一種電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括與振動(dòng)采集模塊依次連接的信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電平轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理模塊；信號(hào)處理模塊和人機(jī)交互單元相連后分別通過(guò)通訊模塊與PC機(jī)連接；信號(hào)處理模塊計(jì)算電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)不同頻段的振動(dòng)能量；PC機(jī)將各頻段的振動(dòng)能量與能量閾值比較，判斷電力變壓器中發(fā)生故障的繞組相。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供一種電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠做到對(duì)變壓器短路時(shí)的振動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，將采集數(shù)據(jù)同步上傳到PC機(jī)，并將診斷結(jié)果通過(guò)顯示模塊顯示，實(shí)時(shí)報(bào)警說(shuō)明變壓器運(yùn)行狀態(tài)。
【專利說(shuō)明】一種電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體涉及一種電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)在線 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器作為電力系統(tǒng)最重要的樞紐之一，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到發(fā)電及供 電系統(tǒng)的安全性和可靠性，因此對(duì)變壓器的故障檢測(cè)、維護(hù)及維修是保障供電系統(tǒng)正常運(yùn) 行的重要工作。
[0003] 目前用于檢測(cè)變壓器繞組變形的主要方法有：短路試驗(yàn)法、低壓脈沖法、頻率響應(yīng) 法等。這些方法均需變壓器退出運(yùn)行，不考慮變壓器的實(shí)際情況，可能出現(xiàn)過(guò)多的維修和不 必要的停機(jī)，又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器繞組缺陷。當(dāng)變壓器繞組發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，勢(shì)必導(dǎo)致該 處的漏磁場(chǎng)分布發(fā)生變化，負(fù)載電流與漏磁共同作用產(chǎn)生的繞組振動(dòng)也發(fā)生變化，振動(dòng)信 號(hào)通過(guò)油介質(zhì)傳遞到油箱表面，故在油箱表面的繞組振動(dòng)信號(hào)也發(fā)生變化。振動(dòng)分析法與 整個(gè)電力系統(tǒng)沒(méi)有電器連接，對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行無(wú)任何影響，故該方法可以安全、可靠地 達(dá)到在線監(jiān)測(cè)的目的。
[0004] 現(xiàn)有的變壓器振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件電路復(fù)雜，且抗干擾能力差。數(shù)據(jù)處理多以傳統(tǒng) 分析方法為主，如幅值域分析法、快速傅里葉變換和相關(guān)分析等，不能實(shí)時(shí)的顯示各頻率下 的振動(dòng)能量隨時(shí)間的變化。因此，需要提供一種電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，既 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)域振動(dòng)波形，又能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)各頻率下振動(dòng)能量隨時(shí)間的變化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)在線監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括振動(dòng)采集模塊，所述振動(dòng)采集模塊包括采集電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào) 的振動(dòng)傳感器，所述系統(tǒng)包括與所述振動(dòng)采集模塊依次連接的信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電 路、電平轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理模塊；
[0006] 所述信號(hào)處理模塊和人機(jī)交互單元相連后分別通過(guò)通訊模塊與PC機(jī)連接；所述 信號(hào)處理模塊計(jì)算電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)不同頻段的振動(dòng)能量；
[0007] 所述PC機(jī)將各頻段的所述振動(dòng)能量與能量閾值比較，判斷電力變壓器中發(fā)生故 障的繞組相。
[0008] 優(yōu)選的，所述能量閾值包括低頻分量閾值和高頻分量閾值；當(dāng)電力變壓器繞組振 動(dòng)信號(hào)的主頻段內(nèi)的振動(dòng)能量小于所述低頻分量閾值時(shí)，或者大于高頻分量閾值時(shí)，則電 力變壓器中發(fā)生故障的繞組相；
[0009] 所述主頻段為電力變壓器正常運(yùn)行時(shí)振動(dòng)能量集中的頻段，所述頻段為100? 400Hz；
[0010] 優(yōu)選的，所述信號(hào)處理模塊包括設(shè)置在DSP核心板上的DSP最小系統(tǒng)、SRAM和 FLASH;所述DSP最小系統(tǒng)包括DSP芯片、電源、RAM、時(shí)鐘源和I/O接口；
[0011] 所述DSP最小系統(tǒng)，對(duì)電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換，用shannon 小波包分解法將變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)分解到不同頻段中，計(jì)算每個(gè)頻段的能量熵以得到不 同頻段的振動(dòng)能量，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到PC機(jī)；
[0012] 優(yōu)選的，所述信號(hào)處理模塊用shannon小波包分解法計(jì)算每個(gè)頻段的能量熵的計(jì) 算公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括振動(dòng)采集模塊，所述振 動(dòng)采集模塊包括采集電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 與所述振動(dòng)采集模塊依次連接的信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電平轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理模 塊； 所述信號(hào)處理模塊和人機(jī)交互單元相連后分別通過(guò)通訊模塊與PC機(jī)連接；所述信號(hào) 處理模塊計(jì)算電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)不同頻段的振動(dòng)能量； 所述PC機(jī)將各頻段的所述振動(dòng)能量與能量閾值比較，判斷電力變壓器中發(fā)生故障的 繞組相。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述能量閾值包括低頻分量閾值和高頻分 量閾值；當(dāng)電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)的主頻段內(nèi)的振動(dòng)能量小于所述低頻分量閾值時(shí)，或 者大于高頻分量閾值時(shí)，則電力變壓器中發(fā)生故障的繞組相； 所述主頻段為電力變壓器正常運(yùn)行時(shí)振動(dòng)能量集中的頻段，所述頻段為100?400Hz。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理模塊包括設(shè)置在DSP核心板上 的DSP最小系統(tǒng)、SRAM和FLASH ;所述DSP最小系統(tǒng)包括DSP芯片、電源、RAM、時(shí)鐘源和1/ 〇接口； 所述DSP最小系統(tǒng)，對(duì)電力變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換，用shannon小波 包分解法將變壓器繞組振動(dòng)信號(hào)分解到不同頻段中，計(jì)算每個(gè)頻段的能量熵以得到不同頻 段的振動(dòng)能量，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到PC機(jī)。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理模塊用shannon小波包分解法 計(jì)算每個(gè)頻段的能量熵的計(jì)算公式為：
其中，所述為振動(dòng)信號(hào)的第j層第k個(gè)小波包能量熵；
i)為的傅里葉變換序列的第i個(gè)值，n為振動(dòng)信號(hào)的 原始信號(hào)的長(zhǎng)度。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述振動(dòng)采集模塊包括恒流源模塊，將電壓 源轉(zhuǎn)換為所述振動(dòng)傳感器所需的恒流源。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)放大電路包括第一放大器和第二 放大器； 所述第一放大器的同相輸入端與所述振動(dòng)采集模塊連接，反相輸入端的一條支路通 過(guò)電阻接地，另一條支路通過(guò)電阻與其輸出端連接，所述輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換電路中 ADS8364芯片的IN+端連接； 所述第二放大器的反向輸入端與其輸出端連接，同相輸入端與所述ADS8364芯片的 REF端連接；所述輸出端的一條支路通過(guò)電阻與第一放大器的同相輸入端連接，另一條支 路通過(guò)電路與所述ADS8364芯片的IN-端連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電平轉(zhuǎn)換電路包括兩個(gè)16位雙向總線 轉(zhuǎn)換器，將所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的-5V?5V的數(shù)字信號(hào)變換為3. 3V的數(shù)字信號(hào)； 所述16位雙向總線轉(zhuǎn)換器為74LVC16245A芯片。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)交互單元的輸入/輸出設(shè)備包括 顯示模塊和語(yǔ)音報(bào)警模塊；所述信號(hào)處理模塊中的DSP芯片通過(guò)控制I/O接口與所述輸入 /輸出設(shè)備進(jìn)行時(shí)序匹配； 所述人機(jī)交互單元依據(jù)所述PC機(jī)下發(fā)的指令信號(hào)，顯示所述電力變壓器中發(fā)生故障 的繞組相并語(yǔ)音報(bào)警。
【文檔編號(hào)】G01R31/06GK104330691SQ201410602667
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】陳江波, 李正茂, 李輝, 蔡勝偉, 張彬, 徐建源, 許晶, 尹晶, 邵苠峰, 周翠娟, 何妍 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院