CN104198033A - 一种基于无线充能的干式变压器无线振动监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无线充能的干式变压器无线振动监测装置，包括：加速度振动传感器、充电控制与保护电路、可充电锂电池、电能接收装置、微处理器单元、无线数据发送单元；其中，所述电能接收装置包括接收线圈、整流滤波模块及稳压模块。本发明采用无线充电方式对可充电锂电池进行充电，振动传感装置不需要外接电源线，从而解决了电力变压器监测装置的供电问题；同时采用无线数据发送单元将采集到的变压器振动信息发送给接收装置，避免了高压现场的数据线布置问题，具有安装方便灵活的优点。

Description

一种基于无线充能的干式变压器无线振动监测装置

技术领域

本发明涉及干式变压器振动监测。

背景技术

1964年，德国AEG变压器厂研制出了第一台20kV级、400kVA铜线绕组环氧树脂浇注变压器。在此之后，荷兰司密特变压器厂、日本东芝、三菱、富士、大阪等变压器厂相继批量生产这种产品，其绝缘等级从B级提高到F级和H级。由于环氧树脂浇注变压器具有一系列优点，目前在欧洲环氧浇注变压器占干式变压器产量的70％左右。在美国、德国、日本等发达国家，干式变压器产量已占配电变压器产量20％以上。在成套变电站中，干式变压器已占80-90％。有些国家已明确规定，户内一律采用防火型变压器，不准使用油浸变压器。

我国国内许多变压器厂在20世纪80年代投入大量资金，引进了国外干式变压器先进技术和装备，使我国干式变压器得到了迅速发展，改变了我国干式变压器生产技术落后的面貌。目前我国环氧浇注干式变压器的容量和电压等级从10kV级的30～2500kVA扩展到35kV级50～20000kVA整个系列，110kV、31500kVA的产品也已经研发成功并挂网运行。随着自主研发能力的提高，目前我国干式变压器的品种、技术水平都有了较大的发展和提高，整个行业正在稳步有序地向前发展。随着干式变压器的应用越来越广泛，干式变压器的状态监测也变的越来越重要。目前，我国干式变压器的状态监测技术主要还是集中在绕组温度监测，一些大型干式变压器同时也对铁芯温度进行监测，对干式变压器的其他状态参数监测的还很少。干式变压器在工作期间，不仅绕组会发热同时变压器还会产生振动。变压器器身的振动是由于变压器本体(铁芯、绕组等的统称)的振动及冷却装置的振动产生的。本体的振动主要来源于：

1)变压器本体振动主要由铁芯振动引起的。造成铁芯振动有两个因素：

一是由硅钢片磁致伸缩而引起的铁芯振动；

二是铁芯接缝处磁力线发生畸变产生的纵牵力和铁芯中磁通分布不均在硅钢片间产生的侧推力；

2)负载电流产生的漏磁场，在绕组导体之间、绕组之间、绕组和铁芯之间、绕组之间产生电磁力，引起绕组、铁芯的振动；

3)变压器冷却风扇、紧固件和各种连接件的振动；

从物理角度来看，电力变压器器身表面的振动与变压器绕组及铁芯的压紧状况、绕组的位移及变形密切相关。因变压器器身各位置处的振动特征与距离最近的振源关系最紧密，根据变压器器身各处测取振动信号改变的程度可方便地判断出是哪一部分绕组或铁芯发生了故障，即利用振动法监测电力变压器可有助于实现故障定位。

目前市场常见的振动传感器大多都是需要电源线和数据线，也有公司研制出无线振动传感器，依靠无线收发装置来传输数据，但是需要在振动传感器上安装电池来提供能源。这种无线振动传感器省去了数据线，简化了现场布置，但是需要定期更换电池，特别是需要振动传感器不间断工作的场合，更换电池的周期会更短。对于电力变压器来说，振动传感器安装在变压器器身上，工作期间是不允许人员靠近的，人员距离变压器要保持一定的安全距离以防发生触电事故，按照规范要求：10千伏0.7米，35千伏1.0米，66-110千伏1.5米，因此在变压器工作期间带电更换电池的方式是很困难的。

发明内容

针对目前树脂浇注干式变压器振动监测的问题，本发明提出了一种基于无线充能的干式变压器无线振动监测装置，通过安装在干式变压器器身上对变压器的振动状态进行监测。这种振动监测装置具有精度高、安装方便、不需要额外提供供电电源线和数据线、安装方便灵活，依靠无线充能装置在安全距离外给振动监测装置充电，可以实现振动信号监测和发送的功能，非常适合于干式变压器的振动监测。

本发明采用以下技术方案实现：

一种基于无线充能的干式变压器无线振动监测装置，包括：加速度振动传感器、充电控制与保护电路、可充电锂电池、电能接收装置、微处理器单元、无线数据发送单元；其中，所述电能接收装置包括接收线圈、整流滤波模块及稳压模块。本发明采用无线充电方式对可充电锂电池进行充电，振动传感装置不需要外接电源线，从而解决了电力变压器监测装置的供电问题；同时采用无线数据发送单元将采集到的变压器振动信息发送给接收装置，避免了高压现场的数据线布置问题。

为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下将通过相关附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明的电能接收装置原理图；

图3是本发明的外形示意图；

其中：

1：金属底座    2：金属壳体

3：接收线圈放置盒    4：天线保护罩

具体实施方式

下面结合图1、图2、图3对本发明做出详细的说明。

如图1所示，一种基于无线充能的干式变压器无线振动监测装置，该装置包括：加速度振动传感器、充电控制与保护电路、可充电锂电池、电能接收装置、微处理器单元、无线数据发送单元。

由于干式变压器的振动信号来自多种振动源，其频率范围一般在10kHz以下，因此所述感器，的数字式振动传感器选择了ADXL001。ADXL001可以在3个动态范围(±70g/ADXL001-70，±250g/ADXL001-250，±500g/ADXL001-500)之间进行选择，谐振频率均为22kHz。这款器件采用3.3V或5V电源供电，无需外部电荷泵电路。而且ADXL001还拥有独特的自诊断模式，在应用中可以检验设备是否正常工作。

所述可充电锂电池选择LIR3048，电压为3.6V，容量为300mAh。所述充电控制与保护电路选择充电控制IC芯片CN3052B和少量外围元件组成，控制芯片CN3052B其充电电流最大可以达到180mA，而且可以通过选择外部电阻对充电电流进行限制，充电电压可以达到4.2V，同时还具有输入电压过低检测、自动再充电、电池温度监测及状态指示等功能。

如图2所示，所述电能接收装置由接收线圈、整流滤波模块及稳压模块组成。所述电能接收装置采用磁共振原理进行无线电能传输，其中接收线圈采用多股Litz线结构以提高Q值，线圈背面采用铁氧体隔磁片来隔离无线充电期间对后面电路的影响；整流滤波模块采用耐压为30V的肖特基二极管与滤波电容组成的全波整流滤波电路；稳压模块采用LM317稳压模块构成，其输出电压为5V。

所述微处理器单元采用MSP430F149单片机，加速度振动传感器的输出经过滤波后与单片机的A/D转换端口相连，单片机将振动信号转换为数字信号后通过无线数据发送单元发送给接收装置，无线数据发送单元采用TI公司的CC2500。

所述振动监测装置当锂电池的输出电压降低到一定程度时，微处理器单元将通过无线数据发送单元发送电池电量报警信号，提醒锂电池需要充电。当电能发送装置的发送线圈靠近电能接收装置的接收线圈时，微处理器单元将检测充电控制与保护电路中整流滤波电路的输出电压，根据发送线圈与接收线圈不同距离时整流滤波电路的输出电压值的变化寻找最优距离，当两个线圈距离为最优时发送提示信息给电能发送装置保持此距离不变。

如图3所示，本发明的外形示意图中接收线圈放置盒3和天线保护罩4均采用工程塑料制成，避免金属对无线充电造成干扰。

Claims (2)

1.一种基于无线充能的干式变压器无线振动监测装置，其特征是，包括加速度振动传感器、可充电锂电池、电能接收装置、微处理器单元、无线数据发送单元；微处理器单元将数字式振动传感器采集的变压器振动信息通过无线数据发送单元发送给接收装置；

所述电能接收装置包括接收线圈、整流滤波模块及稳压模块。

2.根据权利1所述的一种基于无线充能的干式变压器无线振动监测装置，其特征在于：所述振动监测装置的金属底座表面采用喷砂处理以获得粗糙且各向异性的特性，便于通过粘结剂更牢固的固定在环氧树脂浇注的干式变压器器身表面。