基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置制造方法
【專利摘要】基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，包括安裝在變壓器上的多個振動傳感器、電源轉(zhuǎn)換模塊，所述振動傳感器連接信號放大電路，信號放大電路連接帶通濾波電路，帶通濾波電路分別連接比較器、單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊連接比較器、聲光報警模塊和液晶顯示模塊。本實用新型基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，采用多個振動傳感器組成傳感器列陣，感應(yīng)變壓器外殼上所產(chǎn)生的振動，通過對檢測到的各類波形進(jìn)行分析，來判斷變壓器是否出現(xiàn)故障，并進(jìn)一步確定故障類型是什么。從而達(dá)到提前預(yù)警，提前維護(hù)，延長變壓器使用壽命，防止事故的發(fā)生。
【專利說明】基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型一種基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，用于變壓器故障檢測。

【背景技術(shù)】
[0002] 在電力系統(tǒng)的各設(shè)備中，變壓器的價值既十分昂貴，作用也十分重要。變壓器能否 安全運行，直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全運行。為了保證變壓器安全運行，盡可能延長檢修周期， 研究預(yù)測變壓器內(nèi)部潛伏性故障的方法是很有必要。變壓器內(nèi)部潛伏性故障常會伴隨振動 的發(fā)生，主要振動源是導(dǎo)電雜質(zhì)(如金屬屑、金屬線、以及毛刺等)，這些雜質(zhì)在高電場作用 下會漂浮跳動或發(fā)生電暈，從而導(dǎo)致外殼的振動。電力變壓器在運行過程中，硅鋼片的磁致 伸縮會引起鐵心振動，流過繞組的負(fù)載電流在磁場力的作用下也會產(chǎn)生振動。當(dāng)變壓器內(nèi) 部連接金屬部件松動也會導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)異常振動。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中變壓器故障檢測主要有三類：1)、用電氣法測量局部放電；2)、用化學(xué) 分析法分析由于放電所引起的氣體分解成份。這兩類方法對故障檢測和確定內(nèi)部故障點位 置都有一定效果。
[0004] 方法1):可以通過電流互感器采集變壓器a、b、c三相電流，看是否出現(xiàn)異常諧波。 還可以采用磁場傳感器來檢測變壓器在直流偏置嚴(yán)重情況下的恒定磁場。區(qū)別于額定頻率 50HZ下的交變磁場。但是由于潛在故障時，電流、電壓、磁場變化量非常微小，對傳感器靈敏 度要求高，這就會導(dǎo)致成本價格昂貴。只能檢測電氣故障。
[0005] 方法2):是用化學(xué)分析法分析放電產(chǎn)生的氣體，這來方法檢測比較靈敏，能夠在很 微弱的放電情況下就可以檢測，能夠達(dá)到提前預(yù)警的能力，但是化學(xué)法需要將接受器放置 在變壓器內(nèi)部，并且分析方法比較復(fù)雜，該方法只能檢測放電故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝 置，采用多個振動傳感器組成傳感器列陣，感應(yīng)變壓器外殼上所產(chǎn)生的振動，通過對檢測到 的各類波形進(jìn)行分析，來判斷變壓器是否出現(xiàn)故障，并進(jìn)一步確定故障類型是什么。從而達(dá) 到提前預(yù)警，提前維護(hù)，延長變壓器使用壽命，防止事故的發(fā)生。
[0007] 本實用新型采取的技術(shù)方案為：基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，包括安 裝在變壓器上的多個振動傳感器、電源轉(zhuǎn)換模塊，所述振動傳感器連接信號放大電路，信號 放大電路連接帶通濾波電路，帶通濾波電路分別連接比較器、單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊連接 比較器、聲光報警模塊和液晶顯示模塊。
[0008] 所述信號放大電路包括：一級放大電路、二級放大電路，所述振動傳感器連接一級 放大電路，一級放大電路連接帶通濾波電路，帶通濾波電路連接二級放大電路，二級放大電 路分別連接比較器、單片機(jī)模塊。
[0009] 所述多個振動傳感器組成傳感器陣列，固定在變壓器的外殼上。所述信號放大電 路包括多個放大單元，每一個放大單元對應(yīng)連接一個振動傳感器。所述帶通濾波電路包括 多個濾波單元，每一個濾波單元的頻譜與一個振動傳感器的頻譜一致。所述比較器包括多 個比較支路，每一個比較支路對應(yīng)一個振動傳感器的信號。
[0010] 所述比較器通過多路通道模塊連接單片機(jī)模塊。
[0011] 所述單片機(jī)模塊連接RS-232通訊模塊。
[0012] 所述電源轉(zhuǎn)換模塊包括：+5V降壓電路、-5V電壓轉(zhuǎn)換電路。
[0013] 所述聲光報警模塊包括LED燈、蜂鳴器。
[0014] 本實用新型基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，采用多個振動傳感器組成傳 感器列陣，其中每個傳感器的檢測頻譜范圍均不同。振動傳感器固定在變壓器的外殼上，感 應(yīng)變壓器外殼上所產(chǎn)生的振動，并將振動信號通過后期信號放大濾波后送入單片機(jī)模塊進(jìn) 處理，單片機(jī)模塊根據(jù)A/D采樣數(shù)據(jù)來檢測變壓器正常振動波形，以及潛在的機(jī)械和電氣 故障導(dǎo)致的振動。
[0015] 本實用新型基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，優(yōu)點如下：
[0016] 1)、使用方便，振動傳感器列陣可以直接安裝在變壓器外殼上，不需要改變變壓器 本身結(jié)構(gòu)；2)、檢測功能全面，不僅可以檢測電氣故障，還可以檢測機(jī)械故障，而且還可以通 過振動頻率判斷故障是有何種原因引起；3)、采用多個振動傳感器同時檢測，提高了檢測準(zhǔn) 確度和檢測精度；4)、由于振動傳感器直接接觸在變壓器上，信號強(qiáng)度接受更強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型裝置連接示意圖。
[0018] 圖2為本實用新型振動檢測及信號處理電路圖。
[0019] 圖3為本實用新型裝置單片機(jī)模塊及其外圍電路圖。
[0020] 圖4為本實用新型裝置電源轉(zhuǎn)換模塊電路圖。

【具體實施方式】
[0021] 自由導(dǎo)電粒子可以是金屬屑、或者金屬導(dǎo)線。自由導(dǎo)電粒子為金屬屑時，在電場中 運動碰撞外殼所引起，振動主要頻譜范圍集中2KHZ~10KHZ。自由導(dǎo)電粒子為金屬導(dǎo)線時，所 引起的振動頻率主要集中在6 KHZ ~10 KHZ。由自由導(dǎo)電粒子的運動引起的振動強(qiáng)度，可達(dá) 千分之一個重力加速度甚至千分之幾個重力加速度。變壓器鐵磁振蕩引起的振動頻譜，這 種機(jī)械振動的頻率比較低，一般在250 HZ ~1. 5 KHZ。但振動強(qiáng)度超過上面兩種強(qiáng)度的數(shù) 倍。而且直流偏置電流越高，鐵芯振動頻率會趨向于低頻。
[0022] 基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，包括安裝在變壓器上的多個振動傳感 器、電源轉(zhuǎn)換模塊，所述振動傳感器連接信號放大電路，信號放大電路連接帶通濾波電路， 帶通濾波電路分別連接比較器、單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊連接比較器、聲光報警模塊和液晶 顯示模塊。所述信號放大電路包括：一級放大電路、二級放大電路，所述振動傳感器連接一 級放大電路，一級放大電路連接帶通濾波電路，帶通濾波電路連接二級放大電路，二級放大 電路分別連接比較器、單片機(jī)模塊。
[0023] 本實用新型振動傳感器感應(yīng)到變壓器的振動信息后，將振動信息已微弱電流信號 傳導(dǎo)到一級信號放大電路中；一級運算放大器將微弱電流信號放大成電壓信號，然后傳送 到濾波電路中；濾波電路對信號進(jìn)行濾波處理，濾波后的信號由于會有減弱。因此對率波后 信號進(jìn)行第二次放大，放大后信號有兩個流向，一支直接送到單片機(jī)ATMEGA16內(nèi)部A/D進(jìn) 行幅值采樣，另一支經(jīng)過比較器轉(zhuǎn)換成方波送入單片機(jī)ATMEGA16的外部計數(shù)器中進(jìn)行頻 率采樣。最終單片機(jī)ATMEGA16將采集到頻率、幅值信息進(jìn)行處理，并將分析結(jié)果顯示在液 晶模塊上，還可以通過RS-232通訊模塊上傳到電腦。如果檢測緊急狀況，單片機(jī)ATMEGA16 可以通過聲光報警模塊提示運行人員，緊急處理。
[0024] 本實用新型振動傳感器陣列中：共有8個振動傳感器，這個8個傳感器分為4組：
[0025] 1) :1#、2#為第1組，頻譜范圍為50HZ?300 HZ以下；
[0026] 2) :3#、4#為第2組，頻譜范圍為250 HZ?2k HZ ;
[0027] 3) :5#、6#為第3組，頻譜范圍為1. 5KHZ?7 KHZ ;
[0028] 4): 7#、8#為第4組，頻譜范圍為6 KHZ?10 KHZ。一級放大電路中共有8個放大 單元，每個單元對應(yīng)一個振動傳感器，放大倍數(shù)一致。
[0029] 帶通濾波電路中共有8個濾波單元，分別對應(yīng)每個振動傳感器信號。每個濾波電 路單元的頻譜與對應(yīng)振動傳感器的頻譜一致。二級放大電路中共有8個放大電路，每個放 大單元對應(yīng)一個振動傳感器。放大倍數(shù)一致。比較器電路同樣還有8條比較支路，分別對 應(yīng)每個振動傳感器信號。
[0030] 下面電路說明中，將只對1#振動傳感器對應(yīng)支路進(jìn)行說明介紹。
[0031] 圖2為就是1#振動傳感器所對應(yīng)的信號處理支路，該電路分為振動傳感器電路、 一級放大電路、帶通濾波電路、二級放大電路、比較器電路五個部分。如：
[0032] 1)、振動傳感器電路：包括電阻R1、R2、R3,電容C1、C2和傳感器LS。該電路是給傳 感器施加電源激勵。5V電源通過電阻R1、R2接到FUS-40BT/BR的正極，再通過振動傳感器 負(fù)極接R3到地。當(dāng)振動傳感器感受到震動后，產(chǎn)生振動是其內(nèi)部的電容值發(fā)生變化，然后 振動傳感器兩端形成電流的充放電，從而產(chǎn)生電流信號。電容C1與電阻R1組成簡單50Hz 電源濾波，減少紋波對信號的干擾。C2是隔直電容，用于將電流信號中的直流分量去除。
[0033] 2)、一級信號放大電路：包括AD620儀表放大器UA1，電阻R4。該電路的主要功能 是將微弱的電流信號轉(zhuǎn)換成幅值很大的電壓信號，放大倍數(shù)可以達(dá)到1000倍而不會失真。
[0034] 3)、帶通濾波電路：包括6片0P37A運算放大器UB1、UC1，電阻R5、R6、R7、R8、R9、 R10、R11、R12,電容03工4、05工6。該電路是50抱?300抱帶通濾波器，主要濾除信號中干擾 信號，提高信號的純凈度。通過濾波器出來的信號有兩個去向，一個是直接通過端子A1的 ΡΑ0的AD引腳，另一個送至比較電路。
[0035] 4)、二級信號放大電路：包括0P37A運算放大器UD1，電阻R13、R14、R15組成。該 電路的主要功能是對濾波后的信號進(jìn)行放大，因為濾波對信號有一定的衰減。
[0036] 5)、比較電路：由三個LM393比較器UE1組成。每個比較器處理一路經(jīng)放大濾波后 的傳感器信號，將信號整理成5V的方波信號。比較電路產(chǎn)生的方波信號通過outl端子送 至圖3中ADG738多路通道選擇芯片，且分別為外部INT0、INT1、INT2中斷口，然后由單片機(jī) 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0037] 圖3為對應(yīng)是單片機(jī)及其外圍電路，單片機(jī)采用英特梅爾公司的Atmegal6單片 機(jī)，主要是用于采集傳感器模擬信號、數(shù)字信號以及驅(qū)動聲光報警電路和進(jìn)行窗口通訊。該 模塊電路主要分為五個部分：
[0038] 1)、單片機(jī)主要有六個功能：
[0039] X、通過ΡΑ(ΓΡΑ7引腳對振動傳感器放大濾波信號進(jìn)行A/D采集，采集精度為 1/1024V，滿量程為5V ;
[0040] .1:、通過PC7, PD4、PD5、PD6來驅(qū)動ADG738多路通道傳感器，并用PD2引腳的外部 中斷INTO接受方波信號，進(jìn)行計數(shù)；
[0041] 1、通過引腳PC0、PC1產(chǎn)生高低電平來驅(qū)動蜂鳴器和LED燈；
[0042] I、通過roo、roi (RXD、TXD串行引腳）來與電腦進(jìn)行通訊。
[0043] 2)、聲光報警模塊：通過單片機(jī)控制LED燈和蜂鳴器來實現(xiàn)。聲光報警電路包含有 電阻R1、R2、R3、R4，D1紅色LED，NPN三極管Q1、Q2，蜂鳴器BUZ1。當(dāng)PC0、PC1引腳產(chǎn)生高 電平時，驅(qū)動三極管Ql、Q2的基極，使三極管集電極和發(fā)射機(jī)導(dǎo)通，然后點亮LED燈和蜂鳴 器。
[0044] 4)、多路通道模塊：ADG738的主要功能是將8路比較器出來的方波信號，選擇性的 送入單片機(jī)計數(shù)端口。如圖中ADG738的S1?S8分別于比較器的輸出端口 outl?out8相連。 D (8號)為輸出引腳與單片機(jī)的INTO (TO2)相連。ADG738的1、2、3、16號引腳分別與單片 機(jī)的H)6、PC7、ro5、PD4相連接。單片機(jī)的PC7引腳主要是用來控制ADG738復(fù)位，PD4?PD6 用于控制ADG738的S1?S8那個導(dǎo)通。
[0045] 5)、RS232通訊模塊：是利用單片機(jī)的USART串行通訊功能與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 通過單片機(jī)的RXD (PDO)、TXD (roi)與U3協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊MAX232的T1IN (11號）、R10UT (12號)引腳相連。電容C1、C2是MAX232的濾波電容。MAX232的T10UT (14號)、R1IN (15 號）與串口 P1的TXD (3號)、RXD (2)相連。然后通過串口 P1與電腦相連
[0046] 圖4為電源轉(zhuǎn)換模塊：包含220V交流變12V直流電路，12V到+5V降壓電路，12V 至IJ-5V變換電路。9V電源由鋰電池提供，S1為開關(guān)，D1為方向二極管，防止電池接反燒毀 電路。
[0047] 1)、220V交流變12V直流電路，采用愛普公司下的WA20-30WH1型號的開關(guān)電源模 塊，可以講市電的220V交流轉(zhuǎn)換成12V的直流電。
[0048] 2)、12V到+5V降壓電路，包括穩(wěn)壓芯片7805，PNP三極管Q1，電容C1、C2,電阻R1， 發(fā)光二極管D2組成。7805的1號引腳接12V，2號引腳接地、3號引腳為5V輸出，三極管Q1 的射極、集電極與7805的1號引腳相連，集電極與3號引腳相連，電容C1、C2為輸入輸出的 電源濾波。電阻R1與LED燈D2為5V電源指示燈，提示使用者5V電源正常。
[0049] 3)、12V到-5V電壓變換電路，包括穩(wěn)壓芯片7905,電容C3、C4,電阻R2,發(fā)光二極 管D3組成。7905的1號引腳接12V，2號引腳接地、3號引腳為-5V輸出，電容C3、C4為輸 入輸出的電源濾波。電阻R2與LED燈D3為-5V電源指示燈，提示使用者-5V電源正常。
[0050] 檢測步驟：步驟：1):單片機(jī)初始化，AD端口初始化，計數(shù)器T0初始化；2):使能計 數(shù)器T0 ;3)控制ADG738的S1?S8循環(huán)導(dǎo)通，通過T0循環(huán)讀取1?8#振動傳感器的信號振動 頻率；4)、通過A/D采集端口去取1~8號傳感器的信號幅值；5)、通過數(shù)據(jù)判斷是否出現(xiàn)潛 在故障，如果是，則執(zhí)行"6"步，否則執(zhí)行"7"步；6)、聲光報警；7)、液晶顯示及串口數(shù)據(jù)上 傳；8)、返回到"3"循環(huán)執(zhí)行。
【權(quán)利要求】
1. 基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，包括安裝在變壓器上的多個振動傳感器、 電源轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于，所述振動傳感器連接信號放大電路，信號放大電路連接帶通濾 波電路，帶通濾波電路分別連接比較器、單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊連接比較器、聲光報警模 塊和液晶顯不|旲塊； 所述信號放大電路包括：一級放大電路、二級放大電路，所述振動傳感器連接一級放大 電路，一級放大電路連接帶通濾波電路，帶通濾波電路連接二級放大電路，二級放大電路分 別連接比較器、單片機(jī)模塊； 所述多個振動傳感器組成傳感器陣列，固定在變壓器的外殼上； 所述信號放大電路包括多個放大單元，每一個放大單元對應(yīng)連接一個振動傳感器； 所述帶通濾波電路包括多個濾波單元，每一個濾波單元的頻譜與一個振動傳感器的頻 譜一致； 所述比較器包括多個比較支路，每一個比較支路對應(yīng)一個振動傳感器的信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，其特征在于，所述比 較器通過多路通道模塊連接單片機(jī)模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，其特征在于，所述單 片機(jī)模塊連接RS-232通訊模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，其特征在于，所述電 源轉(zhuǎn)換模塊包括：+5V降壓電路、-5V電壓轉(zhuǎn)換電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于振動傳感器的變壓器故障預(yù)警裝置，其特征在于，所述聲 光報警模塊包括LED燈、蜂鳴器。
【文檔編號】G01H1/00GK204064443SQ201420089397
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】杜于龍, 常俊曉, 劉林, 徐浩 申請人:三峽大學(xué)