感器输出因为带有一定功率，且不是标准模拟信号无法直接接入到数据处理模块；套管介损电容及局放是因其接入量较多，算力要求较高无法直接接入数据处理模块），因此，需要通过中间处理模块对上述监测信号进行采集并处理后，再将提取的监测数据的特征值传输到数据处理模块的主控板中，然后由主控板汇总后传输到异常诊断模块。
45.优选地，所述装置还包括滤波装置，用于对所采集的监测信号进行滤波，并生成监测数据。
46.优选地，所述装置还包括隔离电源，用于对装置连接的外部电源进行隔离降压，其
中，所述外部电源用于为除装置本体以外的其他部分供电。
47.优选地，所述装置还包括交换机，用于和上位机进行交互，将所述异常诊断模块的数据传输至上位机。
48.示例性装置二图2为根据本发明另一个优选实施方式的可用于变压器的标准化监控终端装置的结构示意图。如图2所示，本优选实施方式所述的标准化监控终端装置中，数据处理模块是智能网关201，异常诊断模块是工控机202。除了上述数据处理模块和异常诊断模块外，还包括作为装置本体的柜体203，作为中间处理模块的其他柜内监测装置204，以及滤波装置205，隔离电源206和交换机207。在图2中，监测信号通过信号输入端接入，并传输至智能网关。
49.图3为根据本发明另一个优选实施方式的母线板上插槽结构示意图。本优选实施方式中，智能网关中设置母线板，母线板上有多个标准插槽，用于安装主控板，电源板和多个子卡。为了适用于变压器监控，针对可监测的信号类型，设计了三种标准模块的子卡，以及对应的插槽。如图3所示，图中所示的插槽a可接入高频信号采集板卡，两个接口为一组输入，其余为冗余设计。图中所示的插槽b为双通道模拟信号标准模块，可接入双通道模拟信号(包含油压模块、接地电流) 及数字通信类传感器（单氢、油色谱、瓦斯气体等）的标准子卡，i、ii、iii号端子可任意接入一组，其他两组作为冗余。图中所示的插槽c可作为接入分接开关信号的析上，每个端子为一组信号（a\b\c三相），一组作为冗余设计。
50.通过本优选实施方式所述的监控终端装置可接入例如铁心接地电流、油压、分接开关电机电流等低频模拟信号，油色谱、单氢、瓦斯气体等数字信号，局部放电等高频模拟信号三大类，每一类信号的控制子板具有规范化、一体化的连接方式，可实现同类别子卡互换，具有灵活插拔的特点，无需考虑子卡接插件接口兼容的问题从而可以满足变压器在线监测现场安装应用要求，实现了变压器全周期，多角度监测，尽量避免故障的发生。
51.示例性方法图4为根据本发明优选实施方式的可用于变压器的监控方法的流程图。如图4所示，本优选实施方式所述的可用于变压器的监控方法从步骤401开始。
52.在步骤401，通过可扩展插槽结构采集变压器在运行过程中的监测数据，并对所述监测数据进行处理，提取所述监测数据的特征值。
53.在本优选实施方式中，对于拟监测的信号，将其标准子卡插入数据处理模块的母线板的插槽上，从而提取监测信号的特征值。
54.在步骤402，将所述监测数据的特征值与所述监测数据对应的标准特征值进行比较，根据比较结果确定变压器的运行状态。
55.和现有技术相比，本优选实施方式所述的方法，制定一致性、标准化的传感器加工工艺，针对不同类型传感器采用一致的封装材料与方法，使传感器具有一致外观，从而方便了现场布置、安装及运维，可大幅降低现场人员的维护工作。而且，针对不同的监测信号的特点，通过可扩展插槽结构和现有的第三方信号处理装置，采用不同在线监测技术分别对电力变压器的运行状态进行监测，应用物联网框架实现多类监测手段的汇聚，在网关层采用边缘计算实现数据预处理及特征提取，在平台层实现不同监测特征量的数据融合，实现了多种监测参量的可扩展、即插即用，有效提高了变压器在线监测的冗余性，灵活性，可扩
展性。
56.以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
57.本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
58.本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具 有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
59.可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
60.还需要指出的是，在本公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
61.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。