專(zhuān)利名稱(chēng)：基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及輸變電設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力設(shè)備容量和電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，為了降低電力設(shè)備故障引發(fā)的巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，提高電能質(zhì)量，保證電力設(shè)備和系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行，基于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的狀態(tài)維修策略將成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。變壓器的穩(wěn)定性和可靠性極大影響著整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。目前，常用于檢測(cè)變壓器故障的有FRA法以及短路阻抗法等方法。這些方法均是建立在變壓器繞組的電氣模型基礎(chǔ)上，在變壓器繞組發(fā)生顯著變形或鐵芯明顯松動(dòng)時(shí)可進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，但在檢測(cè)變壓器繞組變形、墊塊掉落扭曲或輕微變形等繞組缺陷時(shí)靈敏度不高。為了解決現(xiàn)有基于電氣模型的故障檢測(cè)方法的不足，部分研究者提出了基于振動(dòng)信號(hào)分析的電力變壓器繞組變形故障檢測(cè)方法，該方法基本原理如下電力變壓器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，硅鋼片的磁致伸縮引起了鐵心振動(dòng)，繞組在負(fù)載電流的電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生振動(dòng)，繞組及鐵心的振動(dòng)通過(guò)變壓器器身和油傳遞到變壓器的油箱，引起油箱的振動(dòng)，變壓器油箱表面的振動(dòng)與變壓器繞組及鐵心的壓緊狀況、位移及變形狀態(tài)密切相關(guān)，通過(guò)對(duì)變壓器振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，來(lái)判斷是否存在繞組變形、鐵芯松動(dòng)等故障。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)。具體而言，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題。基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，包括固定于所述電力變壓器表面的至少一個(gè)振動(dòng)傳感器，以及與所述振動(dòng)傳感器依次連接的第一信號(hào)采集模塊、計(jì)算處理模塊、顯示輸出模塊；第一信號(hào)采集模塊采集振動(dòng)傳感器輸出的振動(dòng)信號(hào)；計(jì)算處理模塊對(duì)第一信號(hào)采集模塊所采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，檢測(cè)是否存在繞組變形故障，并通過(guò)顯示輸出模塊輸出檢測(cè)結(jié)果。為了進(jìn)一步提高檢測(cè)精度，作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述振動(dòng)傳感器為多個(gè)，分別對(duì)多個(gè)振動(dòng)傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并提取特征，只要任意一個(gè)振動(dòng)傳感器所采集振動(dòng)信號(hào)的特征滿(mǎn)足所述條件，即判定該電力變壓器出現(xiàn)繞組變形故障。優(yōu)選地，所述振動(dòng)傳感器固定于所述電力變壓器油箱頂部表面，位于變壓器繞組的正上方，最好采用三個(gè)振動(dòng)傳感器，分別位于電力變壓器各相高壓繞組與低壓繞組之間中間位置的正上方，這樣，其檢測(cè)靈敏度更高。進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括用于采集電力變壓器輸出電流信號(hào)的電流傳感器，以及與電流傳感器連接的第二信號(hào)采集模塊，第二信號(hào)采集模塊的輸出端與所述計(jì)算處理模塊連接。[0010]進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括用于監(jiān)測(cè)電力變壓器溫度的數(shù)字溫度傳感器，數(shù)字溫度傳感器的輸出端與所述計(jì)算處理模塊連接。[0011]進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括與所述計(jì)算處理模塊連接的通信模塊，優(yōu)選無(wú)線(xiàn)通信模塊。[0012]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果[0013]一、本實(shí)用新型不需要與變壓器進(jìn)行任何電氣連接，可實(shí)現(xiàn)變壓器故障的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)；[0014]二、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)于繞組變形、鐵芯松動(dòng)等故障的檢測(cè)準(zhǔn)確率高。


[0015]圖I為本實(shí)用新型的基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；[0016]圖2為具體實(shí)施方式
中三個(gè)振動(dòng)傳感器的安裝位置示意圖；[0017]圖3為具體實(shí)施方式
中本實(shí)用新型進(jìn)行繞組變形故障檢測(cè)的流程示意圖；[0018]圖4 (a)和圖4 (b)分別為實(shí)驗(yàn)一中變壓器在設(shè)置繞組變形故障前、后通過(guò)設(shè)置在位置I的振動(dòng)傳感器所檢測(cè)到的振動(dòng)頻譜；[0019]圖5 (a)和圖5 (b)分別為實(shí)驗(yàn)二中變壓器在設(shè)置繞組變形故障前、后通過(guò)設(shè)置在位置I的振動(dòng)傳感器所檢測(cè)到的振動(dòng)頻譜。
具體實(shí)施方式
[0020]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明[0021]本實(shí)用新型的基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，包括固定于所述電力變壓器表面的至少一個(gè)振動(dòng)傳感器，以及與所述振動(dòng)傳感器依次連接的第一信號(hào)采集模塊、計(jì)算處理模塊、顯示輸出模塊；第一信號(hào)采集模塊采集振動(dòng)傳感器輸出的振動(dòng)信號(hào)；計(jì)算處理模塊對(duì)第一信號(hào)采集模塊所采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，檢測(cè)是否存在繞組變形故障，并通過(guò)顯示輸出模塊輸出檢測(cè)結(jié)果。振動(dòng)傳感器所接收的電力變壓器的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)第一信號(hào)采集模塊傳輸至計(jì)算處理模塊，計(jì)算處理模塊對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，然后從振動(dòng)信號(hào)頻譜中提取故障特征，并根據(jù)提取的故障特征判斷是否存在故障，最后通過(guò)顯示輸出模塊將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行可視化輸出。故障特征提取可采用現(xiàn)有的各種算法，例如對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波分解，然后根據(jù)小波分解后的頻幅曲線(xiàn)中是否出現(xiàn)不同于正常情況下的高頻分量，來(lái)判斷是否存在故障；或者，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的傅里葉頻譜中各頻率分量與正常情況下的區(qū)別來(lái)進(jìn)行判斷。[0022]本實(shí)用新型可使用多個(gè)振動(dòng)傳感器來(lái)提高檢測(cè)精度分別對(duì)多個(gè)振動(dòng)傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并提取特征，只要任意一個(gè)振動(dòng)傳感器所采集振動(dòng)信號(hào)的特征滿(mǎn)足條件，即判定該電力變壓器出現(xiàn)繞組變形故障。[0023]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)傳感器的安裝位置對(duì)故障特征的顯著性有所影響，當(dāng)振動(dòng)傳感器固定于所述電力變壓器油箱頂部表面，位于變壓器繞組的正上方時(shí)，故障特征比較顯著；而當(dāng)振動(dòng)傳感器位于電力變壓器故障相高壓繞組與低壓繞組之間中間位置的正上方時(shí)，故障特征最顯著。因此本實(shí)用新型優(yōu)選采用三個(gè)振動(dòng)傳感器，其安裝位置如圖2所示， 圖中1、2、3分別為三個(gè)振動(dòng)傳感器的安裝位置，A、B、C分別為變壓器三相高壓端繞組位置，a、b、c、0分別變壓器三相低壓端繞組及零線(xiàn)位置，1、2、3分別位于A和a、B和b、C和c的中點(diǎn)位置。[0024]由于振動(dòng)信號(hào)通常與電力變壓器的工作電流相關(guān)，為了保證檢測(cè)精度，本實(shí)用新型還包括用于采集電力變壓器輸出電流信號(hào)的電流傳感器，以及與電流傳感器連接的第二信號(hào)采集模塊，第二信號(hào)采集模塊的輸出端與所述計(jì)算處理模塊連接。計(jì)算處理模塊根據(jù)電流傳感器所采集到的變壓器輸出電流對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行修正。[0025]本實(shí)用新型還可以集成溫度檢測(cè)功能，通過(guò)數(shù)字溫度傳感器采集電力變壓器的溫度，計(jì)算處理模塊根據(jù)數(shù)字溫度傳感器采集溫度判斷是否存在變壓器過(guò)熱的故障。[0026]本實(shí)用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括[0027]振動(dòng)傳感器，用于采集電力變壓器油箱表面的振動(dòng)信號(hào)；[0028]電流傳感器，用于測(cè)量反映變壓器負(fù)荷的電流信號(hào)；[0029]信號(hào)調(diào)理電路I，其作用為為振動(dòng)加速度信號(hào)提供電源；放大幅值較低的振動(dòng)信號(hào)，從而提高振動(dòng)信號(hào)測(cè)量的靈敏度；[0030]信號(hào)調(diào)理電路Π，其作用為對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行大小變換、濾波、保護(hù)等；[0031]數(shù)字溫度傳感器，用于測(cè)量變壓器頂部振動(dòng)傳感器附近油箱表面的溫度；[0032]A/D轉(zhuǎn)換電路，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；[0033]ARM處理器，用于實(shí)現(xiàn)模擬量采集、數(shù)字量輸入/出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信號(hào)處理與分析、 GPRS通信等功能；[0034]存儲(chǔ)模塊(SD卡)，用于將采集到的數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保存，以便需要的時(shí)候進(jìn)行數(shù)據(jù)，支持熱插拔功能；[0035]GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊，用于將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)發(fā)送給客戶(hù)；[0036]顯示模塊，用于故障診斷結(jié)果的可視化輸出。[0037]本實(shí)用新型采用三個(gè)型號(hào)為CA-YD-103的振動(dòng)傳感器，其主要性能參數(shù)如表I所示，[0038]表I
權(quán)利要求1.一種基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括固定于所述電力變壓器表面的至少一個(gè)振動(dòng)傳感器，以及與所述振動(dòng)傳感器依次連接的第一信號(hào)采集模塊、計(jì)算處理模塊、顯示輸出模塊；第一信號(hào)采集模塊采集振動(dòng)傳感器輸出的振動(dòng)信號(hào)；計(jì)算處理模塊對(duì)第一信號(hào)采集模塊所采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，檢測(cè)是否存在繞組變形故障，并通過(guò)顯示輸出模塊輸出檢測(cè)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求I所述基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述振動(dòng)傳感器為3個(gè)，固定于所述電力變壓器油箱頂部表面，分別位于電力變壓器各相高壓繞組與低壓繞組之間中間位置的正上方。
3.如權(quán)利要求I或2所述基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述振動(dòng)傳感器粘接或者通過(guò)磁鐵吸附于電力變壓器表面。
4.如權(quán)利要求I所述基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括用于采集電力變壓器輸出電流信號(hào)的電流傳感器，以及與電流傳感器連接的第二信號(hào)采集模塊，第二信號(hào)采集模塊的輸出端與所述計(jì)算處理模塊連接。
5.如權(quán)利要求I所述基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括用于監(jiān)測(cè)電力變壓器溫度的數(shù)字溫度傳感器，數(shù)字溫度傳感器的輸出端與所述計(jì)算處理模塊連接。
6.如權(quán)利要求I所述基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括與所述計(jì)算處理模塊連接的通信模塊。
7.如權(quán)利要求6所述基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述通信模塊為無(wú)線(xiàn)通信模塊。
8.如權(quán)利要求7所述基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)線(xiàn)通信模塊為GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于振動(dòng)的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型包括固定于所述電力變壓器表面的至少一個(gè)振動(dòng)傳感器，以及與所述振動(dòng)傳感器依次連接的第一信號(hào)采集模塊、計(jì)算處理模塊、顯示輸出模塊；第一信號(hào)采集模塊采集振動(dòng)傳感器輸出的振動(dòng)信號(hào)；計(jì)算處理模塊對(duì)第一信號(hào)采集模塊所采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，檢測(cè)是否存在繞組變形故障，并通過(guò)顯示輸出模塊輸出檢測(cè)結(jié)果。相比現(xiàn)有基于電氣模型的電力變壓器故障檢測(cè)系統(tǒng)，本實(shí)用新型可對(duì)繞組變形、鐵芯松動(dòng)等故障進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，且不需要與變壓器進(jìn)行電氣連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01R31/00GK202735425SQ20122027663
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者陳楷, 王春寧, 馬宏忠, 耿志慧, 李凱, 李勇, 趙宏飛, 陳靜民 申請(qǐng)人:江蘇省電力公司南京供電公司, 河海大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司