一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统的制作方法

1.本发明涉及电气设备故障预警领域，特别涉及一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统。


背景技术：

2.干式变压器广泛用于局部照明、高层建筑 、机场，码头cnc机械设备等场所，简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器，矿用干式变压器长期运行于煤矿井下潮湿、脏污的特殊环境，其绝缘长期承受热应力（如短时间的过电流、长时间的工作电流及散热不良）、电应力（如短时间的过电压、长时间的工作电压及可能出现的局部放电）、机械应力（如短时间的电动力和长时间的电磁振动）、环境中水分及酸碱物质等的联合作用而加速绝缘的劣化进程，所以需要对干式变压器运行状态进行监控，以对变压器发生的故障进行远程预警，现有的预警系统不足之处在于评估指标单一，诊断原理简单，诊断结果可信度不高，无法及时准确反映整个变压器健康状态，即便是在事故发生后，由于缺乏相应的监测记录手段，也无法全面掌握变压器故障前的各种状态参数，不能快速准确地定位事故位置及事故原因，同时在预警时需要先将预警信息传输至预警平台，然后预警平台根据预警等级选择维护单元，这样无法直接对需要选择的维护单元进行预警，无疑延长了故障的检修时间，本发明是为了解决这一问题，提出一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统，能够有效解决背景技术中的问题：现有的预警系统不足之处在于评估指标单一，诊断原理简单，诊断结果可信度不高，无法及时准确反映整个变压器健康状态，即便是在事故发生后，由于缺乏相应的监测记录手段，也无法全面掌握变压器故障前的各种状态参数，不能快速准确地定位事故位置及事故原因，同时在预警时需要先将预警信息传输至预警平台，然后预警平台根据预警等级选择维护单元，这样无法直接对需要选择的维护单元进行预警，无疑延长了故障的检修时间。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统，包括变压器数据采集子系统、变压器数据分析子系统、维护单元数据子系统、工控机、服务器、维护单元显示子系统和预警上位机显示子系统，所述变压器数据采集子系统用于采集变压器运行工况和运行环境的数据，所述变压器数据分析子系统用于对变压器数据采集子系统采集的数据进行数据化分析，所述维护单元数据子系统用于对维护单元的数据进行采集储存，所述维护单元显示子系统用于将分析结果显示至指定的维护单元，所述预警上位机显示子系统用于将分析结果显示在预警上位机中，所述变压器数据采集子系统包括变压器运行工况数据采集模块和变压器运行环境数据采集模块，所述服务器用于在建立数据库，并建立数据表存储干式变压
器状态参量与诊断结果、历史数据、变压器的出厂参数、预警信息，所述变压器数据采集子系统与变压器数据分析子系统通过物联网进行信号传输；所述变压器运行工况数据采集模块用于采用各种数据采集单元对变压器运行工况数据进行采集，所述变压器运行工况数据采集模块中包含变压器运行工况数据采集方法，所述变压器运行工况数据采集方法包括设定采集工况数据监测量，确定工况采集值偏差，对工况采集值偏差进行统计，获取单个第一监测量系数a1，以第一监测量系数a1作为工况数据变化系数；所述变压器运行环境数据采集模块用于采用各种数据采集单元对变压器运行环境数据进行采集，所述变压器运行工况数据采集模块中包含变压器运行环境数据采集方法，所述变压器运行环境数据采集方法包括设定采集环境数据监测量，确定环境采集值偏差，对环境采集值偏差进行统计，获取单个第二监测量系数a2，以第二监测量系数a2作为环境数据变化系数；所述变压器数据分析子系统包括变压器运行工况分析模块和变压器运行环境分析模块，所述变压器运行工况分析模块用于将工况数据变化系数a1和工况数据采集参数值导入至工况分析报警公式得到工况演算值，将工况演算值与工况阈值进行对比，得到是否发出报警信号的运行工况条件；所述变压器运行环境分析模块用于将环境数据变化系数a2和环境数据采集参数值导入至环境分析报警公式得到环境演算值，将环境演算值与环境阈值进行对比，得到是否发出报警信号的运行环境条件。
5.本发明进一步的改进在于，所述变压器运行环境数据采集模块包括环境湿度数据采集模块、入线接口数据采集模块、出线接口数据采集模块和环境温度数据采集模块，所述环境湿度数据采集模块用于采集变压器现场环境湿度参数，所述环境温度数据采集模块用于采集变压器现场环境温度参数，所述入线接口数据采集模块用于采集上位机传输至本机的数据信号参数，所述入线接口数据采集模块用于采集本机传输至下位机的数据信号参数。
6.本发明进一步的改进在于，所述变压器运行工况数据采集模块包括模拟电流量数据采集单元、电压量数据采集单元、开关量输入数据采集单元、开关量输出数据采集单元、三相电压电流量数据采集单元和电能质量数据采集单元，所述模拟电流量数据采集单元用于采集变压器运行过程的模拟电流数据信号参数，所述模拟电流量数据采集单元用于采集变压器运行过程的模拟电流数据信号参数，所述电压量数据采集单元用于采集变压器运行过程的电压量数据信号参数，所述开关量输入数据采集单元用于采集变压器运行过程的开关量输入数据信号参数，所述开关量输出数据采集单元用于采集变压器运行过程的开关量输出数据信号参数，所述电能质量数据采集单元用于采集变压器运行过程的电能质量数据信号参数，所述三相电压电流量输出数据采集单元用于采集变压器运行过程的三相电压电流量输出数据信号参数。
7.本发明进一步的改进在于，所述工况分析报警公式的具体表示为：工况分析报警系数：xn1=a11(c11-c10)/(c1n-c10) a21(c21-c20)/(c2n-c20) a31(c31-c30)/(c3n-c30) a41(c41-c40)/(c4n-c40) a51(c51-c50)/(c5n-c50) a61(c61-c60)/(c6n-c60),其中，对于公式(cnn-cn0)表示模拟电流量、电压量、开关量输入、开关量输出、三相电压电流量和电能质量指标安全范围内的极值差，对于（cn1-cn0)表示模拟电流量、电压
量、开关量输入、开关量输出、三相电压电流量和电能质量指标的测量值与安全范围的差量值，同时其中，a11表示模拟电流量的第一监测量系数，a21表示电压量的第一监测量系数，a31表示开关量输入的第一监测量系数，a41表示开关量输出的第一监测量系数，a51表示三相电压电流量的第一监测量系数，a61表示电能质量的第一监测量系数，通常利用模拟电流量、电压量、开关量输入、开关量输出、三相电压电流量和电能质量能够分析出变压器工况情况。
8.本发明进一步的改进在于，所述环境分析报警公式的具体表示为：环境分析报警系数xn2，其中，对于在环境分析报警公式引入常数代表外部环境中的不可控因素干扰，同时其中a12表示环境湿度的第二监测量系数，a22表示入线接口的第二监测量系数，a32表示出线接口的第二监测量系数，a42表示环境温度的第二监测量系数。
9.本发明进一步的改进在于，所述变压器数据分析子系统用于计算整体报警系数xn3=a1*xn1 a2*xn2，其中a1代表工况报警系数，a2代表环境报警系数，当整体报警系数大于等于报警阈值时，工控机输出报警信号传输至维护单元显示子系统和预警上位机显示子系统。
10.本发明进一步的改进在于，所述维护单元显示子系统包括维护数据传输模块、维护人员信息数据储存模块和维护工具信息数据储存模块，所述维护数据传输模块用于维护信息数据的互相传输，所述维护人员信息数据储存模块用于对维护人员信息数据进行统一储存管理，所述维护工具信息数据储存模块用于对维护工具信息数据进行统一储存管理，所述维护人员信息数据储存模块中包含维护人员信息数据采集方法，所述维护人员信息数据采集方法包括采集维护人员的动态信息，对动态信息进行归一化处理，统计得出维护人员的维护系数b1，所述维护工具信息数据储存模块中包含维护工具信息数据采集方法，所述维护工具信息数据采集方法包括采集维护工具的静态信息，对静态信息进行归一化处理，统计得出维护工具的维护系数b2。
11.本发明进一步的改进在于，所述工控机还包括综合判断策略，所述综合判断策略中包含对维护人员的维护系数b1和维护工具的维护系数b2进行归一化计算，并与整体报警系数xn3进行对比，得出最接近xn3的维护人员的维护系数b1和维护工具的维护系数b2的组合方案。
12.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过变压器数据采集子系统分别采集变压器运行工况和变压器运行环境信息，变压器数据分析子系统对采集的信息进行数据分析，分析数据传输至工控机，工控机对分析数据与服务器中的数据进行综合分析得出预警结果，将判断的预警信息和预警方案分别传输至预警上位机显示子系统和维护单元显示子系统，从而提高了预警和维护信息的发布准确性，同时提高了对预警故障的解决速度，进而提高了电路运行的安全性。
附图说明
13.图1为本发明一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统的原理构架示意图。
14.图2为本发明一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统的变压器数据采集子系统与变压器数据分析子系统数据传输示意图。
15.图3为本发明一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统的变压器运行环境数据采集模块的原理框图。
16.图4为本发明一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统的变压器运行工况数据采集模块的原理框图。
17.图5为本发明一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统的维护单元数据子系统的原理图。
具体实施方式
18.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一号”、“二号”、“三号”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
19.实施例1本实施例的变压器数据采集子系统分别采集变压器运行工况和变压器运行环境信息，变压器数据分析子系统对采集的信息进行数据分析，分析数据传输至工控机，工控机对分析数据与服务器中的数据进行综合分析得出预警结果，具体方案为，如图1-图4所示，一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统，包括变压器数据采集子系统、变压器数据分析子系统、维护单元数据子系统、工控机、服务器、维护单元显示子系统和预警上位机显示子系统，变压器数据采集子系统用于采集变压器运行工况和运行环境的数据，变压器数据分析子系统用于对变压器数据采集子系统采集的数据进行数据化分析，维护单元数据子系统用于对维护单元的数据进行采集储存，维护单元显示子系统用于将分析结果显示至指定的维护单元，预警上位机显示子系统用于将分析结果显示在预警上位机中，变压器数据采集子系统包括变压器运行工况数据采集模块和变压器运行环境数据采集模块，服务器用于在建立数据库，并建立数据表存储干式变压器状态参量与诊断结果、历史数据、变压器的出厂参数、预警信息，变压器数据采集子系统与变压器数据分析子系统通过物联网进行信号传输；其中，步骤一为：变压器运行工况数据采集模块用于采用各种数据采集单元对变压器运行工况数据进行采集，变压器运行工况数据采集模块中包含变压器运行工况数据采集方法，变压器运行工况数据采集方法包括设定采集工况数据监测量，确定工况采集值偏差，对工况采集值偏差进行统计，获取单个第一监测量系数a1，以第一监测量系数a1作为工况数据变化系数；变压器运行环境数据采集模块用于采用各种数据采集单元对变压器运行环境数据进行采集，变压器运行工况数据采集模块中包含变压器运行环境数据采集方法，变压器运行环境数据采集方法包括设定采集环境数据监测量，确定环境采集值偏差，对环境采集值偏差进行统计，获取单个第二监测量系数a2，以第二监测量系数a2作为环境数据变化系
数；步骤二为：变压器数据分析子系统包括变压器运行工况分析模块和变压器运行环境分析模块，变压器运行工况分析模块用于将工况数据变化系数a1和工况数据采集参数值导入至工况分析报警公式得到工况演算值，将工况演算值与工况阈值进行对比，得到是否发出报警信号的运行工况条件；变压器运行环境分析模块用于将环境数据变化系数a2和环境数据采集参数值导入至环境分析报警公式得到环境演算值，将环境演算值与环境阈值进行对比，得到是否发出报警信号的运行环境条件；变压器数据分析子系统包括变压器运行工况分析模块和变压器运行环境分析模块，变压器运行工况分析模块用于将工况数据变化系数a1和工况数据采集参数值导入至工况分析报警公式得到工况演算值，将工况演算值与工况阈值进行对比，得到是否发出报警信号的运行工况条件；变压器运行环境分析模块用于将环境数据变化系数a2和环境数据采集参数值导入至环境分析报警公式得到环境演算值，将环境演算值与环境阈值进行对比，得到是否发出报警信号的运行环境条件；步骤三为：变压器运行环境数据采集模块包括环境湿度数据采集模块、入线接口数据采集模块、出线接口数据采集模块和环境温度数据采集模块，环境湿度数据采集模块用于采集变压器现场环境湿度参数，环境温度数据采集模块用于采集变压器现场环境温度参数，入线接口数据采集模块用于采集上位机传输至本机的数据信号参数，入线接口数据采集模块用于采集本机传输至下位机的数据信号参数；步骤四为：变压器运行工况数据采集模块包括模拟电流量数据采集单元、电压量数据采集单元、开关量输入数据采集单元、开关量输出数据采集单元、三相电压电流量数据采集单元和电能质量数据采集单元，模拟电流量数据采集单元用于采集变压器运行过程的模拟电流数据信号参数，模拟电流量数据采集单元用于采集变压器运行过程的模拟电流数据信号参数，电压量数据采集单元用于采集变压器运行过程的电压量数据信号参数，开关量输入数据采集单元用于采集变压器运行过程的开关量输入数据信号参数，开关量输出数据采集单元用于采集变压器运行过程的开关量输出数据信号参数，电能质量数据采集单元用于采集变压器运行过程的电能质量数据信号参数，三相电压电流量输出数据采集单元用于采集变压器运行过程的三相电压电流量输出数据信号参数；步骤五为，变压器运行工况数据采集模块包括模拟电流量数据采集单元、电压量数据采集单元、开关量输入数据采集单元、开关量输出数据采集单元、三相电压电流量数据采集单元和电能质量数据采集单元，模拟电流量数据采集单元用于采集变压器运行过程的模拟电流数据信号参数，模拟电流量数据采集单元用于采集变压器运行过程的模拟电流数据信号参数，电压量数据采集单元用于采集变压器运行过程的电压量数据信号参数，开关量输入数据采集单元用于采集变压器运行过程的开关量输入数据信号参数，开关量输出数据采集单元用于采集变压器运行过程的开关量输出数据信号参数，电能质量数据采集单元用于采集变压器运行过程的电能质量数据信号参数，三相电压电流量输出数据采集单元用于采集变压器运行过程的三相电压电流量输出数据信号参数；其中，工况分析报警公式的具体表示为：工况分析报警系数xn1=a11(c11-c10)/(c1n-c10) a21(c21-c20)/(c2n-c20) a31(c31-c30)/(c3n-c30) a41(c41-c40)/(c4n-c40) a51(c51-c50)/(c5n-c50) a61(c61-c60)/(c6n-c60),其中，对于公式(cnn-cn0)表示
模拟电流量、电压量、开关量输入、开关量输出、三相电压电流量和电能质量指标安全范围内的极值差，对于（cn1-cn0)表示模拟电流量、电压量、开关量输入、开关量输出、三相电压电流量和电能质量指标的测量值与安全范围的差量值，同时其中，a11表示模拟电流量的第一监测量系数，a21表示电压量的第一监测量系数，a31表示开关量输入的第一监测量系数，a41表示开关量输出的第一监测量系数，a51表示三相电压电流量的第一监测量系数，a61表示电能质量的第一监测量系数；其中，环境分析报警公式的具体表示为：环境分析报警系数，其中，对于在环境分析报警公式引入常数代表外部环境中的不可控因素干扰，同时其中a12表示环境湿度的第二监测量系数，a22表示入线接口的第二监测量系数，a32表示出线接口的第二监测量系数，a42表示环境温度的第二监测量系数；其中，变压器数据分析子系统用于计算整体报警系数xn3=a1*xn1 a2*xn2，其中a1代表工况报警系数，a2代表环境报警系数，当整体报警系数大于等于报警阈值时，工控机输出报警信号传输至维护单元显示子系统和预警上位机显示子系统。
20.通过本实施例能够实现：通过变压器数据采集子系统分别采集变压器运行工况和变压器运行环境信息，变压器数据分析子系统对采集的信息进行数据分析，分析数据传输至工控机，工控机对分析数据与服务器中的数据进行综合分析得出预警结果。
21.实施例2实施例2主要用于将判断的预警信息和预警方案分别传输至预警上位机显示子系统和维护单元显示子系统，从而提高了预警和维护信息的发布准确性，得出合适的预警解决方案，具体方案为，如图1-图5所示，一种基于物联网的干式变压器故障远程预警系统，包括变压器数据采集子系统、变压器数据分析子系统、维护单元数据子系统、工控机、服务器、维护单元显示子系统和预警上位机显示子系统，变压器数据采集子系统用于采集变压器运行工况和运行环境的数据，变压器数据分析子系统用于对变压器数据采集子系统采集的数据进行数据化分析，维护单元数据子系统用于对维护单元的数据进行采集储存，维护单元显示子系统用于将分析结果显示至指定的维护单元，预警上位机显示子系统用于将分析结果显示在预警上位机中，变压器数据采集子系统包括变压器运行工况数据采集模块和变压器运行环境数据采集模块，服务器用于在建立数据库，并建立数据表存储干式变压器状态参量与诊断结果、历史数据、变压器的出厂参数、预警信息，变压器数据采集子系统与变压器数据分析子系统通过物联网进行信号传输；其中，步骤一为：变压器运行工况数据采集模块用于采用各种数据采集单元对变压器运行工况数据进行采集，变压器运行工况数据采集模块中包含变压器运行工况数据采集方法，变压器运行工况数据采集方法包括设定采集工况数据监测量，确定工况采集值偏差，对工况采集值偏差进行统计，获取单个第一监测量系数a1，以第一监测量系数a1作为工况数据变化系数；变压器运行环境数据采集模块用于采用各种数据采集单元对变压器运行环境数据进行采集，变压器运行工况数据采集模块中包含变压器运行环境数据采集方法，变压器运行环境数据采集方法包括设定采集环境数据监测量，确定环境采集值偏差，对环境采集
c40) a51(c51-c50)/(c5n-c50) a61(c61-c60)/(c6n-c60),其中，对于公式(cnn-cn0)表示模拟电流量、电压量、开关量输入、开关量输出、三相电压电流量和电能质量指标安全范围内的极值差，对于（cn1-cn0)表示模拟电流量、电压量、开关量输入、开关量输出、三相电压电流量和电能质量指标的测量值与安全范围的差量值，同时其中，a11表示模拟电流量的第一监测量系数，a21表示电压量的第一监测量系数，a31表示开关量输入的第一监测量系数，a41表示开关量输出的第一监测量系数，a51表示三相电压电流量的第一监测量系数，a61表示电能质量的第一监测量系数；其中，环境分析报警公式的具体表示为：环境分析报警系数，其中，对于在环境分析报警公式引入常数代表外部环境中的不可控因素干扰，同时其中a12表示环境湿度的第二监测量系数，a22表示入线接口的第二监测量系数，a32表示出线接口的第二监测量系数，a42表示环境温度的第二监测量系数；其中，变压器数据分析子系统用于计算整体报警系数xn3=a1*xn1 a2*xn2，其中a1代表工况报警系数，a2代表环境报警系数，当整体报警系数大于等于报警阈值时，工控机输出报警信号传输至维护单元显示子系统和预警上位机显示子系统；步骤六为：维护单元显示子系统包括维护数据传输模块、维护人员信息数据储存模块和维护工具信息数据储存模块，维护数据传输模块用于维护信息数据的互相传输，维护人员信息数据储存模块用于对维护人员信息数据进行统一储存管理，维护工具信息数据储存模块用于对维护工具信息数据进行统一储存管理，维护人员信息数据储存模块中包含维护人员信息数据采集方法，维护人员信息数据采集方法包括采集维护人员的动态信息，对动态信息进行归一化处理，统计得出维护人员的维护系数b1，维护工具信息数据储存模块中包含维护工具信息数据采集方法，维护工具信息数据采集方法包括采集维护工具的静态信息，对静态信息进行归一化处理，统计得出维护工具的维护系数b2；其中，工控机还包括综合判断策略，综合判断策略中包含对维护人员的维护系数b1和维护工具的维护系数b2进行归一化计算，并与整体报警系数xn3进行对比，得出最接近xn3的维护人员的维护系数b1和维护工具的维护系数b2的组合方案。
22.通过本实施例能够实现：通过变压器数据采集子系统分别采集变压器运行工况和变压器运行环境信息，变压器数据分析子系统对采集的信息进行数据分析，分析数据传输至工控机，工控机对分析数据与服务器中的数据进行综合分析得出预警结果，将判断的预警信息和预警方案分别传输至预警上位机显示子系统和维护单元显示子系统，从而提高了预警和维护信息的发布准确性，同时提高了对预警故障的解决速度，进而提高了电路运行的安全性。
23.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。