CN104345233A - 一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端及其检测方法，与现有技术相比解决了在线监测设备无法确定故障类型的缺陷。本发明包括安装在配电变压器上的振动加速度传感器（9），还包括主控芯片（1），主控芯片（1）的串行口连有本地通讯单元（6），交流采样电路（2）与主控芯片（1）的SPI接口相连，天线（4）通过无线通讯单元（3）与主控芯片（1）的信号端相连，所述的交流采样电路（2）与振动加速度传感器（9）相连。本发明可以实时监测配电变压器工况劣化过程，及时给出配电变压器的故障处理意见。

Description

一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端及其检测方法

 

技术领域

本发明涉及配电变压器设备维护技术领域，具体来说是一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端及其检测方法。

 

背景技术

配电变压器在输电线路中广泛使用，其故障的种类较多，按照故障发生的部位，通常可以将变压器故障分为绕组故障（包括绝缘击穿、断线、变形等）、铁芯故障（包括铁芯叠片之间绝缘损坏、接地、铁芯的穿心螺栓绝缘击穿等）、内部的装配金具故障（包括焊接不良、部件脱落等）。而无论故障发生在什么部位，故障发生过程中都不可避免的伴随着震动的产生，且不同部位的故障振动特性各不相同。

目前常用的变压器振动监测是通过分析变压器器身振动信号来诊断变压器的潜在故障，分为离线式和在线式两种模式。其中，离线式主要有以下两种：

1、机械冲击法

在电力变压器绕组出口端施加机械的冲击。由于铁心中残留有磁通，这时可以测得振动的绕组线圈切割磁力线而产生的电动势的大小。对一定大小的机械冲击，通过此电动势的大小可以判断绕组的压紧状况。 

2、电动冲击法

对变压器绕组施加电动力冲击。在这一脉冲衰减的过程中记录下振动的绕组两端感应电动势的大小及变化，以此来判断绕组的压紧状况。

但离线式判断方法在判断时，变压器必须退出运行。由于变压器的自振频率范围很宽，对不同大小、容量的变压器判断绕组压紧状况的标准不同，如果残留磁通很小，结果将会变得不准确、不稳定。另外这两种方法只能检测出绕组的压紧状况，而对铁芯的状况无法做出判定。

在线式振动监测的优点是能够通过固定在器身上的振动加速度传感器获得变压器的振动信号，以一种安全无干扰和可靠的方式在线监测，可以极大地提高诊断的实时性和准确性。但现有技术中的在线监测设备，其监测结果可用性极差。现有的配变振动在线监测产品，多是对振动数据的简单采集，只能得出振动的幅度和振动的频率，最多得出配电变压器振动在加剧的结论，无法给出具体故障原因和类型。供电管理部门无法依据监测设备采取实质性的措施，使得配电变压器振动在线监测失去了意义。

如何开发出一种能够判断故障类型的在线监测设备已经成为急需解决的技术问题。

 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中在线监测设备无法确定故障类型的缺陷，提供一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端及其检测方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端，包括安装在配电变压器上的振动加速度传感器，还包括主控芯片，主控芯片的串行口连有本地通讯单元，交流采样电路与主控芯片的SPI接口相连，天线通过无线通讯单元与主控芯片的信号输出端相连，所述的交流采样电路与振动加速度传感器相连。

还包括电源、存储器和人机界面，所述的电源和存储器分别与主控芯片相连，所述的人机界面与主控芯片的串行口相连。

一种用于配电变压器故障检测的检测方法，包括以下步骤：

设备预处理，主控芯片进行自检、读取系统参数、通过无线通讯单元连接主站；

定时采集，主控芯片根据设定的时间按周期控制交流采样电路采集振动加速度传感器的数据；

故障判断，主控芯片根据采集到的振动加速度传感器的数据，判断配电变压器的故障类型。

一种用于配电变压器故障检测的检测方法，所述的故障判断包括以下步骤：

测算基频、高频数据，

若基频为100Hz、高频为基频的整数倍时，铁芯存在故障，进行铁芯故障类型判断；

若基频为100Hz时，绕组存在故障，进行绕组故障类型判断；

铁芯故障类型判断，

计算相邻两次基频之间的振动幅度增加量，计算相邻两次高频之间的振动幅度增加量，若基频和高频的振动幅度增加量均大于20%，则发出铁芯故障停运警告；

若基频和高频的振动幅度增加量在10%至20%之间，则发出铁芯故障检修警告；

绕组故障类型判断，

计算相邻两次基频之间的振动幅度增加量，若基频的振动幅度增加量大于20%，则发出绕组故障停运警告；

若基频的振动幅度增加量在10%至20%之间，则发出绕组故障检修警告。

 

有益效果

本发明的一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端及其检测方法，与现有技术相比可以实时监测配电变压器工况劣化过程，及时给出配电变压器的故障处理意见，有效提高配电变压器利用率和完好率，减少停电事故。

本发明的检测方法除了检测配电变压器振动相关的物理量外，还监测相应物理量的突变率，实现对配电变压器工况劣化过程的监测。解决了传统测试方法中只能反映配电变压器振动情况，无法准确判断工况劣化过程的问题。通过配电变压器振动相关物理量的突变率和常规运行极限范围，定量给出相关设备停运或检修的处理意见。工作人员根据处理意见，可以适当延长振动水平较低、振动水平稳定的配电变压器的更换时间，提高配电变压器的利用率；及时提前更换振动水平较高、工况劣化速度很快的配电变压器，避免停电事故的发生。

 

附图说明                      

图1为本发明的电路连接框图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为本发明中故障判断的方法流程图；

其中，1-主控芯片、2-交流采样电路、3-无线通讯单元、4-天线、5-人机界面、6-本地通讯单元、7-存储器、8-电源。

 

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端，包括安装在配电变压器上的振动加速度传感器9，振动加速度传感器9采集配电变压器发生振动时的振荡频率。主控芯片1对终端进行集中处理，其装有嵌入式LINUX系统。主控芯片1的串行口连有本地通讯单元6，本地通讯单元6用于终端本地维护使用，可以外接USB接口、232接口、485接口和红外接口。天线4通过无线通讯单元3与主控芯片1的信号端相连，天线4无线连接上位机或主站，无线通讯单元3可以选择CDMA、GPRS或3G等。交流采样电路2与主控芯片1的SPI接口相连，交流采样电路2与振动加速度传感器9相连，振动加速度传感器9所采集到的数据经过交流采样电路2传给主控芯片1进行故障判断。电源8与主控芯片1相连，为终端供电。存储器7与主控芯片1相连，用于存储采集的数据和记录。人机界面5与主控芯片1的串行口相连，通过人机界面5进行直观读取和操作。

配电变压器在工作时，当铁芯压紧程度降低而导致铁芯发生松动或硅钢片的自重使铁芯弯曲变形时，磁致伸缩增大，进而铁芯振动变大；当绕组出现变形、位移或崩塌时，绕组间压紧程度不足，将使高低压绕组间高度差逐渐扩大，绕组安匝不平衡加剧，漏磁造成的轴向力增大，绕组振动加剧。

由于磁致伸缩的变化周期恰恰是工频周期的一半，所以磁致伸缩引起的电力变压器本体的振动与噪声以两倍电源频率，即100Hz为其基频。考虑到铁芯磁滞损耗、涡流损耗以及沿铁芯内框和外框的磁路长度不同，而硅钢片磁致伸缩率与磁感应强度又具有非线性关系，导致磁通出现较为明显的畸变，从而明显地偏离了正弦形状，即有高次谐波的磁通分量存在。这样就使得铁芯的振动频谱中除了基频振动之外，还包含有频率为基频整数倍的高频的附加振动。另外，绕组内电流的畸变也将导致匝间振动力出现高频分量。但考虑到该电流的畸变程度比磁通的畸变程度要低，故绕组引起的附加振动比磁滞伸缩在频率上要低一些，以100 Hz的基频为主。

因此，我们可以考虑在振动频率中以100 Hz为主，我们认为是绕组存在故障；若振动频率同时存在100Hz基频和整数倍的高频，即存在铁芯故障。而在电力变压器运行工况没有变化的条件下，若振动幅值的当前数据与历史数据相比比较稳定地相差在10% - 20%之间，则认为电力变压器可能存在故障隐患，需密切注意其运行，工作人员可以根据需要进行维护。若这一变化比率大于20%，则认为可能发生了严重故障，建议停运检修，工作人员应当第一时间进行停机维修。

如图2所示，本发明所述的一种用于配电变压器故障检测的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，设备预处理，主控芯片1进行自检、读取系统参数、通过无线通讯单元3连接主站。

第二步，定时采集，主控芯片1根据设定的时间按周期控制交流采样电路2采集振动加速度传感器9的数据，具体时间根据实际需要设定即可。

第三步，故障判断，主控芯片1根据采集到的振动加速度传感器9的数据，判断配电变压器的故障类型。如图3所示，其具体步骤如下：

（1）测算基频、高频数据，计算配电变压器的振动数据。若基频为100Hz、高频为基频的整数倍时，则认为铁芯存在故障，进行铁芯故障类型判断，以决定是停机报警还是检修报警。若只是基频为100Hz时，则认为绕组存在故障，进行绕组故障类型判断，以决定是停机报警还是检修报警。在铁芯和绕组故障中基频、高频的判断过程中，若出现振动幅度减少或振动幅度增加不足10%的情况时，则可以认为当前故障不需过多关注，但一旦发现振动幅度增长过快的情况，则进行相应的警示。

（2）铁芯故障类型判断，计算相邻两次基频之间的振动幅度增加量，将相邻两个时间周期内所测得的基频求差，得出基频的振动幅度增加量。计算相邻两次高频之间的振动幅度增加量，将相邻两个时间周期内所测得的高频求差，得出高频的振动幅度增加量。若基频和高频的振动幅度增加量均大于20%，说明铁芯的振动幅度在快递加大，有重大危险或损坏可能，发出铁芯故障停运警告，建议工作人员停止配电变压器工作，进行紧急维修。若基频和高频的振动幅度增加量在10%至20%之间，说明当前铁芯虽有故障，但并不紧急，发出铁芯故障检修警告，建议工作人员进行检修。

（3）绕组故障类型判断，计算相邻两次基频之间的振动幅度增加量，将相邻两个时间周期内所测得的基频求差，得出基频的振动幅度增加量。若基频的振动幅度增加量大于20%，说明当前绕组故障非常紧急，发出绕组故障停运警告，建议工作人员停机维修。若基频的振动幅度增加量在10%至20%之间，说明当时绕组虽有故障但不紧急，发出绕组故障检修警告，建议工作人员安排时间进行维护。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端，包括安装在配电变压器上的振动加速度传感器（9），其特征在于：还包括主控芯片（1），主控芯片（1）的串行口连有本地通讯单元（6），交流采样电路（2）与主控芯片（1）的SPI接口相连，天线（4）通过无线通讯单元（3）与主控芯片（1）的信号端相连，所述的交流采样电路（2）与振动加速度传感器（9）相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于配电变压器故障检测的在线监测终端，其特征在于：还包括电源（8）、存储器（7）和人机界面（5），所述的电源（8）和存储器（7）分别与主控芯片（1）相连，所述的人机界面（5）与主控芯片（1）的串行口相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于配电变压器故障检测的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

31）设备预处理，主控芯片（1）进行自检、读取系统参数、通过无线通讯单元（3）连接主站；

32）定时采集，主控芯片（1）根据设定的时间按周期控制交流采样电路（2）采集振动加速度传感器（9）的数据；

33）故障判断，主控芯片（1）根据采集到的振动加速度传感器（9）的数据，判断配电变压器的故障类型。

4.根据权利要求3所述的一种用于配电变压器故障检测的检测方法，其特征在于，所述的故障判断包括以下步骤：

41）测算基频、高频数据，

若基频为100Hz、高频为基频的整数倍时，铁芯存在故障，进行铁芯故障类型判断；

若基频为100Hz时，绕组存在故障，进行绕组故障类型判断；

42）铁芯故障类型判断，

计算相邻两次基频之间的振动幅度增加量，计算相邻两次高频之间的振动幅度增加量，若基频和高频的振动幅度增加量均大于20%，则发出铁芯故障停运警告；

若基频和高频的振动幅度增加量在10%至20%之间，则发出铁芯故障检修警告；

43）绕组故障类型判断，

计算相邻两次基频之间的振动幅度增加量，若基频的振动幅度增加量大于20%，则发出绕组故障停运警告；

若基频的振动幅度增加量在10%至20%之间，则发出绕组故障检修警告。