專利名稱：基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種變壓器在線監(jiān)測裝置，具體地說是將先進(jìn)的M0EM (Micro-Optical—Electro— Mechanical System,微光機(jī)電系統(tǒng))光纖傳感技術(shù) 和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)相結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)通信方式，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)變壓器實(shí) 時(shí)在線監(jiān)測的基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置。
技術(shù)背景變壓器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它的良好運(yùn)行對電網(wǎng)安全具有重要的意義。 但是，變壓器在運(yùn)行中，由于不可避免的受到電、熱、振動、環(huán)境、絕緣老化等各 種因素的影響，其技術(shù)性能不斷劣化，使運(yùn)行狀態(tài)不佳。目前，定期檢修和安全試 驗(yàn)是保證變壓器安全運(yùn)行的主要手段，但由于檢修周期長，現(xiàn)行的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目 對變壓器的發(fā)展性故障反映不靈敏、不及時(shí)，發(fā)展速度在幾天至幾周的局部缺陷往 往不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，甚至導(dǎo)致發(fā)生各種故障(如過熱性故障、放電性故障、過熱兼 放電故障、機(jī)械故障等)及重大事故，引起局部乃至大面積停電，造成巨大的直接 和間接經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。因此，迫切需要先進(jìn)的技術(shù)手段，對變壓器進(jìn)行有效 地在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，用針對性的檢修維護(hù)取代定期檢修，減 少停電損失、實(shí)現(xiàn)早期故障預(yù)報(bào)、避免惡性事故發(fā)生的安全運(yùn)行目標(biāo)。變壓器運(yùn)行 狀態(tài)的在線監(jiān)測是變壓器安全運(yùn)行的發(fā)展趨勢。變壓器多參量光纖在線監(jiān)測裝置基于21世紀(jì)先進(jìn)的M0EM (微光機(jī)電系統(tǒng))光纖 傳感技術(shù)，通過多種類型的光纖傳感器，如MEMS光纖溫度傳感器、MEMS光纖振動傳 感器、MEMS光纖超聲傳感器等在線監(jiān)測變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，由于光纖傳感器絕緣性 能優(yōu)異、外形小巧、不受電磁干擾，所以能夠直接安裝在變壓器內(nèi)部，具有更好的 檢測靈敏度和故障定位能力。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置，該 裝置應(yīng)用光纖傳感器對運(yùn)行狀態(tài)的變壓器參數(shù)進(jìn)、行實(shí)時(shí)信號采集，并用數(shù)字信號處 理技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)無人值守和自動報(bào)警、。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置，它包括MEMS光纖溫度傳感器 模塊單元、MEMS光纖振動傳感器模塊單元、MEMS光纖超聲傳感器模塊單元、傳感信 號接口轉(zhuǎn)換電路單元、數(shù)字信號處理(DSP)單元、網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路單元；MEMS光纖溫度傳感器模塊單元輸出端、MEMS光纖振動傳感器模塊單元輸出端、 MEMS光纖超聲傳感器模塊單元輸出端均與傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元輸入端連接， 傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元輸出端與數(shù)字信號處理單元輸入端連接；數(shù)字信號處理 單元輸出端與網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路單元的輸入端連接。本實(shí)用新型中，MEMS光纖溫度傳感器模塊單元輸出端TX1/RX1與傳感信號接口 轉(zhuǎn)換電路單元輸入端相連，MEMS光纖振動傳感器模塊單元輸出端TX2/RX2與傳感信 號接口轉(zhuǎn)換電路單元輸入端相連，MEMS光纖超聲傳感器模塊單元輸出端TX3/RX3與 傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元輸入端相連。傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元輸出端 TX/RX/C0N1與數(shù)字信號處理單元輸入端相連。數(shù)字信號處理單元輸出端 TX45/RX45/0UT卜n與網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路單元的輸入端相連。本實(shí)用新型中，所述數(shù)字信號處理單元由TI 2000系列DSP及電平變換芯片 74LVC14構(gòu)成。傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元由一組多片STC單片機(jī)(STC89C5402) 及串行通信驅(qū)動芯片MAX232和連接器DB9構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路 單元由網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動芯片、RJ45連接器、N型三極管及功率繼電器(JQC-3F-12VDC) 構(gòu)成。本實(shí)用新型的工作原理是根據(jù)變壓器在線監(jiān)測的技術(shù)要求，在傳感信號接口 轉(zhuǎn)換電路單元單片機(jī)和數(shù)字信號處理單元中設(shè)定溫度參數(shù)、振動參數(shù)及超聲參數(shù)。 加電工作后，單片機(jī)和數(shù)字信號處理芯片DSP進(jìn)行初始化操作，初始化完成后，裝 置中的LED給出閃爍的狀態(tài)信號，多路光纖傳感器通過RS232串行通信口輸出的參 量信號經(jīng)傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元的轉(zhuǎn)換后輸入到數(shù)字信號處理單元，經(jīng)數(shù)字信 號處理后，將運(yùn)行數(shù)據(jù)送到變電站控制室或調(diào)度室內(nèi)。當(dāng)變壓器發(fā)生異常情況，自 動進(jìn)行聲、光報(bào)警以及向值班人員發(fā)送報(bào)警短信，實(shí)現(xiàn)無人值守。本實(shí)用新型用光纖傳感器在線監(jiān)測變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，并直接以光信號的方式 將參量值傳送經(jīng)數(shù)字信號處理后，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測變壓器運(yùn)行狀態(tài)，將運(yùn)行數(shù)據(jù)送到 變電站控制室或調(diào)度室內(nèi)。當(dāng)變壓器局部放電量超標(biāo)、變壓器油和繞組熱點(diǎn)過溫過 熱、鐵心及繞組變形、松動等機(jī)械故障發(fā)生時(shí)，自動進(jìn)行聲、光報(bào)警以及向值班人 員發(fā)送報(bào)警短信，為變壓器的及時(shí)檢修維護(hù)提供可信的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)變壓器的無人值 守，提高變壓器安全運(yùn)行監(jiān)測水平。由于變壓器在線監(jiān)測裝置采用全光纖檢測技術(shù)，變壓器安裝的檢測探頭和傳輸 線全部為光纖材質(zhì)，因此，在線監(jiān)測裝置與變壓器之間沒有電氣連接，對電網(wǎng)沒有任何影響。因此，無論從產(chǎn)品的創(chuàng)新和技術(shù)的先進(jìn)性來說，變壓器在線監(jiān)測裝置是 一種全新的、安全可靠的產(chǎn)品，會有相當(dāng)好的應(yīng)用前景和市場前景。該裝置將為變壓 器監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展起到重要的示范作用，大大提高變壓器安全運(yùn)行在線監(jiān) 測技術(shù)水平，對降低電網(wǎng)運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)變電站自動化和科學(xué)化管理，對更好保障 電力生產(chǎn)的可靠安全性具有重要意義和重大的推廣價(jià)值。本實(shí)用新型將光電傳感技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合，通過光通信的方式把 變壓器的溫度、振動和超聲參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，經(jīng)數(shù)字信號處理后實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)變 壓器的在線實(shí)時(shí)檢測功能。


圖1本實(shí)用新型裝置的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型的電路圖。
具體實(shí)施方式
一種基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置，包括數(shù)字信號處理(DSP)單 元5、傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元4、 MEMS光纖溫度傳感器模塊單元1、 MEMS光纖 振動傳感器模塊單元2、 MEMS光纖超聲傳感器模塊單元3、網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào) 警電路單元6。MEMS光纖溫度傳感器模塊單元1輸出端TX1/RX1與傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元 輸入端相連。MEMS光纖振動傳感器模塊單元2輸出端TX2/RX2與傳感信號接口轉(zhuǎn)換 電路單元輸入端相連。MEMS光纖超聲傳感器模塊單元3輸出端TX3/RX3與傳感信號 接口轉(zhuǎn)換電路單元4輸入端相連。傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元4輸出端TX/RX/C0N1 與數(shù)字信號處理單元5輸入端相連。數(shù)字信號處理單元5輸出端TX45/RX45/0UTl-n 與網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路單元6的輸入端相連。傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元4同時(shí)可有多個(gè)配置RS232串行口的光纖傳感器。 數(shù)字信號處理單元5配置IOMHZ和100MHZ網(wǎng)絡(luò)帶寬與變電站控制室或調(diào)度室進(jìn)行通 信。網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路單元6可同時(shí)給出多種形式的聲光報(bào)警和手機(jī)的 短信報(bào)警。本實(shí)用新型將光電傳感技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合，通過光通信的方式把 變壓器的溫度、振動和超聲參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，經(jīng)數(shù)字信號處理后實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)變 壓器的在線實(shí)時(shí)檢測，并且可以實(shí)現(xiàn)無人值守和自動報(bào)警，安全可靠。
權(quán)利要求1、一種基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置，其特征是它包括MEMS光纖溫度傳感器模塊單元(1)、MEMS光纖振動傳感器模塊單元(2)、MEMS光纖超聲傳感器模塊單元(3)、傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元(4)、數(shù)字信號處理單元(5)、網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路單元(6)；MEMS光纖溫度傳感器模塊單元(1)輸出端、MEMS光纖振動傳感器模塊單元(2)輸出端、MEMS光纖超聲傳感器模塊單元(3)輸出端均與傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元(4)輸入端連接，傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元(4)輸出端與數(shù)字信號處理單元(5)輸入端連接；數(shù)字信號處理單元(5)輸出端與網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路單元(6)的輸入端連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置，其特 征是數(shù)字信號處理單元(5)單元包括TI 2000系列DSP、電平變換芯片74LVC14 或74LVC00。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置，其特 征是傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元(4)包括一組STC單片機(jī)及串行通信驅(qū)動芯片和 連接器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置，其特 征是網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路單元(6)由網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動芯片、RJ45連接器、N 型三極管及功率繼電器構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于光纖傳感器技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測裝置，包括MEMS光纖溫度傳感器模塊單元、MEMS光纖振動傳感器模塊單元、MEMS光纖超聲傳感器模塊單元、數(shù)字信號處理單元、傳感信號接口轉(zhuǎn)換電路單元、網(wǎng)絡(luò)接口和輸出聲光報(bào)警電路單元。本實(shí)用新型應(yīng)用光纖傳感器對運(yùn)行狀態(tài)變壓器參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號采集，用數(shù)字信號處理實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測變壓器。通過光通信的方式把變壓器的溫度、振動和超聲參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，經(jīng)數(shù)字信號處理后實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)變壓器的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測。實(shí)現(xiàn)了變壓器的無人值守，提高了變壓器安全運(yùn)行監(jiān)測水平。
文檔編號G05B19/048GK201107631SQ20072004262
公開日2008年8月27日 申請日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者許慧中 申請人:南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院