一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型實施例公開了一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括振動加速度傳感器、電流傳感器、信號采集模塊、信號控制模塊、信號分析顯示器、恒流變頻激振電源和勵磁變壓器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過檢測變壓器箱壁的振動信號和變壓器繞組高壓側(cè)的注入電流信號，分析和判斷變壓器繞組的振動頻響特性，對變壓器繞組狀態(tài)進行檢測，靈敏度、故障檢出率高，且可提高檢測的準確性和有效性；此外，本實用新型提供的變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)可操作性強，易于實施，便于操作人員及時發(fā)現(xiàn)變壓器運行狀態(tài)的異常，能夠及時地根據(jù)異常情況對變壓器進行檢修，可以大大降低變壓器的故障損壞率，并延長變壓器的壽命。
【專利說明】
一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及電力設(shè)備檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器是電力系統(tǒng)各種設(shè)備中最重要且貴重的設(shè)備之一，其運行的穩(wěn)定性對 電網(wǎng)的安全可靠運行影響重大。現(xiàn)有研究表明，當變壓器突發(fā)短路故障時，其繞組內(nèi)會流過 較大的短路電流，該短路電流在漏磁場的作用下對繞組產(chǎn)生較大電場力，進而導(dǎo)致繞組發(fā) 生松動或變形。而變壓器繞組形變具有累積效應(yīng)，若不能及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)該松動或變形故 障，當該松動或變形積累到一定程度后，會使變壓器的抗短路能力大幅下降，較易引發(fā)重大 事故。同時，繞組松動或變形還會導(dǎo)致線圈內(nèi)部局部絕緣距離發(fā)生變化，使局部出現(xiàn)絕緣薄 弱點。當遇到過電壓時，繞組可能發(fā)生層間或匝間短路，或者由于局部場強增大而引起局部 放電，隨著絕緣損傷部位的逐漸擴大，最終將導(dǎo)致變壓器發(fā)生絕緣擊穿事故，進一步擴大事 ??τ 〇
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，變壓器繞組變形檢測作為變壓器的常規(guī)試驗項目之一，最常用的檢 測方法主要有兩種：一是短路阻抗法，由于變壓器的短路阻抗反映的主要是變壓器繞組的 漏抗，而變壓器繞組的漏抗由繞組結(jié)構(gòu)決定，所以，一旦變壓器繞組發(fā)生松動或變形，變壓 器繞組的漏抗也會相應(yīng)地發(fā)生改變，因此，通過檢測變壓器的短路阻抗，可間接反映變壓器 繞組是否發(fā)生了松動或變形。但該方法靈敏度及故障檢出率較低，只能在變壓器繞組線圈 整體變形較為嚴重時才能得到較為準確的診斷結(jié)果;二是頻響法，將變壓器繞組視為分布 參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，并在頻域利用傳遞函數(shù)描述其特性，當繞組發(fā)生局部機械變形后，其分布參數(shù)發(fā) 生相應(yīng)變化，進而改變網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)，因此，通過分析變壓器繞組的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)曲線可對 網(wǎng)絡(luò)電參數(shù)進行分析，從而推斷出變壓器繞組是否發(fā)生松動或變形。但該方法在應(yīng)用時，存 在頻響波形較為復(fù)雜，對繞組狀況進行判斷需要較多經(jīng)驗，難以形成明確的定量判據(jù)。
[0004] 因此，當變壓器進行常規(guī)檢修時或經(jīng)歷了外部短路事故后，如何簡單有效地診斷 變壓器繞組是否存在松動或變形，進而判斷變壓器是否需要進行檢修處理，仍需進一步進 行研究分析，這對提高變壓器及電力系統(tǒng)運行的可靠性和安全性，至關(guān)重要。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型實施例中提供了一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的 變壓器繞組狀態(tài)檢測方法在應(yīng)用時存在的繞組狀態(tài)判定復(fù)雜、靈敏度及故障檢出率低的 問題。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型實施例公開了如下技術(shù)方案：
[0007] 本實用新型實施例公開了一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括振動 加速度傳感器、電流傳感器、信號采集模塊、信號控制模塊、信號分析顯示器、恒流變頻激振 電源和勵磁變壓器，其中，
[0008] 振動加速度傳感器設(shè)置在待測變壓器的油箱壁上、且與信號采集模塊的輸入端電 連接；
[0009] 電流傳感器分別與待測變壓器高壓繞組的一端和信號采集模塊的輸入端電連接；
[0010] 信號采集模塊的輸出端分別與信號分析顯示器的輸入端和信號控制模塊的輸入 端通信連接；
[0011]信號分析顯示器的輸出端電連接至信號控制模塊的輸入端；
[0012] 信號控制模塊的輸出端與恒流變頻激振電源的輸入端電連接；
[0013] 恒流變頻激振電源的輸出端與勵磁變壓器的輸入端電連接，且勵磁變壓器的輸出 端與待測變壓器高壓繞組的另一端電連接。
[0014] 優(yōu)選的，信號采集模塊包括振動信號調(diào)理芯片、電流信號調(diào)理芯片和通信芯片，其 中，振動信號調(diào)理芯片分別與振動加速度傳感器和通信芯片電連接，電流信號調(diào)理芯片分 別與電流傳感器和通信芯片電連接，通信芯片分別與信號分析顯示器的輸入端和信號控制 模塊的輸入端通信連接。
[0015] 優(yōu)選的，通信芯片與信號分析顯示器的輸入端之間通過以太網(wǎng)無線或有線通信連 接。
[0016] 優(yōu)選的，通信芯片與信號控制模塊的輸入端之間通過以太網(wǎng)無線或有線通信連 接。
[0017] 由以上技術(shù)方案可見，本實用新型實施例提供的變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括 振動加速度傳感器、電流傳感器、信號采集模塊、信號控制模塊、信號分析顯示器、恒流變頻 激振電源和勵磁變壓器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過檢測變壓器箱壁的振動信號和變壓器繞組 高壓側(cè)的注入電流信號，分析和判斷變壓器繞組的振動頻響特性，對變壓器繞組狀態(tài)進行 檢測，靈敏度、故障檢出率尚，且可提尚檢測的準確性和有效性;此外，本實用新型提供的變 壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)可操作性強，易于實施，便于操作人員及時發(fā)現(xiàn)變壓器運行狀態(tài)的 異常，能夠及時地根據(jù)異常情況對變壓器進行檢修，可以大大降低變壓器的故障損壞率，并 延長變壓器的壽命。
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1為本實用新型實施例提供的一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實 用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然， 所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型 中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都應(yīng)當屬于本實用新型保護的范圍。
[0021] 本實施例以某電力公司的220kV變壓器為待測變壓器，進行檢測。
[0022]參見圖1，為本實用新型實施例提供的一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)的原理示意 圖。本實用新型實施例公開的變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括振動加速度傳感器、電流傳感 器、信號采集模塊、信號控制模塊、信號分析顯示器、恒流變頻激振電源和勵磁變壓器。
[0023] 其中，振動加速度傳感器設(shè)置在待測變壓器的油箱壁上、且與信號采集模塊的輸 入端電連接。該振動加速度傳感器用于實時采集待測變壓器的振動信號。另外，可以在該待 測變壓器油箱壁上根據(jù)實際需要，均勻地設(shè)置多個振動加速度傳感器，如可在該待測變壓 器油箱壁上均勻地設(shè)置8個振動加速度傳感器。
[0024] 電流傳感器分別與待測變壓器高壓繞組的一端以及信號采集模塊的輸入端電連 接。該電流傳感器用于采集該待測變壓器高壓繞組上的單相電流信號。
[0025] 信號采集模塊的輸出端分別與信號分析顯示器的輸入端以及信號控制模塊的輸 入端通信連接。信號采集模塊負責接收分別由振動加速度傳感器和電流傳感器采集到的振 動信號和電流信號，并對該振動信號和電流信號進行抗混疊濾波和放大，將處理后的信號 發(fā)送至信號控制模塊和信號分析顯示器，以待進一步處理。
[0026]作為一種優(yōu)選方案，該信號采集模塊包括振動信號調(diào)理芯片、電流信號調(diào)理芯片 和通信芯片，其中，該振動信號調(diào)理芯片分別與振動加速度傳感器和通信芯片電連接，用于 接收該振動加速度傳感器發(fā)送的振動信號并對該振動信號進行濾波和放大處理，將處理后 的振動信號通過通信芯片傳輸至信號控制模塊及信號分析顯示器；
[0027]電流信號調(diào)理芯片分別與電流傳感器和通信芯片電連接，用于接收該電流傳感器 發(fā)送的電流信號并對該電流信號進行濾波和放大處理，將處理后的電流信號通過通信芯 片傳輸至信號控制模塊及信號分析顯示器；
[0028]通信芯片分別與信號分析顯示器的輸入端和信號控制模塊的輸入端通信連接，用 于實現(xiàn)該振動信號調(diào)理芯片和電流信號調(diào)理芯片分別與信號控制模塊及信號分析顯示器 之間的連接。
[0029]進一步地，作為一種優(yōu)選方案，該通信芯片與信號分析顯示器的輸入端之間通過 以太網(wǎng)無線或有線通信連接，以提高通信效率。
[0030] 進一步地，作為一種優(yōu)選方案，該通信芯片與信號控制模塊的輸入端之間通過以 太網(wǎng)無線或有線通信連接，以提高通信效率。
[0031] 信號分析顯示器的輸出端與信號控制模塊的輸入端電連接。信號分析顯示器根據(jù) 接收到的振動信號和電流信號，計算待測變壓器繞組的當前所有測點處的振動頻響曲線通 頻帶能量的平均值，具體包括：
[0032] 信號分析顯示器根據(jù)接收到的每個測點處的振動信號，計算與測點的振動信號對 應(yīng)的繞組振動頻響曲線，具體計算過程在此不做贅述，然后對每個測點處的振動頻響曲線 分別進行歸一化處理，所用的歸一化公式為：
[0036] 其中，(? (τ)為待歸一化的振動頻響曲線;Uk為待歸一化的振動頻響曲線均值; 待歸一化的振動頻響曲線方差;N為振動頻響曲線長度，此處，N=266。
[0037] 再分別計算歸一化后的所有測點的振動頻響曲線的通頻帶能量，假設(shè)i為其中的 一個測點，則測點i處的通頻帶能量計算公式為：
[0039] 其中，G(x)為測點i的振動頻響曲線進行歸一化后的值，Μ為測點總數(shù)，N為振動頻 響曲線長度，此處，Ν=266。
[0040] 最后，利用測點處的通頻帶能量，計算所有測點的振動頻響曲線的通頻帶能量的 平均值，其中，該通頻帶能量的平均值的計算公式為：
[0042]其中，TEi為測點i處的通頻帶能量，Μ為測點總數(shù)。
[0043]信號分析顯示器顯示該振動頻響曲線的通頻帶能量的平均值，并將該振動頻響曲 線的通頻帶能量的平均值發(fā)送至信號控制模塊。
[0044]信號控制模塊的輸出端與恒流變頻激振電源的輸入端電連接。該信號控制模塊設(shè) 定恒流變頻激振電源的輸出參數(shù):恒流變頻信號的頻率范圍，如恒流變頻信號的起始頻率 為45ΗΖ，終止頻率為350ΗΖ，輸出電流為8Α，頻率間隔為1ΗΖ。信號控制模塊判斷恒流變頻信 號的頻率是否大于預(yù)設(shè)的終止頻率，如果是，則增加該恒流變頻信號頻率，繼續(xù)進行試驗； 如果否，則停止試驗。
[0045]同時，該信號控制模塊接收由信號分析顯示器發(fā)送的振動頻響曲線通頻帶能量的 平均值，并根據(jù)該平均值的變化對繞組狀態(tài)進行判別，如將當前所有測點處的振動頻響曲 線通頻帶能量的平均值與在起始頻率的恒流變頻信號作用下計算得到的振動頻響曲線通 頻帶能量的平均值相比，變化超過10%時，判定待測變壓器繞組狀態(tài)發(fā)生了變化，需要進行 檢修處理，從而避免形成重大故障。
[0046] 恒流變頻激振電源的輸出端與勵磁變壓器的輸入端電連接，且勵磁變壓器的輸出 端與待測變壓器高壓繞組的另一端電連接。
[0047] 本實用新型實施例公開的一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，在應(yīng)用時，將待測變壓 器的低壓繞組進行短接，恒流變頻激振電源輸出恒流變頻信號，該恒流變頻信號的頻率在 信號控制模塊設(shè)定的頻率范圍內(nèi)；
[0048] 該恒流變頻信號經(jīng)由勵磁變壓器升壓后，注入到待測變壓器的高壓繞組側(cè)；
[0049] 由振動加速度傳感器和電流傳感器分別采集待測變壓器產(chǎn)生的振動信號和電流 信號，并將采集到的振動信號和電流信號分別傳輸至信號采集模塊進行抗混疊濾波和放 大；
[0050] 經(jīng)信號采集模塊處理后的振動信號和電流信號被傳輸至信號控制模塊以及信號 分析顯示器，并在信號分析顯示器中對該振動信號和電流信號進行歸一化處理，計算所有 測點處的通頻帶能量的平均值，該信號分析顯示器顯示該通頻帶能量的平均值，并將該通 頻帶能量的平均值發(fā)送至信號控制模塊；
[0051]信號控制模塊根據(jù)該平均值的變化對繞組狀態(tài)進行判別，如當前所有測點處的振 動頻響曲線通頻帶能量的平均值與在起始頻率的恒流變頻信號作用下計算得到的振動頻 響曲線通頻帶能量的平均值相比，如果變化不超過10%，則依據(jù)信號控制模塊接收到的電 流信號，進一步判斷該恒流變頻信號的頻率是否大于終止頻率，如果是，則增加頻率繼續(xù)進 行試驗，否則，則停止試驗;如果該變化超過10 %時，判定待測變壓器繞組狀態(tài)發(fā)生了變化， 需要進行檢修處理，從而避免造成重大故障。
[0052]由上述實施例可見，通過將變壓器繞組看作一個機械結(jié)構(gòu)體，當待測變壓器繞組 結(jié)構(gòu)或受力發(fā)生任何變化時，直接可以從它的機械振動特性變化上得到反映。鑒于變壓器 低壓繞組短路時的箱壁振動信號主要由繞組機械振動產(chǎn)生，因此，通過給變壓器繞組注入 頻率和幅值已知的激勵信號并采集變壓器箱壁表面的振動信號，根據(jù)變壓器的振動頻響特 性來對待測變壓器繞組狀態(tài)進行識別，可及時發(fā)現(xiàn)變壓器運行過程中的繞組松動或變形等 早期故障隱患，便于及時采取有效措施，提高變壓器及電力系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。與 現(xiàn)有技術(shù)相比，通過檢測變壓器箱壁的振動信號和變壓器繞組高壓側(cè)的注入電流信號，分 析和判斷變壓器繞組的振動頻響特性，對變壓器繞組狀態(tài)進行檢測，靈敏度、故障檢出率 尚，且可提尚檢測的準確性和有效性。
[0053]此外，本實用新型提供的變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)可操作性強，易于實施，便于操 作人員及時發(fā)現(xiàn)變壓器運行狀態(tài)的異常，能夠及時地根據(jù)異常情況對變壓器進行檢修，可 以大大降低變壓器的故障損壞率，并延長變壓器的壽命。
[0054]需要說明的是，在本文中，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排 他性的包含，從而使得包括一系列要素的系統(tǒng)不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列 出的其他要素，或者是還包括為這種系統(tǒng)所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句 "包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的系統(tǒng)中還存在另外的相同要素。
[0055]以上所述僅是本實用新型的【具體實施方式】，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本 實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所 定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。 因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原 理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括振動加速度傳感器、電流傳感器、 信號采集模塊、信號控制模塊、信號分析顯示器、恒流變頻激振電源和勵磁變壓器，其中， 所述振動加速度傳感器設(shè)置在待測變壓器的油箱壁上、且與所述信號采集模塊的輸入 端電連接； 所述電流傳感器分別與所述待測變壓器高壓繞組的一端和所述信號采集模塊的輸入 端電連接； 所述信號采集模塊的輸出端分別與所述信號分析顯示器的輸入端和所述信號控制模 塊的輸入端通信連接； 所述信號分析顯示器的輸出端電連接至所述信號控制模塊的輸入端； 所述信號控制模塊的輸出端與所述恒流變頻激振電源的輸入端電連接； 所述恒流變頻激振電源的輸出端與所述勵磁變壓器的輸入端電連接，且所述勵磁變壓 器的輸出端與所述待測變壓器高壓繞組的另一端電連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集模塊包 括振動信號調(diào)理芯片、電流信號調(diào)理芯片和通信芯片，其中，所述振動信號調(diào)理芯片分別與 所述振動加速度傳感器和通信芯片電連接，所述電流信號調(diào)理芯片分別與所述電流傳感器 和通信芯片電連接，所述通信芯片分別與所述信號分析顯示器的輸入端和所述信號控制模 塊的輸入端通信連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述通信芯片與所述 信號分析顯示器的輸入端之間通過以太網(wǎng)無線或有線通信連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器繞組狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述通信芯片與所述 信號控制模塊的輸入端之間通過以太網(wǎng)無線或有線通信連接。
【文檔編號】G01D21/02GK205642437SQ201620306284
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】于虹, 李亞寧
【申請人】云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院