專利名稱：一種變壓器繞組振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)及故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及故障診斷方法，主要是通過在線監(jiān)測(cè)變壓器的振動(dòng)，再做必要診斷的方法。
背景技術(shù)：
變壓器電力系統(tǒng)中非常重要的設(shè)備，它的可靠運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。隨著負(fù)載容量的大量增加，變壓器出口短路形成的沖擊力對(duì)繞組造成很大危害，會(huì)導(dǎo)致繞組變形，雖然，繞組受到?jīng)_擊后還能運(yùn)行一段時(shí)間，可是由于繞組的形變有累積效應(yīng)， 當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)導(dǎo)致繞組絕緣損壞，破壞繞組的機(jī)械穩(wěn)定性，給變壓器的運(yùn)行造成潛在隱患。電流經(jīng)過變壓器繞組后，會(huì)在繞組所在的空間及其所包絡(luò)的空間的介質(zhì)中建立起漏磁場(chǎng)；處于這個(gè)磁場(chǎng)中的繞組本身又受到力的作用，這個(gè)力稱為“洛倫茲力，，或者稱為電動(dòng)力。電動(dòng)力在變壓器繞組材料中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。變壓器繞組是以繞組墊塊隔開的銅線段所構(gòu)成的，因?yàn)榻^緣墊塊的彈性與壓緊程度有關(guān)，即與作用力有關(guān)。電動(dòng)力本身也不是恒定不變的，而是按照規(guī)律變化的。繞組具有幾個(gè)固有振蕩頻率，如果電動(dòng)力的一個(gè)頻率與固有振蕩頻率相重合，便產(chǎn)生共振。近年來，統(tǒng)計(jì)表明變壓器的繞組故障是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。因此，對(duì)變壓器繞組的檢測(cè)是非常必要的。目前，已有的檢測(cè)變壓器繞組振動(dòng)的方法有阻抗法和頻響法。阻抗法的實(shí)質(zhì)是通過測(cè)量變壓器繞組短路阻抗來表征漏抗的變化，可以得到繞組匝間開路和短路，繞組的變形、移位等缺陷。阻抗法能夠檢測(cè)出嚴(yán)重的繞組變形，但是靈敏度很低。頻響法比阻抗法的靈敏度要高很多，但是這些方法都是在離線狀態(tài)下檢測(cè)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種用于電壓器繞組振動(dòng)在線檢測(cè)及故障診斷的方法，可以實(shí)時(shí)、 長(zhǎng)期的對(duì)變壓器的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提供預(yù)警，同時(shí)對(duì)繞組的故障進(jìn)行分析判斷。這樣保證變壓器能穩(wěn)定安全的工作。本發(fā)明利用檢測(cè)振動(dòng)來判斷變壓器繞組的運(yùn)行狀態(tài)，選用以下設(shè)備壓電式加速度傳感器，用來檢測(cè)變壓器外殼的振動(dòng)，以此來分析診斷變壓器繞組的工作狀態(tài)或機(jī)械故障。電荷放大器，和上述的加速度傳感器之間以電纜相連接，用于對(duì)加速度傳感器的測(cè)得信號(hào)做放大、濾波，輸出電壓信號(hào)。采集模塊，和上述的電荷放大器相連接，用于信號(hào)的采集、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、報(bào)警、數(shù)據(jù)傳輸、處理和保存。分析診斷終端，和所述的信號(hào)采集模塊之間通過以太網(wǎng)和SCI串行通訊接口相連接，實(shí)現(xiàn)雙向?qū)崟r(shí)通訊，對(duì)信號(hào)采集得到的數(shù)據(jù)做波形、頻譜分析，以此對(duì)變壓器繞組的工作狀態(tài)做分析和診斷。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在線監(jiān)測(cè)變壓器繞組的振動(dòng)，其特征是通過安裝在變壓器上的多個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器同時(shí)進(jìn)行采樣；把采樣信號(hào)送給信號(hào)處理電路，在信號(hào)處理電路中完成對(duì)信號(hào)的濾波、放大、轉(zhuǎn)換；然后，轉(zhuǎn)換的信號(hào)在采集模塊中實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)傳輸，處理并保存；當(dāng)采集到的信號(hào)打包送到后臺(tái)分析診斷端口，分析診斷終端利用分析軟件對(duì)送來的信息進(jìn)行分析，建立監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)庫和特征數(shù)據(jù)庫，來分析診斷變壓器繞組的工作狀態(tài)或者故障類型和嚴(yán)重的程度。所述的監(jiān)測(cè)傳感器是壓電式加速度傳感器，壓電式加速度傳感器是基于“壓電效應(yīng)”工作原理；所謂“壓電效應(yīng)”就是“對(duì)于不存在對(duì)稱中心的異極晶體，加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變，還改變晶體的極化狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場(chǎng)，這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象，壓電加速度傳感器的內(nèi)部由于加速度作用而產(chǎn)生形變，然后產(chǎn)生電壓”，即將加速度轉(zhuǎn)變成電壓輸出；所述的變壓器表面的振動(dòng)是變壓器表面振動(dòng)加速度。所述的信號(hào)處理電路是電荷放大器，電荷放大器的電荷變換極把電荷變換成與它之正比的電壓。所述的采集模塊是TMS320F2812自帶的12位ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。所述的分析診斷終端，通過SCI串聯(lián)通訊接口對(duì)采樣電路的頻率、電荷放大器的靈敏度等參量進(jìn)行設(shè)置；通過以太網(wǎng)從采集電路模塊獲得數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示、分析；所述的分析主要是對(duì)波形進(jìn)行分解和特征值的提取，如最大值、最小值、平均值和對(duì)應(yīng)的頻譜，然后，用計(jì)算得到的變壓器振動(dòng)峰峰值和預(yù)先設(shè)定的變壓器峰峰報(bào)警閥值進(jìn)行比較，如果大于報(bào)警閥值，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保存報(bào)警時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警前后10次采樣的靜態(tài)數(shù)據(jù)，通過對(duì)報(bào)警時(shí)刻的波形和頻譜分析得到的特征值進(jìn)行比對(duì)，診斷變壓器出現(xiàn)故障的種類和原因。所述的監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)庫可對(duì)所述的處理電路和采集模塊的監(jiān)測(cè)參量、采集方式等進(jìn)行設(shè)置。所述的特征數(shù)據(jù)庫，用于保存實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的變壓器油箱表面振動(dòng)的峰峰報(bào)警閥值和特定變壓器的特定參數(shù)。


圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2本發(fā)明的故障分析和診斷流程示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成包括檢測(cè)傳感器、信號(hào)處理電路、采集模塊和分析診斷終端；監(jiān)測(cè)傳感器是壓電式振動(dòng)傳感器，選用6個(gè)壓電式傳感器，通過磁力座貼在變壓器的不同位置，檢測(cè)變壓器的振動(dòng)狀態(tài)，所述的檢測(cè)變量是變壓器表面的振動(dòng)加速度。 通過電纜把加速度傳感器的檢測(cè)量傳給電荷放大器，電荷放大器把壓電傳感器輸出的電壓信號(hào)做放大、濾波處理，得到另一組電壓信號(hào)；所述的電荷放大器，需要用USB和控制計(jì)算機(jī)相連，通過計(jì)算機(jī)對(duì)靈敏度和濾波常數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 采集模塊采集電壓信號(hào)，利用TMS320F2812的12位ADC模塊；在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)(一般為1到3天，根據(jù)當(dāng)?shù)刎?fù)荷變化情況確定)，根據(jù)設(shè)定的采樣間隔、采樣頻率(采樣間隔不小于3分鐘即可；采樣頻率一般為2. 5KHz-5KHz ；由于變壓器振動(dòng)頻率一般在50-1000HZ內(nèi)，根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少要達(dá)到該采樣頻率的2倍以上約為2. 5KHz,由于采樣設(shè)備頻率限制，最高可達(dá)到6KHz)；根據(jù)采樣數(shù)據(jù)確定信號(hào)變化最大的振動(dòng)傳感器的位置作為振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)；采集模塊和分析診斷終端之間采用實(shí)時(shí)雙向通信模塊，通過以太網(wǎng)和 SCI串行通訊接口聯(lián)接。即采用以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊，采用SCI串行通訊接口用于現(xiàn)場(chǎng)通訊，包括采樣頻率設(shè)置等；AD模塊對(duì)監(jiān)測(cè)參量實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，采集方式采用同步采樣；計(jì)算機(jī)控制AD以20秒為間隔進(jìn)行連續(xù)采集。 參照?qǐng)D1、圖2，在分析診斷終端中建立監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)庫和和特征數(shù)據(jù)庫；在監(jiān)測(cè)傳感器、信號(hào)處理、采集模塊各環(huán)節(jié)，記錄同步波形數(shù)據(jù)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，包含變壓器表面振動(dòng)的峰峰值、有效值、1 6次諧波值；監(jiān)測(cè)參量的靜態(tài)數(shù)據(jù)以20分鐘和2小時(shí)為間隔，記錄最大值、最小值和平均值；在分析診斷終端，用計(jì)算得到的變壓器表面振動(dòng)的峰峰值和設(shè)定的變壓器振動(dòng)信號(hào)的峰峰報(bào)警閥值進(jìn)行比較，如果超過報(bào)警閥值，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保存報(bào)警時(shí)刻的波形信號(hào)和報(bào)警前后10次采樣得到的靜態(tài)數(shù)據(jù)，分析診斷終端帶有特征數(shù)據(jù)庫，用分解的到的波形和頻譜與特征數(shù)據(jù)庫的波譜進(jìn)行比對(duì)，判斷變壓器的工作狀態(tài)或故障種類和嚴(yán)重程度。
權(quán)利要求
1.一種變壓器繞組振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)及故障診斷方法，其特征在于所采用的技術(shù)方案包括以下內(nèi)容通過監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)變壓器檢測(cè)，經(jīng)過信號(hào)處理電路、采集模塊，最后把采集信號(hào)送分析診斷終端處理，以此作為變壓器運(yùn)行狀態(tài)或故障的判斷依據(jù)(1)通過安裝在變壓器上的監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)變壓器表面的振動(dòng)同步進(jìn)行采樣；(2)把采樣信號(hào)送信號(hào)處理電路，在信號(hào)處理電路中完成對(duì)信號(hào)的濾波、放大、轉(zhuǎn)換，輸出另一組電壓信號(hào)；(3)轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)經(jīng)采集模塊，在采集模塊中實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)傳輸，處理并保存；(4)把采集到的信號(hào)打包送到后臺(tái)分析診斷端口，分析診斷終端對(duì)這些信息進(jìn)行分析， 診斷變壓器繞組的工作狀態(tài)或者故障類型和嚴(yán)重的程度。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的變壓器繞組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于在步驟(1)中， 所述的監(jiān)測(cè)傳感器是壓電式加速度傳感器，所述的變壓器表面的振動(dòng)是變壓器表面振動(dòng)加速度。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的變壓器繞組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，在步驟( 中所述的信號(hào)處理電路是電荷放大器，電荷放大器的電荷變換極把電荷變換成與之成正比的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利2要求所述的變壓器繞組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于，所述的壓電式加速度傳感器是基于“壓電效應(yīng)”原理工作的。
5.根據(jù)權(quán)利1要求所述的變壓器的繞組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，在步驟(3)中所述的采集模塊是TMS320F2812自帶的12位ADC數(shù)據(jù)采集模塊。
6.根據(jù)權(quán)利1要求所述的變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)及診斷方法，在步驟中所述的分析診斷終端，通過SCI串聯(lián)通訊接口對(duì)采樣電路的頻率、電荷放大器的靈敏度等參量進(jìn)行設(shè)置，通過以太網(wǎng)從采集電路模塊獲得數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示、分析；所述的分析主要是對(duì)波形進(jìn)行分解和特征值的提取，如最大值、最小值、平均值和相應(yīng)的頻譜；所述的監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)庫作為對(duì)所述的處理電路和采集模塊的監(jiān)測(cè)參量、采集方式等進(jìn)行設(shè)置的依據(jù)；所述的特征數(shù)據(jù)庫，用于保存實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的變壓器油箱表面振動(dòng)的峰峰報(bào)警閥值和變壓器的特定參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利5所述的變壓器繞組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于，所述的采集模塊每20秒采集一次；采集的數(shù)據(jù)在故障診斷端的計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示，對(duì)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行以20分鐘為間隔的當(dāng)前M小時(shí)的最大值、最小值和平均值趨勢(shì)數(shù)據(jù)作分析，用計(jì)算得到的變壓器振動(dòng)峰峰值和預(yù)先設(shè)定的變壓器峰峰報(bào)警閥值進(jìn)行比較，如果大于報(bào)警閥值，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保存報(bào)警時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警前后10次采樣的靜態(tài)數(shù)據(jù)，通過對(duì)報(bào)警時(shí)刻的波形和頻譜分析得到的特征值進(jìn)行比對(duì)，診斷變壓器出現(xiàn)故障的種類和原因。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變壓器繞組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)及故障診斷的方法，該方法包括振動(dòng)監(jiān)測(cè)單元、信號(hào)處理單元、采集模塊單元和分析診斷單元。其中振動(dòng)監(jiān)測(cè)單元采用加速度傳感器來采集變壓器的振動(dòng)數(shù)據(jù)；信號(hào)處理單元采用電荷放大器，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、濾波等處理；采集單元采用TMS320F2812的ADC采集模塊；采集模塊和分析診斷端口之間通過以太網(wǎng)和SCI串行通訊接口來實(shí)時(shí)雙向通訊；在分析診斷模塊中，用變壓器振動(dòng)峰峰值與報(bào)警閥值比較，判斷是否發(fā)生報(bào)警，發(fā)生報(bào)警時(shí)，用靜態(tài)數(shù)據(jù)的波譜和特征波形、頻譜進(jìn)行比對(duì)，確定變壓器發(fā)生故障并提供預(yù)警，保證變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01R31/06GK102331547SQ20111019314
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者劉國海, 葉小松, 吳振飛, 廖志凌, 梅從立, 邢鳴 申請(qǐng)人:江蘇鎮(zhèn)安電力設(shè)備有限公司