一種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端及其檢測方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比解決了在線監(jiān)測設(shè)備無法確定故障類型的缺陷。本發(fā)明包括安裝在配電變壓器上的振動加速度傳感器（9），還包括主控芯片（1），主控芯片（1）的串行口連有本地通訊單元（6），交流采樣電路（2）與主控芯片（1）的SPI接口相連，天線（4）通過無線通訊單元（3）與主控芯片（1）的信號端相連，所述的交流采樣電路（2）與振動加速度傳感器（9）相連。本發(fā)明可以實時監(jiān)測配電變壓器工況劣化過程，及時給出配電變壓器的故障處理意見。
【專利說明】—種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端及其檢測方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及配電變壓器設(shè)備維護【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說是一種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端及其檢測方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]配電變壓器在輸電線路中廣泛使用，其故障的種類較多，按照故障發(fā)生的部位，通?？梢詫⒆儔浩鞴收戏譃槔@組故障(包括絕緣擊穿、斷線、變形等)、鐵芯故障(包括鐵芯疊片之間絕緣損壞、接地、鐵芯的穿心螺栓絕緣擊穿等)、內(nèi)部的裝配金具故障(包括焊接不良、部件脫落等)。而無論故障發(fā)生在什么部位，故障發(fā)生過程中都不可避免的伴隨著震動的產(chǎn)生，且不同部位的故障振動特性各不相同。
[0005]目前常用的變壓器振動監(jiān)測是通過分析變壓器器身振動信號來診斷變壓器的潛在故障，分為離線式和在線式兩種模式。其中，離線式主要有以下兩種:
1、機械沖擊法
在電力變壓器繞組出口端施加機械的沖擊。由于鐵心中殘留有磁通，這時可以測得振動的繞組線圈切割磁力線而產(chǎn)生的電動勢的大小。對一定大小的機械沖擊，通過此電動勢的大小可以判斷繞組的壓緊狀況。
[0006]2、電動沖擊法
對變壓器繞組施加電動力沖擊。在這一脈沖衰減的過程中記錄下振動的繞組兩端感應(yīng)電動勢的大小及變化，以此來判斷繞組的壓緊狀況。
[0007]但離線式判斷方法在判斷時，變壓器必須退出運行。由于變壓器的自振頻率范圍很寬，對不同大小、容量的變壓器判斷繞組壓緊狀況的標(biāo)準(zhǔn)不同，如果殘留磁通很小，結(jié)果將會變得不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定。另外這兩種方法只能檢測出繞組的壓緊狀況，而對鐵芯的狀況無法做出判定。
[0008]在線式振動監(jiān)測的優(yōu)點是能夠通過固定在器身上的振動加速度傳感器獲得變壓器的振動信號，以一種安全無干擾和可靠的方式在線監(jiān)測，可以極大地提高診斷的實時性和準(zhǔn)確性。但現(xiàn)有技術(shù)中的在線監(jiān)測設(shè)備，其監(jiān)測結(jié)果可用性極差?，F(xiàn)有的配變振動在線監(jiān)測產(chǎn)品，多是對振動數(shù)據(jù)的簡單采集，只能得出振動的幅度和振動的頻率，最多得出配電變壓器振動在加劇的結(jié)論，無法給出具體故障原因和類型。供電管理部門無法依據(jù)監(jiān)測設(shè)備采取實質(zhì)性的措施，使得配電變壓器振動在線監(jiān)測失去了意義。
[0009]如何開發(fā)出一種能夠判斷故障類型的在線監(jiān)測設(shè)備已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問題。
[0010]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中在線監(jiān)測設(shè)備無法確定故障類型的缺陷，提供一種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端及其檢測方法來解決上述問題。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端，包括安裝在配電變壓器上的振動加速度傳感器，還包括主控芯片，主控芯片的串行口連有本地通訊單元，交流采樣電路與主控芯片的SPI接口相連，天線通過無線通訊單元與主控芯片的信號輸出端相連，所述的交流采樣電路與振動加速度傳感器相連。
[0013]還包括電源、存儲器和人機界面，所述的電源和存儲器分別與主控芯片相連，所述的人機界面與主控芯片的串行口相連。
[0014]一種用于配電變壓器故障檢測的檢測方法，包括以下步驟:
設(shè)備預(yù)處理，主控芯片進(jìn)行自檢、讀取系統(tǒng)參數(shù)、通過無線通訊單元連接主站；
定時采集，主控芯片根據(jù)設(shè)定的時間按周期控制交流采樣電路采集振動加速度傳感器的數(shù)據(jù)；
故障判斷，主控芯片根據(jù)采集到的振動加速度傳感器的數(shù)據(jù)，判斷配電變壓器的故障類型。
[0015]一種用于配電變壓器故障檢測的檢測方法，所述的故障判斷包括以下步驟:
測算基頻、高頻數(shù)據(jù)，
若基頻為100Hz、高頻為基頻的整數(shù)倍時，鐵芯存在故障，進(jìn)行鐵芯故障類型判斷；
若基頻為100Hz時，繞組存在故障，進(jìn)行繞組故障類型判斷；
鐵芯故障類型判斷，
計算相鄰兩次基頻之間的振動幅度增加量，計算相鄰兩次高頻之間的振動幅度增加量，若基頻和高頻的振動幅度增加量均大于20%，則發(fā)出鐵芯故障停運警告；
若基頻和高頻的振動幅度增加量在10%至20%之間，則發(fā)出鐵芯故障檢修警告； 繞組故障類型判斷，
計算相鄰兩次基頻之間的振動幅度增加量，若基頻的振動幅度增加量大于20%,則發(fā)出繞組故障停運警告；
若基頻的振動幅度增加量在10%至20%之間，則發(fā)出繞組故障檢修警告。
[0016]有益效果
本發(fā)明的一種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端及其檢測方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比可以實時監(jiān)測配電變壓器工況劣化過程，及時給出配電變壓器的故障處理意見，有效提高配電變壓器利用率和完好率，減少停電事故。
[0017]本發(fā)明的檢測方法除了檢測配電變壓器振動相關(guān)的物理量外，還監(jiān)測相應(yīng)物理量的突變率，實現(xiàn)對配電變壓器工況劣化過程的監(jiān)測。解決了傳統(tǒng)測試方法中只能反映配電變壓器振動情況，無法準(zhǔn)確判斷工況劣化過程的問題。通過配電變壓器振動相關(guān)物理量的突變率和常規(guī)運行極限范圍，定量給出相關(guān)設(shè)備停運或檢修的處理意見。工作人員根據(jù)處理意見，可以適當(dāng)延長振動水平較低、振動水平穩(wěn)定的配電變壓器的更換時間，提高配電變壓器的利用率；及時提前更換振動水平較高、工況劣化速度很快的配電變壓器，避免停電事故的發(fā)生。
[0018]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明的電路連接框圖；
圖2為本發(fā)明的方法流程圖；
圖3為本發(fā)明中故障判斷的方法流程圖；
其中，1-主控芯片、2-交流采樣電路、3-無線通訊單元、4-天線、5-人機界面、6-本地通訊單元、7-存儲器、8-電源。
[0019]

【具體實施方式】
[0020]為使對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細(xì)的說明，說明如下:
如圖1所示，本發(fā)明所述的一種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端，包括安裝在配電變壓器上的振動加速度傳感器9，振動加速度傳感器9采集配電變壓器發(fā)生振動時的振蕩頻率。主控芯片1對終端進(jìn)行集中處理，其裝有嵌入式LINUX系統(tǒng)。主控芯片1的串行口連有本地通訊單元6，本地通訊單元6用于終端本地維護使用，可以外接USB接口、232接口、485接口和紅外接口。天線4通過無線通訊單元3與主控芯片1的信號端相連，天線4無線連接上位機或主站，無線通訊單元3可以選擇CDMA、GPRS或3G等。交流采樣電路2與主控芯片1的SPI接口相連，交流采樣電路2與振動加速度傳感器9相連，振動加速度傳感器9所采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過交流采樣電路2傳給主控芯片1進(jìn)行故障判斷。電源8與主控芯片1相連，為終端供電。存儲器7與主控芯片1相連，用于存儲采集的數(shù)據(jù)和記錄。人機界面5與主控芯片1的串行口相連，通過人機界面5進(jìn)行直觀讀取和操作。
[0021]配電變壓器在工作時，當(dāng)鐵芯壓緊程度降低而導(dǎo)致鐵芯發(fā)生松動或硅鋼片的自重使鐵芯彎曲變形時，磁致伸縮增大，進(jìn)而鐵芯振動變大；當(dāng)繞組出現(xiàn)變形、位移或崩塌時，繞組間壓緊程度不足，將使高低壓繞組間高度差逐漸擴大，繞組安匝不平衡加劇，漏磁造成的軸向力增大，繞組振動加劇。
[0022]由于磁致伸縮的變化周期恰恰是工頻周期的一半，所以磁致伸縮引起的電力變壓器本體的振動與噪聲以兩倍電源頻率，即100Hz為其基頻?？紤]到鐵芯磁滯損耗、渦流損耗以及沿鐵芯內(nèi)框和外框的磁路長度不同，而硅鋼片磁致伸縮率與磁感應(yīng)強度又具有非線性關(guān)系，導(dǎo)致磁通出現(xiàn)較為明顯的畸變，從而明顯地偏離了正弦形狀，即有高次諧波的磁通分量存在。這樣就使得鐵芯的振動頻譜中除了基頻振動之外，還包含有頻率為基頻整數(shù)倍的高頻的附加振動。另外，繞組內(nèi)電流的畸變也將導(dǎo)致匝間振動力出現(xiàn)高頻分量。但考慮到該電流的畸變程度比磁通的畸變程度要低，故繞組引起的附加振動比磁滯伸縮在頻率上要低一些，以100 Hz的基頻為主。
[0023]因此，我們可以考慮在振動頻率中以100 Hz為主，我們認(rèn)為是繞組存在故障；若振動頻率同時存在100Hz基頻和整數(shù)倍的高頻，即存在鐵芯故障。而在電力變壓器運行工況沒有變化的條件下，若振動幅值的當(dāng)前數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比比較穩(wěn)定地相差在10% -20%之間，則認(rèn)為電力變壓器可能存在故障隱患，需密切注意其運行，工作人員可以根據(jù)需要進(jìn)行維護。若這一變化比率大于20%，則認(rèn)為可能發(fā)生了嚴(yán)重故障，建議停運檢修，工作人員應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r間進(jìn)行停機維修。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明所述的一種用于配電變壓器故障檢測的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
第一步，設(shè)備預(yù)處理，主控芯片1進(jìn)行自檢、讀取系統(tǒng)參數(shù)、通過無線通訊單元3連接主站。
[0025]第二步，定時采集，主控芯片1根據(jù)設(shè)定的時間按周期控制交流采樣電路2采集振動加速度傳感器9的數(shù)據(jù)，具體時間根據(jù)實際需要設(shè)定即可。
[0026]第三步，故障判斷，主控芯片1根據(jù)采集到的振動加速度傳感器9的數(shù)據(jù)，判斷配電變壓器的故障類型。如圖3所示，其具體步驟如下:
(1)測算基頻、高頻數(shù)據(jù)，計算配電變壓器的振動數(shù)據(jù)。若基頻為100Hz、高頻為基頻的整數(shù)倍時，則認(rèn)為鐵芯存在故障，進(jìn)行鐵芯故障類型判斷，以決定是停機報警還是檢修報警。若只是基頻為100Hz時，則認(rèn)為繞組存在故障，進(jìn)行繞組故障類型判斷，以決定是停機報警還是檢修報警。在鐵芯和繞組故障中基頻、高頻的判斷過程中，若出現(xiàn)振動幅度減少或振動幅度增加不足10%的情況時，則可以認(rèn)為當(dāng)前故障不需過多關(guān)注，但一旦發(fā)現(xiàn)振動幅度增長過快的情況，則進(jìn)行相應(yīng)的警示。
[0027](2)鐵芯故障類型判斷，計算相鄰兩次基頻之間的振動幅度增加量，將相鄰兩個時間周期內(nèi)所測得的基頻求差，得出基頻的振動幅度增加量。計算相鄰兩次高頻之間的振動幅度增加量，將相鄰兩個時間周期內(nèi)所測得的高頻求差，得出高頻的振動幅度增加量。若基頻和聞頻的振動幅度增加量均大于20%,說明鐵芯的振動幅度在快遞加大，有重大危險或損壞可能，發(fā)出鐵芯故障停運警告，建議工作人員停止配電變壓器工作，進(jìn)行緊急維修。若基頻和高頻的振動幅度增加量在10%至20%之間，說明當(dāng)前鐵芯雖有故障，但并不緊急，發(fā)出鐵芯故障檢修警告，建議工作人員進(jìn)行檢修。
[0028](3)繞組故障類型判斷，計算相鄰兩次基頻之間的振動幅度增加量，將相鄰兩個時間周期內(nèi)所測得的基頻求差，得出基頻的振動幅度增加量。若基頻的振動幅度增加量大于20%，說明當(dāng)前繞組故障非常緊急，發(fā)出繞組故障停運警告，建議工作人員停機維修。若基頻的振動幅度增加量在10%至20%之間，說明當(dāng)時繞組雖有故障但不緊急，發(fā)出繞組故障檢修警告，建議工作人員安排時間進(jìn)行維護。
[0029]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端，包括安裝在配電變壓器上的振動加速度傳感器(9 )，其特征在于:還包括主控芯片(I)，主控芯片(I)的串行口連有本地通訊單元(6)，交流采樣電路(2)與主控芯片(I)的SPI接口相連，天線(4)通過無線通訊單元(3)與主控芯片(I)的信號端相連，所述的交流采樣電路(2)與振動加速度傳感器(9)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于配電變壓器故障檢測的在線監(jiān)測終端，其特征在于:還包括電源(8)、存儲器(7)和人機界面(5)，所述的電源(8)和存儲器(7)分別與主控芯片(I)相連，所述的人機界面(5)與主控芯片(I)的串行口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于配電變壓器故障檢測的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 31)設(shè)備預(yù)處理，主控芯片(I)進(jìn)行自檢、讀取系統(tǒng)參數(shù)、通過無線通訊單元(3)連接主站； 32)定時采集，主控芯片(I)根據(jù)設(shè)定的時間按周期控制交流采樣電路(2)采集振動加速度傳感器(9)的數(shù)據(jù)； 33)故障判斷，主控芯片(I)根據(jù)采集到的振動加速度傳感器(9)的數(shù)據(jù)，判斷配電變壓器的故障類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于配電變壓器故障檢測的檢測方法，其特征在于，所述的故障判斷包括以下步驟: 41)測算基頻、高頻數(shù)據(jù)， 若基頻為10Hz、高頻為基頻的整數(shù)倍時，鐵芯存在故障，進(jìn)行鐵芯故障類型判斷； 若基頻為10Hz時，繞組存在故障，進(jìn)行繞組故障類型判斷； 42)鐵芯故障類型判斷， 計算相鄰兩次基頻之間的振動幅度增加量，計算相鄰兩次高頻之間的振動幅度增加量，若基頻和高頻的振動幅度增加量均大于20%，則發(fā)出鐵芯故障停運警告； 若基頻和高頻的振動幅度增加量在10%至20%之間，則發(fā)出鐵芯故障檢修警告； 43)繞組故障類型判斷， 計算相鄰兩次基頻之間的振動幅度增加量，若基頻的振動幅度增加量大于20%,則發(fā)出繞組故障停運警告； 若基頻的振動幅度增加量在10%至20%之間，則發(fā)出繞組故障檢修警告。
【文檔編號】G01R31/00GK104345233SQ201410569615
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】吳少雷, 馮玉, 趙成, 陸巍, 張征凱, 裴倩 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院, 安徽中興繼遠(yuǎn)信息技術(shù)股份有限公司