阅读说明：本技术 一种电压互感器绕组内部温度监测系统和方法 (System and method for monitoring internal temperature of voltage transformer winding ) 是由 杨志祥 冯喜军 孙勇卫 *** 曹奇 唐璐 黄天佑 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电压互感器绕组内部温度监测系统和方法。一种电压互感器绕组内部温度监测系统,包括配电控制器、电流表、电压表和瞬间负载；所述配电控制器具有配电处理器；所述电流表和电压表,装设在配电控制器的一次端,与电压互感器的绕组输出端连接,还与所述配电处理器连接；所述瞬间负载装设在配电控制器的二次端,与所述配电处理器连接,通过所述配电处理器驱动与所述二次端的通断。本发明通过配电处理器精准的控制瞬时负载在检测电压互感器的内部绕组温度时与配电控制器二次端的接通与关断,使电压互感器内部绕组的等效电阻快速计算得到,即时发现电压互感器内部绕组的温度过限危害。(The invention relates to a system and a method for monitoring the internal temperature of a voltage transformer winding. A system for monitoring the internal temperature of a voltage transformer winding comprises a power distribution controller, an ammeter, a voltmeter and an instant load; the power distribution controller is provided with a power distribution processor; the ammeter and the voltmeter are arranged at the primary end of the power distribution controller, connected with the winding output end of the voltage transformer and also connected with the power distribution processor; the instant load is arranged at the secondary end of the power distribution controller, is connected with the power distribution processor, and is driven by the power distribution processor to be switched on or off at the secondary end. According to the invention, the switching-on and switching-off of the instantaneous load and the secondary end of the distribution controller are accurately controlled by the distribution processor when the temperature of the internal winding of the voltage transformer is detected, so that the equivalent resistance of the internal winding of the voltage transformer is rapidly calculated, and the over-limit damage of the temperature of the internal winding of the voltage transformer is immediately discovered.)

一种电压互感器绕组内部温度监测系统和方法

技术领域

本发明涉及变压器监测领域，尤其涉及一种电压互感器绕组内部温度监测系统和方法。

背景技术

配电网智能开关作为10kV架空线路重要的线路负荷管控设备，具备线路短路和接地故障的自动定位和切除功能，典型应用于线路首端、分段点、大分支线首端、主干线路末端和用户线路T接处，将故障停电范围和停电时间限制在最小程度，有效提高配电网的供电可靠性。

主要由以下组件构成：共箱式真空开关、配电控制器、电压互感器和控制电缆，图下图。控制电缆分两种，电源电缆和开关测控电缆；电源电缆用于电压互感器和配电控制器的电气连接，开关计测电缆用于真空断路器和馈线终端的电气连接。

其中电压互感器(简称PT)主要实现配电架空线路电压监测、提供供电电源给配电控制器。在2006年前后，有人设计了一种将电压互感器内置于真空开关的设计方案，由于其安装方便(省去了另外电压互感器的工序和配套支架等)，在北京、山东等配电自动化建设较早的省市电力公司大量使用，经某公司统计，单其公司在山东省电力公司应用不少于2万台。随着不断运行，内置电压互感器的一些问题逐渐展露出来。

常规开关内部集成了电流互感器(用于测量监测线路电流)、真空灭弧室(用于开断正常供电负荷电流和故障时切除故障电流)及操作机构等其他配件；

从现有故障产品的解剖情况看，故障来源都指向内置PT。项目组在故障重现试验中发现，内置PT所体现的故障特征与PT因匝间短路或者层间短路所造成的特征基本相同。试验同时还发现，即使是层间短路，PT也能继续运行3～7个小时以上。在此过程中，其最明显的故障特征是线圈温度升高，内阻变大。

由于内置PT安装在高压环境中，现有测温传感器都存在各种弊端：例如无线温度传感器需要内置电池，其受电池寿命的影响需定期停电更换电池；无线无源温度传感器和光纤传感器由于成本的原因，很难在配网领域大规模应用。不仅如此，他们都还有一个最大的问题：上述所有的温度传感器所能测到的温度都是表面温度。PT绕组内部温度通过厚厚的环氧树脂绝缘层传递到表面，不仅传递速度慢，并且存在的温差也很大。所以常规的温度传感器是很难准确测量出PT绕组的内部温度。

专利号为ZL201510429451.1的专利文献公开了一种电压互感器温度在线监测装置，其特征在于包括用于变换电压等级的变压器，用于采集变压器原边电流的电流采集模块，用于采集变压器原边电压的电压采集模块，瞬时负载以及计算电压互感器侧等效内阻变化量、控制瞬时负载投入和控制该区间一次设备分合闸的控制单元；通过控制单元控制瞬时负载定时投入，并同时采集变压器原边电流和变压器原边电压，依据电流电压的变化量计算出电压互感器侧的等效内阻变化量，再根据导线材料的温度系数推导出电压互感器内部绕组的温升值。

但是通过导线材料的温度系数推导出的温升值一般情况下都存在误差，因而现有的电压互感器内部温度监测存在不足，还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电压互感器绕组内部温度监测系统和方法，能够快速识别电压互感器内部温度是否过限。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种电压互感器绕组内部温度监测系统，包括配电控制器、电流表、电压表和瞬间负载；所述配电控制器具有配电处理器；

所述电流表和电压表，装设在配电控制器的一次端，与电压互感器的绕组输出端连接，还与所述配电处理器连接；所述瞬间负载装设在配电控制器的二次端，与所述配电处理器连接，通过所述配电处理器驱动与所述二次端的通断。

优选的所述的电压互感器绕组内部温度监测系统，所述瞬间负载包括控制组件和负载组件；所述负载组件架设在所述配电控制器的二次端；

所述控制组件包括继电器、限流器；所述继电器具有常开开关，同时一端与限流器连接，另一端接地；所述限流器与所述配电处理器连接；

所述负载组件具有保护电阻；所述保护电阻一端通过所述常开开关与所述配电控制器的二次端的一端点连接。

优选的所述的电压互感器绕组内部温度监测系统，所述保护电阻包括并联的第一保护电阻和第二保护电阻。

优选的所述的电压互感器绕组内部温度监测系统，所述第一保护电阻为熔断管；所述第二保护电阻为热敏电阻。

优选的所述的电压互感器绕组内部温度监测系统，还包括告警装置，与所述配电处理器连接，用于根据所述配电处理器的信号对外发送告警信息。

一种适用于所述的电压互感器绕组内部温度监测系统的电压互感器绕组内部温度监测方法，包括步骤：

S1、所述配电处理器按照预定策略驱动所述瞬间负载与所述配电控制器的二次端的通断；所述电流表检测所述电压互感器绕组输出端的电流检测数据；所述电压表检测所述电压互感器绕组输出端的电压检测数据；

S2、所述配电处理器接收所述电流检测数据和所述电压检测数据，并根据等效电阻算法计算得到所述电压互感器绕组的等效电阻值；

S3、所述配电处理器判定所述等效电阻是否超过告警阈值，若是，则对外发出告警信息；若否，则执行步骤S1。

优选的所述的电压互感器绕组内部温度监测方法，步骤S2中，所述等效电阻算法为：

其中，R_i为等效电阻值；U_n为所述瞬时负载接通前电压表检测数据；U_s为所述瞬时负载接通时电压表检测数据，即所述电压检测数据；I_s为所述瞬时负载接通时电流表检测数据，即所述电流检测数据。

优选的所述的电压互感器绕组内部温度监测方法，在步骤S3中，所述等效电阻的计算为配电处理器多次计算所述等效电阻值，然后求取多个所述等效电阻值的平均数作为最终的所述等效电阻值。

优选的所述的电压互感器绕组内部温度监测方法，步骤S1中，所述预定策略为：所述瞬间负载瞬时短接持续时间为100-300ms，两次监测时间间隔1-5h。

优选的所述电压互感器绕组内部温度监测方法，在所述步骤S1之前，还包括：

S0、所述配电控制器第一次上电，执行步骤S1-S2，得到电压互感器绕组的等效电阻值作为采样计算初始值。

相较于现有技术，本发明提供的一种电压互感器绕组内部温度监测系统和方法，本发明通过配电处理器精准的控制瞬时负载在检测电压互感器的内部绕组温度时与配电控制器二次端的接通与关断，使电压互感器内部绕组的等效电阻快速计算得到，即时发现电压互感器内部绕组的温度过限危害。

附图说明

图1是本发明提供的内部温度监测系统的结构图；

图2是本发明提供的瞬时负载的电路图；

图3是本发明提供的内部温度监测方法的流程图；

图4是本发明提供的使用电桥测量1#和2#PT的内部阻值的数据折线图；

图5是本发明提供的使用内部温度监测方法测量1#和2#PT的内部阻值的数据折线图；

图6-8是本发明提供的瞬时负载接入的时间分别为100ms、200ms、300ms的测试数据折线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1-图3，本发明提供一种电压互感器绕组内部温度监测系统，其特征在于，包括配电控制器TRAN2、电流表A1、电压表V和瞬间负载SS；所述配电控制器TRAN2具有配电处理器(未示图)；

所述电流表A1和电压表V，装设在配电控制器TRAN2的一次端，与电压互感器的绕组输出端连接，还与所述配电处理器连接；所述瞬间负载SS装设在配电控制器TRAN2的二次端，与所述配电处理器连接，通过所述配电处理器驱动与所述二次端的通断。

具体的，所述配电处理器为配电控制器TRAN2中原有装置，不做限定；所述电流表A1和电压为本领域的常用检测装置，不做限定，二者的检测周期相同，均为10-50ms一次，优选的检测周期为20ms检测一次数据；所述瞬间负载SS能够实现短接的装置，同时能够根据所述配电处理器的指令控制通断，能够通过所述配电处理器实现精准开关所述瞬间负载SS。在配电控制器TRAN2内部变压器TRAN2(变比220:35)一次端增加电流表A1和电压表V测量回路；二次端设置瞬时负载调节回路，瞬时负载的阻抗与电压互感器内阻在同一个数量级(一般是几个Ω级)。配电控制器TRAN2的所述配电处理器控制瞬时负载定时投入，并同时检测出变压器(TRANS2)原边回路电流和电压的变化量，依据这些参数的变化量计算出PT侧的等效内阻变化量，根据所述等效内阻变化量就可以提前判断电压互感器内部绕组内部温度的风险状态，进而做出告警。

相应的，本发明还提供一种电压互感器绕组内部温度监测方法，包括步骤：

S1、所述配电处理器按照预定策略驱动所述瞬间负载SS与所述配电控制器TRAN2的二次端的通断；所述电流表A1检测所述电压互感器绕组输出端的电流检测数据；所述电压表V检测所述电压互感器绕组输出端的电压检测数据；

S2、所述配电处理器接收所述电流检测数据和所述电压检测数据，并根据等效电阻算法计算得到所述电压互感器绕组的等效电阻值；

S3、所述配电处理器判定所述等效电阻是否超过告警阈值，若是，则对外发出告警信息；若否，则执行步骤S1。

优选的，在步骤S3中，所述配电处理器可以根据所述等效电阻，在电压互感器内部绕组材质(例如铜)的电阻率温度系数，计算得到此时电压互感器内部的温度，进而对外显示，显示的方式可以为模糊显示(例如，显示不同的颜色指示温度)，也可以精确显示(显示不同的数据指示温度)。

作为优选方案，本实施例中，所述瞬间负载SS包括控制组件和负载组件；所述负载组件架设在所述配电控制器TRAN2的二次端；

所述控制组件包括继电器FZ、限流器D2；所述继电器FZ具有常开开关，同时一端与限流器D2连接，另一端接地；所述限流器D2与所述配电处理器连接；

所述负载组件具有保护电阻R1/R2；所述保护电阻R1/R2一端通过所述常开开关与所述配电控制器TRAN2的二次端的一端点连接。

优选的所述的电压互感器绕组内部温度监测系统，所述保护电阻包括并联的第一保护电阻R1和第二保护电阻R2。

作为优选方案，本实施例中，所述第一保护电阻为熔断管；所述第二保护电阻为热敏电阻。

具体的，图2中，没有直接显示所述配电控制器TRAN2的二次端和所述配电处理器的接线示图，而是使用负载接线端子X1和控制接线端子X2作为中间连接装置；所述控制组件受所述配电处理器直接控制，在所述配电处理器输出一定的高电平后(例如24V电压)的控制信号DO05，即可激活所述控制组件，经过所述限流器D2后，所述继电器FZ得电，然后所述继电器FZ上的常开开关3-4/5-6闭合；同时，为了使所述控制组件形成回路，所述继电器FZ接地，本实施例中，接地的实现使通过连接端点24VGND接地；进而控制所述负载组件与所述配电控制器TRAN2二次端的通路；维持所述负载组件通路的时间可设置0～1000ms。本实施例中，所述负载组件中的连接端点AC35VL与所述配电控制器TRAN2的二次端中的相线连接，连接端点AC35VN与二次端中的零线连接；所述控制组件中所述继电器FZ上具有两个常开开关3-4/5-6，在所述继电器FZ上电后，所述常开开关就会闭合，最终实现所述配电控制器TRAN2二次端短接，实现与所述电压互感器内部绕组的等效电阻。相应的所述瞬时负载工作原理为：请一并参阅图2，其中DO05是所述配电处理器控制继电器FZ动作的控制信号(开出)，所述继电器FZ(优选型号为G2R-1A-E-24VDC)作用是接受所述配电处理器的触发信号，使配电控制器TRAN2二次端(图2中分别为AC35VL和AC35VN)按照DO05脉冲时间模拟瞬时负载的投入/切断。其中保护电阻R1/R2是为了防止继电器FZ的常开开关粘合设置，分别与所述继电器FZ的两个常开开关其中，保护电阻R1为熔断管，保护电阻R2为PTC热敏电阻。

作为优选方案，本实施例中，还包括告警装置(未示图)，与所述配电处理器连接，用于根据所述配电处理器的信号对外发送告警信息。应当说明的是，此处所述告警装置的告警方式包括声音、LED灯或屏显示；若是使用LED灯显示，则可以使用多个LED灯显示不同的温度级别，也可使用不同颜色的灯显示不同的温度级别；若是LED屏显示，则可以直接显示内部的温度数值，以及危险级别(可以定位高中低)。

作为优选方案，本实施例中，步骤S2中，所述等效电阻算法为：

其中，R_i为等效电阻值；U_n为所述瞬时负载接通前电压表V检测数据；U_s为所述瞬时负载接通时电压表V检测数据，即所述电压检测数据；I_s为所述瞬时负载接通时电流表A1检测数据，即所述电流检测数据。

作为优选方案，本实施例中，在步骤S3中，所述等效电阻的计算为配电处理器多次计算所述等效电阻值，然后求取多个所述等效电阻值的平均数作为最终的所述等效电阻值。此处应当说明的是，在所述瞬时负载接通的情况下，在持续接通的时间内，检测若干次电流数据和电压数据，进而进行多次运算，得到多个所述等效电阻值，求得平均值，防止误判的情况发生。

作为优选方案，本实施例中，步骤S1中，所述预定策略为：所述瞬间负载SS瞬时短接持续时间为100-300ms，两次监测时间间隔1-5h。优选的，所述短接持续时间为100ms，两次监测时间间隔为5h。优选的，在步骤S3中，对外发出告警信息后，需要执行步骤S1，但是相应的所述预定策略需要改变，其中，将两次监测时间间隔修改为10-30min，这样可以保证对于电压互感器的内部绕组的等效电阻值能够实时把握。

请一并参阅图6-8，瞬时负载接入的时间分别为100mS、200ms、300ms，间隔时间为10分钟，测试4个多小时，可以明确知道，瞬时负载的接入对PT本身的温升影响很小，并且测试结果横向偏差大约为±0.6Ω左右，满足测试精度要求。考虑到提高效率的情况，最终优选方式是100ms。

作为优选方案，本实施例中，在所述步骤S1之前，还包括：

S0、所述配电控制器TRAN2第一次上电，执行步骤S1-S2，得到电压互感器绕组的等效电阻值作为采样计算初始值。一般情况下，所述采样计算初始值近似于0，在设备初始阶段，设定为0，在第一次低压控制器工作，就会进行一次所述采样计算初始值，用于对设备自身装置进行一次评估。

使用电桥实测电压互感器内阻结果和本发明提供的内部温度监测方法的测试结果进行比较，请一并参阅图4-5，其中，将两只PT(Potential Transformer，电压互感器)恒温110℃，恒温5小时后，两只PT冷却过程电桥实测阻值变化(半个小时测一次)如图4；两只PT冷却过程使用本发明提供的内部温度监测方法测试到的阻值变化(半个小时测一次)如图5；由此可以看出本发明提供的电压互感器内部温度监测方法得到结果与电桥实测的结果相似，能够实现电压互感器内部绕组的精准测量。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。