專利名稱：電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)的故障診斷裝置，屬于智能變電站技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
引起變壓器器身的振動(dòng)原因主要有變壓器本體的振動(dòng)及冷卻系統(tǒng)裝置的振動(dòng)。冷卻裝置引起的基本振動(dòng)頻率較低，與變壓器本體振動(dòng)有明顯不同；本體振動(dòng)包括鐵芯和繞組的振動(dòng)。變壓器通電運(yùn)行后，繞組中流過(guò)電流，在鐵芯和繞組中產(chǎn)生電磁場(chǎng)；鐵芯硅鋼片材料在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁致伸縮，即原子的尺寸發(fā)生微小形變，引起鐵芯振動(dòng)。圖I中的實(shí)線描述了磁致伸縮形變與鐵芯中磁通密度的關(guān)系。為了簡(jiǎn)化將其用二次曲線代替，即圖中虛線。可以看出，磁致伸縮形變量與磁通密度大小的平方成線性關(guān)系。已知負(fù)載電壓和磁 通密度之間的關(guān)系為
f _ Φ _
A 2ηβ Α式中Φ j分別為主磁通和磁通密度;A為鐵芯的橫截面積#為負(fù)載電壓的有效值;/為負(fù)載電壓的頻率為原邊繞組的匝數(shù)。結(jié)合圖I可以得到磁致伸縮引起的鐵芯振動(dòng)大小與負(fù)載電壓平方存在正比關(guān)系，由于電壓的2倍頻為100 Hz，故磁致伸縮力的基頻為100 Hz。鐵芯由硅鋼片疊加而成，每片硅鋼片表層均有絕緣涂層，因此存在片間縫隙，產(chǎn)生漏磁，引起鐵芯和箱體的振動(dòng)。但是這種振動(dòng)比磁致伸縮引起的振動(dòng)小，可以忽略，認(rèn)為鐵芯的振動(dòng)主要取決于硅鋼片的磁致伸縮，因此鐵芯振動(dòng)頻率基頻為100Hz。由于磁致伸縮的非線性及鐵芯內(nèi)外框磁路長(zhǎng)短不同，鐵芯振動(dòng)除基頻外，還應(yīng)包含基頻整數(shù)倍的高次諧波。繞組的振動(dòng)是在漏感的影響下，繞組中的電流相互作用產(chǎn)生電動(dòng)力引起的，電動(dòng)力正比于電流的平方。空載時(shí)繞組電流為零，繞組對(duì)鐵芯振動(dòng)基本無(wú)影響，變壓器的振動(dòng)主要取決于鐵芯。根據(jù)以上分析，空載時(shí)的油箱振動(dòng)主要與鐵芯磁致伸縮有關(guān)，即與電壓有關(guān)；由變壓器產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)變壓器油和固體結(jié)構(gòu)傳遞到油箱表面，受各種因素影響，振動(dòng)信號(hào)在傳遞過(guò)程中發(fā)生衰減、相移等變化，到達(dá)油箱表面是十分復(fù)雜的信號(hào)。鐵芯松動(dòng)后，硅鋼片接縫處和疊片之間的漏磁變大，導(dǎo)致電磁吸引力變大，鐵芯振動(dòng)變大。變壓器的振動(dòng)信號(hào)屬于非平穩(wěn)信號(hào)。信號(hào)處理的方法包括傅立葉變換、小波變換、希爾伯特黃變換。傅立葉變換是最經(jīng)典的信號(hào)處理方法。它適用于平穩(wěn)信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)域頻域的轉(zhuǎn)換，在工程中的應(yīng)用十分廣泛。小波降噪原理如圖2。通過(guò)對(duì)信號(hào)的分解和重構(gòu)可濾去高頻信號(hào)，重組低頻信號(hào)，達(dá)到濾波的效果。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)當(dāng)前技術(shù)中變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷技術(shù)存在的缺陷，提出一種實(shí)現(xiàn)容易、診斷準(zhǔn)確的電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置，其特征在于包括至少三個(gè)振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)采集儀和單片機(jī)模塊，其中，所述振動(dòng)傳感器采集電力變壓器的振動(dòng)信號(hào)，然后將該振動(dòng)信號(hào)通過(guò)所述轉(zhuǎn)換接口傳送至數(shù)據(jù)采集儀，并且在所有振動(dòng)傳感器中，有三個(gè)振動(dòng)傳感器分別設(shè)置在電力變壓器油箱頂面與電力變壓器三相繞組對(duì)應(yīng)的三個(gè)位置；所述數(shù)據(jù)采集儀的輸出端通過(guò)通信接口連接單片機(jī)模塊，所述單片機(jī)模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集儀輸出的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終得出診斷結(jié)果。 作為本實(shí)用新型的一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置的進(jìn)一步優(yōu)化，所述振動(dòng)傳感器采用CA-YD-103振動(dòng)加速度傳感器。作為本實(shí)用新型的一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置的進(jìn)一步優(yōu)化，所述轉(zhuǎn)換接口采用BNC電氣轉(zhuǎn)換接口。作為本實(shí)用新型的一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置的進(jìn)一步優(yōu)化，所述數(shù)據(jù)采集儀采用的型號(hào)為NicOlet7700。本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果本實(shí)用新型利用安裝在變壓器頂面的3個(gè)振動(dòng)傳感器測(cè)量振動(dòng)信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅立葉分析，得到繞組匝間短路的故障特征量，在單片機(jī)模塊中將采集的振動(dòng)信號(hào)與故障特征量進(jìn)行對(duì)比，如果上升，則說(shuō)明發(fā)生鐵芯松動(dòng)故障。本實(shí)用新型易于實(shí)現(xiàn)，并可初步定位電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障。

圖I是本實(shí)用新型中鐵芯磁致伸縮形變隨磁通密度變化示意圖；圖2是本實(shí)用新型所應(yīng)用的小波降噪的原理圖；圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖4本實(shí)用新型的裝置中振動(dòng)傳感器的安裝位置示意圖；圖5是本實(shí)用新型單片機(jī)模塊的工作流程圖；圖6 (a)是本實(shí)用新型實(shí)施例采集到的振動(dòng)原始信號(hào)示意圖；圖6 (b)是本實(shí)用新型實(shí)施例降噪后的振動(dòng)信號(hào)示意圖；圖7 (a)是本實(shí)用新型實(shí)施例故障點(diǎn)處在故障前的頻譜示意圖；圖7 (b)是本實(shí)用新型實(shí)施例故障點(diǎn)處在故障后的頻譜示意圖；圖8 Ca)是本實(shí)用新型實(shí)施例非故障點(diǎn)之一處在故障前的頻譜示意圖；圖8 (b)是本實(shí)用新型實(shí)施例非故障點(diǎn)之一處在故障后的頻譜示意圖；圖9 (a)是本實(shí)用新型實(shí)施例非故障點(diǎn)之二處在故障前的頻譜示意圖；圖9 (b)是本實(shí)用新型實(shí)施例非故障點(diǎn)之二處在故障后的頻譜示意圖。
具體實(shí)施方式
[0031]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明首先如圖3所示，本實(shí)用新型提供一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置，包括振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)采集儀和單片機(jī)模塊。其中，振動(dòng)傳感器的輸入端借助磁鐵牢固地吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對(duì)應(yīng)的三個(gè)位置，配合圖4所示，圖中的A、B、C分別表示變壓器高壓側(cè)三相，a、b、c分別表示變壓器低壓側(cè)三相，O表示變壓器的零線，1、2、3分別表示安裝在變壓器頂部的3個(gè)振動(dòng)傳感器測(cè)量位置。振動(dòng)傳感器的輸出端則通過(guò)轉(zhuǎn)換接口連接數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀的輸出端通過(guò)網(wǎng)線接口連接單片機(jī)模塊。配合圖5所示，是本實(shí)用新型單片機(jī)模塊工作時(shí)的方法流程圖，包括如下步驟第一，在變壓器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，根據(jù)一定的采樣頻率和采樣時(shí)間對(duì)變壓器的振動(dòng)信息進(jìn)行采樣，同一情況下進(jìn)行不少于3次采樣；第二，在采樣數(shù)據(jù)中，根據(jù)采樣時(shí)間、采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)，整周期截取變壓器振動(dòng)信號(hào); 第三，對(duì)數(shù)據(jù)采集儀輸出的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪處理，然后對(duì)處理后的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到振動(dòng)信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)；第四，將振動(dòng)信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)中位于300Hz的頻譜分量幅值與預(yù)先存儲(chǔ)的第一故障閾值比較，當(dāng)振動(dòng)傳感器在同一情況下進(jìn)行不少于3次振動(dòng)信號(hào)采樣，而至少有2次振動(dòng)信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)位于300Hz處的頻譜分量幅值大于第一故障閾值時(shí)，再計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)分別位于50Hz、150Hz處的頻譜分量幅值之和，將其與預(yù)先存儲(chǔ)的第二故障閾值對(duì)t匕，當(dāng)3次振動(dòng)信號(hào)中至少有2次位于50Hz、150Hz處的頻譜分量幅值之和大于第二故障閾值時(shí)，判斷采集該振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)傳感器位置附近的鐵芯發(fā)生松動(dòng)故障，將該診斷結(jié)果輸出。其中第一故障閾值、第二故障閾值在電力變壓器空載時(shí)獲得，具體獲得步驟如下步驟(1)，根據(jù)預(yù)定的采樣頻率和采樣時(shí)間，采用三個(gè)振動(dòng)傳感器分別對(duì)電力變壓器的振動(dòng)信息進(jìn)行采樣，同一情況下進(jìn)行不少于3次采樣；所述三個(gè)振動(dòng)傳感器分別設(shè)置在電力變壓器油箱頂面與電力變壓器三相繞組對(duì)應(yīng)的三個(gè)位置；步驟(2)，在每個(gè)振動(dòng)傳感器的采樣數(shù)據(jù)中，根據(jù)采樣頻率、采樣時(shí)間或采樣點(diǎn)數(shù)，整周期截取變壓器振動(dòng)信號(hào)；步驟(3)，對(duì)步驟(2)截取的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪處理，再進(jìn)行傅立葉頻譜分析，得到振動(dòng)信號(hào)分別位于50Hz、150Hz、300Hz處的頻譜分量幅值；步驟(4)，將振動(dòng)信號(hào)位于300Hz處的頻譜分量幅值乘以一定倍數(shù)作為第一故障閾值CR1 ;計(jì)算振動(dòng)信號(hào)分別位于50Hz、150Hz處的頻譜分量幅值之和，以此乘以一定倍數(shù)作為第二故障閾值CR2。所述一定倍數(shù)一般的范圍是I. 2至2. 5倍。
實(shí)施例對(duì)一臺(tái)電力變壓器進(jìn)行鐵芯松動(dòng)故障設(shè)置，驗(yàn)證本實(shí)用新型的正確性，并按照上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該變壓器由江蘇宏源電氣有限責(zé)任公司生產(chǎn)，其參數(shù)如表I。表I
權(quán)利要求1.一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置，其特征在于包括至少三個(gè)振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)采集儀和單片機(jī)模塊，其中，所述振動(dòng)傳感器采集電力變壓器的振動(dòng)信號(hào)，然后將該振動(dòng)信號(hào)通過(guò)所述轉(zhuǎn)換接口傳送至數(shù)據(jù)采集儀，并且在所有振動(dòng)傳感器中，有三個(gè)振動(dòng)傳感器分別設(shè)置在電力變壓器油箱頂面與電力變壓器三相繞組對(duì)應(yīng)的三個(gè)位置；所述數(shù)據(jù)采集儀的輸出端通過(guò)通信接口連接單片機(jī)模塊，所述單片機(jī)模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集儀輸出的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終得出診斷結(jié)果。
2.如權(quán)利要求I所述的一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置，其特征在于所述振動(dòng)傳感器采用CA-YD-103振動(dòng)加速度傳感器。
3.如權(quán)利要求I所述的一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)換接口采用BNC電氣轉(zhuǎn)換接口。
4.如權(quán)利要求I所述的一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集儀采用的型號(hào)為NicOlet7700。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障診斷裝置，包括至少三個(gè)振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)采集儀和單片機(jī)模塊，其中，所述振動(dòng)傳感器采集電力變壓器的振動(dòng)信號(hào)，然后將該振動(dòng)信號(hào)通過(guò)所述轉(zhuǎn)換接口傳送至數(shù)據(jù)采集儀，并且在所有振動(dòng)傳感器中，有三個(gè)振動(dòng)傳感器分別設(shè)置在電力變壓器油箱頂面與電力變壓器三相繞組對(duì)應(yīng)的三個(gè)位置；所述數(shù)據(jù)采集儀的輸出端通過(guò)通信接口連接單片機(jī)模塊，所述單片機(jī)模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集儀輸出的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終得出診斷結(jié)果。本實(shí)用新型易于實(shí)現(xiàn)，并可初步定位電力變壓器鐵芯松動(dòng)故障。
文檔編號(hào)G01H17/00GK202734953SQ20122027759
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, 李凱, 吳益明, 高鵬, 劉洪濤, 張贏, 王惠慶 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