專利名稱：一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說涉及一種電力變壓器繞組變形狀況的綜合檢測儀器。
背景技術(shù)：
作為電力系統(tǒng)中重要的主設(shè)備，電力變壓器的安全運行直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全運行。當(dāng)變壓器遭到突發(fā)短路時，如果短路電流過大，繼電保護動作的時間長，甚至拒動，則對變壓器繞組的影響非常嚴重，甚至可能造成變壓器繞組的直接損壞。對于變壓器繞組發(fā)生的變形，如果不及時檢修，會使變壓器損壞。目前，國內(nèi)外主要采用頻率響應(yīng)分析法和短路阻抗法來進行變壓器繞組變形的測試。頻率響應(yīng)分析法一般需要原始的歷史記錄作為比對，因此在沒有原始頻率響應(yīng)特性曲線，僅僅通過頻率響應(yīng)法是無法準確確定變壓器繞組是否發(fā)生變形以及變形的程度，必須輔以其他諸如短路阻抗法等方法來加以測試判斷，否則可能會出現(xiàn)嚴重的誤判、漏判等情況出現(xiàn)，給電力系統(tǒng)的安全運行帶來不可忽視的潛在隱患。傳統(tǒng)的繞組變形測試儀是采用單一的檢測原理，如單一的頻率響應(yīng)法或者單一的短路阻抗法，其用于變壓器繞組變形檢測都不夠完善，容易受到電磁場干擾造成測試結(jié)果失真或無法準確判斷繞組的位置和故障類型。因此，為了有效檢測變壓器的繞組變形情況，通常需要采購兩套以上不同原理的檢測設(shè)備并進行前后多次測量。這樣需要投入大量的人力和物力，不利于現(xiàn)場開展變壓器繞組變形檢測診斷工作。有鑒于此，本發(fā)明人針對當(dāng)前電力行業(yè)中現(xiàn)有電力變壓器繞組變形檢測儀器存在的缺點進行深入研究，遂有本案產(chǎn)生。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其具有便攜性強、準確性高、抗干擾能力強且兼具頻率響應(yīng)分析法和短路阻抗法兩種測量原理的特點。為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其中，包括頻響測試單元，具有依次相連的可編程FPGA模塊、DDS掃頻信號發(fā)生模塊、濾波模塊、寬頻放大模塊、自適應(yīng)信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號處理模塊；所述DDS掃頻信號發(fā)生模塊按照可編程FPGA模塊傳送過來的測試命令產(chǎn)生所需的掃頻激勵信號，經(jīng)過濾波模塊去除干擾成分和寬頻放大模塊放大激勵信號功率而形成滿足測試要求的大功率信號，該寬頻放大模塊的輸出端還與待測變壓器相連以將放大后的激勵信號施加到待測變壓器的繞組上，該自適應(yīng)信號調(diào)理模塊的輸入端還與待測變壓器相連以采集響應(yīng)端信號，并實現(xiàn)對變壓器繞組激勵端和響應(yīng)端信號進行自動調(diào)理而消除其中混雜的干擾信號，該A/D轉(zhuǎn)換模塊則進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并送入數(shù)字信號處理模塊進行處理；阻抗測試單元，具有可編程FPGA模塊、數(shù)字信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、自適應(yīng)信號調(diào)理模塊、電壓信號取樣模塊和電流信號取樣模塊；所述可編程FPGA模塊按命令控制外加工作試驗電源對變壓器繞組進行加電測試，該電流信號取樣模塊采集外加試驗電源的電流，電壓信號取樣模塊采集待測變壓器繞組產(chǎn)生的電壓信號，該電流信號取樣模塊和電壓信號取樣模塊均與自適應(yīng)信號調(diào)理模塊相連以將采集到的電流、電壓信號通過自適應(yīng)信號調(diào)理模塊進行調(diào)理而消除其中混雜的干擾信號，該A/D轉(zhuǎn)換模塊與自適應(yīng)信號調(diào)理模塊相連而進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該數(shù)字信號處理模塊則與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連；分析處理單元，具有微處理器和DSP模塊，該分析處理單元與頻響測試單元的數(shù)字信號處理模塊和阻抗測試單元的數(shù)字信號處理模塊均相連以對兩者發(fā)送過來的測試數(shù)據(jù)進行運算，該分析處理單元還與頻響測試單元的可編程FPGA模塊和阻抗測試單元的可編程FPGA模塊相連；通訊單元，具備USB通訊模塊和無線通訊模塊，該通訊單元與分析處理單元相連并接收分析處理單元的運算結(jié)果，該通訊單元還與個人電腦相連而將運算結(jié)果發(fā)送至個人電腦；電源模塊，為頻響測試單元、阻抗測試單元、分析處理單元以及通訊單元供給電倉泛。進一步，該頻響測試單元的DDS掃頻信號發(fā)生模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊均與頻響測試單元的可編程FPGA模塊相連。進一步，該DDS掃頻信號發(fā)生模塊產(chǎn)生掃頻范圍為IOHz IOOOOkHz的掃頻信號。進一步，該外加試驗電源包括三相測試時的AC380V試驗電壓以及單相測試時的AC220V試驗電壓。進一步，該阻抗測試單元的電流信號取樣模塊采用CT取樣方式，電壓信號取樣模塊采用PT取樣方式。進一步，該阻抗測試單元的外加試驗電源和A/D轉(zhuǎn)換模塊均與阻抗測試單元的可編程FPGA模塊相連。進一步，該微處理器為ARMll處理器。采用上述結(jié)構(gòu)后，本實用新型涉及一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其工作過程包括頻響測試過程和阻抗測試過程，該頻響測試過程為個人電腦通過通訊單元向分析處理單元發(fā)出測試命令，微處理器和DSP模塊在接收到頻響測試命令后向頻響測試單元的可編程FPGA模塊發(fā)送開始測試命令，之后該可編程FPGA模塊向DDS掃頻信號發(fā)生模塊發(fā)出產(chǎn)生相應(yīng)掃頻信號的命令，使DDS掃頻信號發(fā)生模塊按照命令發(fā)出掃頻激勵信號，經(jīng)過濾波、放大將掃頻激勵信號施加到變壓器繞組上。同時，可編程FPGA模塊控制A/D轉(zhuǎn)換模塊對經(jīng)過信號調(diào)理處理的繞組響應(yīng)信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入數(shù)字信號處理模塊進行處理，處理結(jié)果輸入分析處理單元進行運算并將其運算結(jié)果通過通訊模塊送回個人電腦上，最終由個人電腦進行測試結(jié)果的顯示、統(tǒng)計分析、輸出和存儲。該阻抗測試過程為個人電腦通過通訊單元向分析處理單元下發(fā)阻抗測試命令和所有的測試參數(shù)，微處理器和DSP模塊在接收到阻抗測試命令和相關(guān)測試參數(shù)后向該阻抗測試單元的可編程FPGA模塊發(fā)送開始測試命令，之后該可編程FPGA模塊控制外加試驗電源對變壓器高壓側(cè)繞組進行加電測試，此時變壓器低壓側(cè)繞組短路；在測試過程中，電流信號取樣模塊采集外加試驗電源的電流信號，電壓信號取樣模塊采集待測變壓器繞組產(chǎn)生的電壓信號，然后在可編程FPGA模塊的控制下，分別由信號調(diào)理模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)信號調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換并得到電壓和電流的數(shù)字信號，再將數(shù)字信號送入數(shù)字信號處理模塊的處理，處理結(jié)果輸入分析處理單元進行運算并將其運算結(jié)果通過通訊模塊送回個人電腦上，最終由個人電腦進行測試結(jié)果的顯示、統(tǒng)計分析、輸出和存儲。與現(xiàn)有儀器相比，本實用新型兼具了頻率響應(yīng)法和短路阻抗法兩種測量原理，能夠克服現(xiàn)有單一頻率響應(yīng)法或短路阻抗法存在的不足，有效提高了變壓器繞組變形診斷的效率和準確性，并且具有掃頻范圍廣、頻率響應(yīng)判據(jù)豐富、可信度高、操作簡便、抗干擾能力強以及便攜的特點。

圖1是本實用新型涉及一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器的現(xiàn)場測量方案框圖。圖2是本實用新型涉及一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器的工作原理圖。圖3是本實用新型的現(xiàn)場測量接線圖。圖中: 個人電腦 I繞組變形綜合檢測儀器 II待測變壓器 III頻響測試單元A阻抗測試單元 B分析處理單元C通訊單元 D電源模塊EUSB通訊模塊 I無線通訊模塊2微處理器 3DSP模塊4可編程FPGA模塊 5、12DDS掃頻信號發(fā)生模塊6濾波模塊 7寬頻放大模塊8自適應(yīng)信號調(diào)理模塊9、15A/D轉(zhuǎn)換模塊10、14數(shù)字信號處理模塊 11、13電壓信號取樣模塊16電流信號取樣模塊 17外加試驗電源18交流電源接口 19USB通訊接口20無線通訊 21接地端子22信號端子 23輸入端子24輸出端子 25電流輸入端子26電流輸出端子 27電壓輸入端子28。
具體實施方式
為了進一步解釋本實用新型的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來對本實用新型進行詳細闡述。如圖1所示，其示出的為本實用新型現(xiàn)場測量方案框圖，該測量方案主要包括個人電腦1、繞組變形綜合檢測儀器II和待測變壓器III。其中，該個人電腦I用于運行測試分析軟件以及進行數(shù)據(jù)存儲，該測試分析軟件可以根據(jù)實際需要進行相應(yīng)設(shè)計，其屬于本領(lǐng)域常用手段，在此不進行詳細說明；該繞組變形綜合檢測儀器II包括頻響測試單元A和阻抗測試單元B，用于完成所有的數(shù)據(jù)測試及數(shù)據(jù)原始處理；待測變壓器III可以為所有類型的電力變壓器。如圖2所示，其示出的為本實用新型的具體實施例，該繞組變形綜合檢測儀器II包括頻響測試單元A、阻抗測試單元B、分析處理單元C、通訊單元D以及電源模塊E，其中該頻響測試單元A，具有可編程FPGA模塊5、DDS掃頻信號發(fā)生模塊6、濾波模塊7、寬頻放大模塊8、自適應(yīng)信號調(diào)理模塊9、A/D轉(zhuǎn)換模塊10以及數(shù)字信號處理模塊11 ;該可編程FPGA模塊5可向DDS掃頻信號發(fā)生模塊6發(fā)出測試命令，DDS掃頻信號發(fā)生模塊6接收命令后產(chǎn)生掃頻激勵信號，具體地，該掃頻激勵信號的掃頻范圍為IOHz 10000kHz，并依次經(jīng)濾波模塊7、寬頻放大模塊8進行信號濾波和放大處理，該寬頻放大模塊8的輸出端還與待測變壓器III相連而將處理后的掃頻信號施加到待測變壓器III中繞組的激勵端。同時，該自適應(yīng)信號調(diào)理模塊9的輸入端還與待測變壓器III相連以采集響應(yīng)端信號，該可編程FPGA模塊5控制A/D轉(zhuǎn)換模塊10對經(jīng)自適應(yīng)信號調(diào)理模塊9調(diào)理的繞組激勵信號和響應(yīng)信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并送入數(shù)字信號處理模塊11進行初步處理。該阻抗測試單元B，具有可編程FPGA模塊12、數(shù)字信號處理模塊13、A/D轉(zhuǎn)換模塊14、自適應(yīng)信號調(diào)理模塊15、電壓信號取樣模塊16以及電流信號取樣模塊17 ;其中，該可編程FPGA模塊12按照命令，具體是按照分析處理單元C的命令來控制外加試驗電源18對待測變壓器III高壓側(cè)繞組進行加電測試，此時待測變壓器III低壓側(cè)繞組短接。在測試過程中，電壓信號取樣模塊16采集待測變壓器III繞組產(chǎn)生的電壓信號，電流信號取樣模塊17采集外加試驗電源的電流信號，該電流信號取樣模塊16和電壓信號取樣模塊17均與自適應(yīng)信號調(diào)理模塊15相連，將采集到的電壓、電流信號依次經(jīng)由自適應(yīng)信號調(diào)理模塊15、A/D轉(zhuǎn)換模塊14進行信號調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換，之后送入數(shù)字信號處理模塊13進行初步處理。優(yōu)選地，該A/D轉(zhuǎn)換模塊14受該可編程FPGA模塊12的控制。在具體實施時，該阻抗測試單元的電流信號取樣模塊采用CT取樣方式，而該電壓信號取樣模塊則采用PT取樣方式。該分析處理單元C，同時與頻響測試單元A的數(shù)字信號處理模塊11和阻抗測試單元B的數(shù)字信號處理模塊13相連，具有微處理器3和DSP模塊4 ;該微處理器3和DSP模塊4可接收個人電腦I送過來的測試命令并向頻率響應(yīng)測試單元A和阻抗測試單元B發(fā)出測試指令，還可對頻響測試單元A和阻抗測試單元B送回來的測試數(shù)據(jù)做進一步分析和運算。另外，該微處理器3采用ARMll處理器，從而具有較佳的分析運算能力。該通訊單元D，采用USB和無線以太網(wǎng)兩種通訊方式，并分別連接個人電腦I和分析處理單元C，其具體包括USB通訊模塊I和無線通訊模塊2，用于實現(xiàn)個人電腦I和變壓器繞組變形綜合檢測儀器II之間的通訊相連。該電源模塊E，用于為頻響測試單元A、阻抗測試單元B、分析處理單元C以及通訊單元D供給電能。另外，優(yōu)選地，該儀器II的分析處理板C可同時分析計算頻率響應(yīng)曲線、相關(guān)系數(shù)以及任意兩條頻率響應(yīng)曲線的標(biāo)準差。儀器II在進行阻抗測試時，需要外加試驗電源18進行輔助測試，通常三相測試時采用AC380V的試驗電壓，單相測試時采用AC220V的試驗電壓，且通過一次測試可同時獲得三相和單相繞組短路阻抗數(shù)據(jù)。這樣，本實用新型涉及的一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其可通過其內(nèi)部的頻響測試單元A產(chǎn)生掃頻激勵信號施加到待測變壓器III繞組上，并測量繞組響應(yīng)端的響應(yīng)信號，從而計算獲得待測變壓器III繞組的頻率響應(yīng)特征，包括頻率響應(yīng)曲線、相關(guān)系數(shù)、標(biāo)準差等，實現(xiàn)待測變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)法檢測；也可通過其內(nèi)部的阻抗測試單元B和外加試驗電源18進行待測變壓器繞組短路阻抗法測試，獲得各繞組的短路阻抗、漏電感參數(shù)，并與銘牌值或歷史值進行比較，從而判斷待測變壓器繞組的變形狀況。本實用新型提出了一種兼具頻率響應(yīng)法和短路阻抗法兩種測量原理的變壓器繞組變形檢測儀器，能夠較好地克服使用單一頻率響應(yīng)法或短路阻抗法存在的不足，能夠有效提高變壓器繞組變形診斷的效率和準確性，并且具有掃頻范圍廣、頻率響應(yīng)判據(jù)豐富、可信度高、操作簡便、抗干擾能力強以及便攜性佳的特點。如圖3所示，下面以三相電力變壓器(Y-Y型)為例，來介紹測試的整個過程，其具體包括如下步驟:①將變壓器繞組變形綜合檢測儀器II的交流電源接口 19接到交流220V的供電電源上，打開電源開關(guān)；②使用配套的USB數(shù)據(jù)線接入USB通訊接口 20，或者打開個人電腦的無線網(wǎng)絡(luò)連接搜索并連接無線通訊21，打開配套的測試分析軟件，連接儀器和個人電腦；③將儀器的接地端子22與待測三相電力變壓器的外殼一同接地，確保儀器與大地可靠連接；④頻率響應(yīng)法測試流程:a.將儀器配套的頻率響應(yīng)法測量線和測試鉗分別對應(yīng)接入信號端子23、輸入端子24和輸出端子25，并與待測變壓器繞組的首末端相連，運行測試分析軟件進行頻率響應(yīng)法測試，獲得頻率響應(yīng)特征。頻率響應(yīng)的計算公式:
權(quán)利要求1.一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其特征在于，包括: 頻響測試單元，具有依次相連的可編程FPGA模塊、DDS掃頻信號發(fā)生模塊、濾波模塊、寬頻放大模塊、自適應(yīng)信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號處理模塊；所述DDS掃頻信號發(fā)生模塊按照可編程FPGA模塊傳送過來的測試命令產(chǎn)生所需的掃頻激勵信號，經(jīng)過濾波模塊去除干擾成分和寬頻放大模塊放大激勵信號功率而形成滿足測試要求的大功率信號，該寬頻放大模塊的輸出端還與待測變壓器相連以將放大后的激勵信號施加到待測變壓器的繞組上，該自適應(yīng)信號調(diào)理模塊的輸入端還與待測變壓器相連以采集響應(yīng)端信號，并實現(xiàn)對變壓器繞組激勵端和響應(yīng)端信號進行自動調(diào)理而消除其中混雜的干擾信號，該A/D轉(zhuǎn)換模塊則進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并送入數(shù)字信號處理模塊進行處理； 阻抗測試單元，具有可編程FPGA模塊、數(shù)字信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、自適應(yīng)信號調(diào)理模塊、電壓信號取樣模塊和電流信號取樣模塊；所述可編程FPGA模塊按命令控制外加工作試驗電源對變壓器繞組進行加電測試，該電流信號取樣模塊采集外加試驗電源的電流，電壓信號取樣模塊采集待測變壓器繞組產(chǎn)生的電壓信號，該電流信號取樣模塊和電壓信號取樣模塊均與自適應(yīng)信號調(diào)理模塊相連以將采集到的電流、電壓信號通過自適應(yīng)信號調(diào)理模塊進行調(diào)理而消除其中混雜的干擾信號，該A/D轉(zhuǎn)換模塊與自適應(yīng)信號調(diào)理模塊相連而進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該數(shù)字信號處理模塊則與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連； 分析處理單元，具有微處理器和DSP模塊，該分析處理單元與頻響測試單元的數(shù)字信號處理模塊和阻抗測試單元的數(shù)字信號處理模塊均相連以對兩者發(fā)送過來的測試數(shù)據(jù)進行運算，該分析處理單元還與頻響測試單元的可編程FPGA模塊和阻抗測試單元的可編程FPGA模塊相連； 通訊單元，具備USB通訊模塊和無線通訊模塊，該通訊單元與分析處理單元相連并接收分析處理單元的運算結(jié)果，該通訊單元還與個人電腦相連而將運算結(jié)果發(fā)送至個人電腦； 電源模塊，為頻響測試單元、阻抗測試單元、分析處理單元以及通訊單元供給電能。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其特征在于，該頻響測試單元的DDS掃頻信號發(fā)生模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊均與頻響測試單元的可編程FPGA模塊相連。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其特征在于，該DDS掃頻信號發(fā)生模塊產(chǎn)生掃頻范圍為IOHz 1OOOOkHz的掃頻信號。
4.如權(quán)利要求1所述的一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其特征在于，該外加試驗電源包括三相測試時的AC380V試驗電壓以及單相測試時的AC220V試驗電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其特征在于，該阻抗測試單元的電流信號取樣模塊采用CT取樣方式，電壓信號取樣模塊采用PT取樣方式。
6.如權(quán)利要求1所述的一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其特征在于，該阻抗測試單元的外加試驗電源和A/D轉(zhuǎn)換模塊均與阻抗測試單元的可編程FPGA模塊相連。
7.如權(quán)利要求1所述的一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，其特征在于，該微處理器為ARMll處理器。
專利摘要本實用新型公開一種電力變壓器繞組變形綜合檢測儀器，包括頻響測試單元、阻抗測試單元、分析處理單元、通訊單元和電源模塊，該頻響測試單元具有可編程FPGA模塊、DDS掃頻信號發(fā)生模塊、濾波模塊、寬頻放大模塊、自適應(yīng)信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號處理模塊，該阻抗測試單元具有可編程FPGA模塊、數(shù)字信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、自適應(yīng)信號調(diào)理模塊、電壓信號取樣模塊和電流信號取樣模塊；該分析處理單元具有微處理器和DSP模塊，該通訊單元具有USB通訊模塊和無線通訊模塊。本實用新型能夠提高變壓器繞組變形診斷的效率和準確性，并且具有掃頻范圍廣、頻率響應(yīng)判據(jù)豐富、可信度高、操作簡便、抗干擾能力強以及便攜的特點。
文檔編號G01R31/00GK202916357SQ20122053424
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者郭翔, 林陽坡, 鄧敏 申請人:廈門紅相電力設(shè)備股份有限公司