CN103454552A - 一种变压器绕组变形在线监测芯片 - Google Patents

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王蒙
袁玉湘
于坤山
姜学平
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Abstract

本发明提供一种变压器绕组变形在线监测芯片，其原理采用的是在线频响法监测变压器绕组变形，芯片包括扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块、控制模块、数据存储模块和通信模块；所述扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和通信模块分别和所述控制模块连接，所述扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块依次单向连接。该变压器绕组变形在线监测芯片，具有小型化、低成本、低功耗、抗干扰能力强等优点，是实现在线监测的必要手段，为电网安全可靠运行提供核芯保障，该在线监测芯片用于变压器绕组变形监测系统。

Description

一种变压器绕组变形在线监测芯片
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种变压器绕组变形在线监测芯片。
背景技术
变压器作为电力系统的核心设备，它的安全运行对保障电网安全起着十分重要的作用。由于变压器设计、工艺制造以及运行环境原因，变压器绕组可能会发生松散变形，尤其在变压器承受过电压后，绕组将出现不可恢复性变形，变形严重时，将会影响局部的电场分布，加速局部油脂绝缘的老化，直至击穿发生。
为此，国家电网公司将其列入十二五优先重点解决的技术难题之一；在589号文件《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》15.2条中规定；“110KV及以上电压等级变压器在出厂和投产前应做低电压短路阻抗测试或用频响法测试绕组变形以保留原始记录。”15.6条中规定：“变压器在遭受近区突发短路后，应做低电压短路阻抗测试或用频响法测试绕组变形，并与原始记录比较，判断变压器无故障后，方可投运。”
传统离线检测方法测试环境简单，不受系统运行因素的影响，多用于变压器出厂试验、故障检修或计划检修中。但由于传统离线监测方法均需使变压器退出运行，无法在变压器工作时监测变压器绕组变化的情况，不能随时监测绕组状态并及时发现故障，导致变压器发生故障时造成很大的损失。所以在线监测变压器绕组变化的情况，能及时的发现变压器的绕组所存在的故障隐患，在设备故障前有计划安排检修,将有效减少变压器故障发生率，并减少了由于变压器突发情况的损失。国内也有部分单位对变压器绕组变化做在线系统监测研究，但由于其系统精度低，灵敏度差，很难实现在线精确的监测。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种变压器绕组变形在线监测芯片，该变压器绕组变形在线监测芯片，具有小型化、低成本、低功耗、抗干扰能力强等优点，是实现在线监测的必要手段，为电网安全可靠运行提供核芯保障，该在线监测芯片用于变压器绕组变形监测系统。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种变压器绕组变形在线监测芯片，所述芯片包括扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块、控制模块、数据存储模块和通信模块；所述扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和通信模块分别和所述控制模块连接，所述扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块依次单向连接。
所述扫频信号发生器模块生成扫频信号，该扫频信号经过数模转换后经功率放大器加载到变压器绕组上，电压互感器将变压器绕组上的高电压信号转换为低电压信号，所述数据采集模块将经第二滤波进行滤波处理后的低电压信号转换为数字信号，并将该数字信号输入到所述数据处理模块进行频率响应变换，控制模块读取数据存储模块中的参考数据，控制数据处理模块中的相关系数计算模块进行变压器绕组判别相关系数计算，并通过所述通信模块与电力系统进行信息交互。
所述扫频信号发生器模块包括相位累加器、波形存储器、数模转换器和第一滤波器，所述控制模块控制所述相位累加器叠加相位以产生波形存储器的地址传递给所述波形存储器，波形储存器输出正弦序列经过所述模数转换器转换为模拟信号，所述模拟信号经过第一滤波器滤波传输给所述功率放大器。所述第一滤波器为低通滤波器。
所述累加器包括加法器和寄存器；所述波形存储器由ROM存储器构成，用于存储正弦序列。
所述数据采集模块包括模数转换器，所述模数转换器将经第二滤波器进行滤波处理后的低电压信号转换为数字信号，并将所述数字信号输入到数据处理模块；所述第二滤波器为高通滤波器。
所述数据处理模块包括频率响应变换模块和相关系数计算模块；所述频率响应变换模块将接收的数字信号进行频率响应变换，所述相关系数计算模块对数字信号进行计算得出变压器绕组判别相关系数并与变压器绕组变形的参考数据比较。
所述数据存储模块存储变压器绕组变形的参考数据。
所述通信模块支持RS485通信协议，将参考信号、频谱信号和变压器绕组判别相关系数计算结果传输出去进行显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)、本发明提供的变压器绕组变形在线监测芯片可以实现在线监测变压绕组变形，及时预测变压器存在的隐患故障；
2）、监测芯片具有小型化的优点，可将信号发生器、数据采集器及通信模块等集成在几平方厘米，使新设备简易的安置在变压器上；
3）、在线监测芯片成本低且具有低功耗的特点，在线监测需要配置到每个变压器，变压器绕组在线监测芯片针对此系统定制化了信号发生器、数据采集器及通信模块等，仅在测量时产生极低功耗；
4）、抗电磁干扰能力强，在线监测芯片可以集成多个模块，减少互连，有效避免了耦合时引入的干扰。
附图说明
图1是变压器绕组变形在线监测芯片拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明提供一种变压器绕组变形在线监测芯片，所述芯片包括扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块、控制模块、数据存储模块和通信模块；所述扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和通信模块分别和所述控制模块连接，所述扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块依次单向连接。
所述扫频信号发生器模块生成扫频信号，该扫频信号经过数模转换后经功率放大器加载到变压器绕组上，电压互感器将变压器绕组上的高电压信号转换为低电压信号，所述数据采集模块将经第二滤波进行滤波处理后的低电压信号转换为数字信号，并将该数字信号输入到所述数据处理模块进行频率响应变换，控制模块读取数据存储模块中的参考数据，控制数据处理模块中的相关系数计算模块进行变压器绕组判别相关系数计算，并通过所述通信模块与电力系统进行信息交互。
所述扫频信号发生器模块包括相位累加器、波形存储器、数模转换器和第一滤波器，所述控制模块控制所述相位累加器叠加相位以产生波形存储器的地址传递给所述波形存储器，波形储存器输出正弦序列经过所述模数转换器转换为模拟信号，所述模拟信号经过第一滤波器滤波传输给所述功率放大器。所述第一滤波器为低通滤波器。
所述累加器包括加法器和寄存器；所述波形存储器由ROM存储器构成，用于存储正弦序列。
所述数据采集模块包括模数转换器，所述模数转换器将经第二滤波器进行滤波处理后的低电压信号转换为数字信号，并将所述数字信号输入到数据处理模块；所述第二滤波器为高通滤波器。
所述数据处理模块包括频率响应变换模块和相关系数计算模块；所述频率响应变换模块将接收的数字信号进行频率响应变换，所述相关系数计算模块对数字信号进行计算得出变压器绕组判别相关系数并与变压器绕组变形的参考数据比较。
所述数据存储模块存储变压器绕组变形的参考数据。
所述通信模块支持RS485通信协议，将参考信号、频谱信号和变压器绕组判别相关系数计算结果传输出去进行显示。
通过该变压器绕组变形在线监测芯片实现基于在线频率响应法的变压器绕组变形在线监测，过程如下：
1）控制模块控制扫频信号发生器生成扫频信号，所述扫频信号经过数模转换后经功率放大器加载到变压器绕组上，电压互感器将变压器绕组上的高电压信号转换为低电压信号，并将该低电压信号传输给第二滤波器；
2）数据采集模块采集经过第二滤波器滤波后的低电压信号，并将其转换为数字信号；
3）数据处理模块对所述数字信号进行频率响应变换，并根据输入的数字信号计算变压器绕组变形判别相关系数，通过通信模块进行信息交互。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种变压器绕组变形在线监测芯片，其特征在于：所述芯片包括扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块、控制模块、数据存储模块和通信模块；所述扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和通信模块分别和所述控制模块连接，所述扫频信号发生器模块、数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块依次单向连接。
2.根据权利要求1所述的变压器绕组变形在线监测芯片，其特征在于：所述扫频信号发生器模块生成扫频信号，该扫频信号经过数模转换后经功率放大器加载到变压器绕组上，电压互感器将变压器绕组上的高电压信号转换为低电压信号，所述数据采集模块将经第二滤波进行滤波处理后的低电压信号转换为数字信号，并将该数字信号输入到所述数据处理模块进行频率响应变换，控制模块读取数据存储模块中的参考数据，控制数据处理模块中的相关系数计算模块进行变压器绕组判别相关系数计算，并通过所述通信模块与电力系统进行信息交互。
3.根据权利要求1所述的变压器绕组变形在线监测芯片，其特征在于：所述扫频信号发生器模块包括相位累加器、波形存储器、数模转换器和第一滤波器，所述控制模块控制所述相位累加器叠加相位以产生波形存储器的地址传递给所述波形存储器，波形储存器输出正弦序列经过所述模数转换器转换为模拟信号，所述模拟信号经过第一滤波器滤波传输给所述功率放大器。
4.根据权利要求3所述的变压器绕组变形在线监测芯片，其特征在于：所述第一滤波器为低通滤波器。
5.根据权利要求3所述的变压器绕组变形在线监测芯片，其特征在于：所述累加器包括加法器和寄存器；所述波形存储器由ROM存储器构成，用于存储正弦序列。
6.根据权利要求1所述的变压器绕组变形在线监测芯片，其特征在于：所述数据采集模块包括模数转换器，所述模数转换器将经第二滤波器进行滤波处理后的低电压信号转换为数字信号，并将所述数字信号输入到数据处理模块；所述第二滤波器为高通滤波器。
7.根据权利要求1所述的变压器绕组变形在线监测芯片，其特征在于：所述数据处理模块包括频率响应变换模块和相关系数计算模块；所述频率响应变换模块将接收的数字信号进行频率响应变换，所述相关系数计算模块对数字信号进行计算得出变压器绕组判别相关系数并与变压器绕组变形的参考数据比较。
8.根据权利要求1所述的变压器绕组变形在线监测芯片，其特征在于：所述数据存储模块存储变压器绕组变形的参考数据。
9.根据权利要求1所述的变压器绕组变形在线监测芯片，其特征在于：所述通信模块支持RS485通信协议，将参考信号、频谱信号和变压器绕组判别相关系数计算结果传输出去进行显示。
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