CN104898046A - 有载调压开关在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有载调压开关在线监测装置，包括加速度传感器、永磁体、电荷放大器、信号适配器、第一A/D转换模块、电流传感器、电流信号调理模块、第二A/D转换模块、微处理器ARM、第一GSM模块、第二GSM模块、服务器、存储器、显示器和继电器J；其有益效果是：本发明通过监测驱动电动机电流信号就可以了解有载调压开关驱动机构的工作情况，从而可以诊断出调压开关是否存在故障；本发明可实时在线反映有载调压开关的损坏程度，及时给出预警信息，提醒运维人员采取措施防止有载调压开关故障的发生；本发明将绘制电机驱动电流变化趋势图并存储在存储器中，方便运行人员通过显示器观测电机驱动电流变化趋势。
Description
技术领域
本发明属于有载调压变压器在线监测技术领域，具体涉及一种有载调压开关在线监测装置。
背景技术
有载调压开关(OLTC， On-load Tap Changer)是变压器在运行中唯一带电操作的组件，它是变压器完成调压的核心部件，也是变压器的重要配套组件之一。它通过在不中断变压器负载的条件下，进行分接变换的操作，来改变变压器的距数比（是否正确？）。有载调压开关能否满足变压器长时期运行的可靠性，直接影响到变压器的使用可靠性。国内平均统计数据表明，OLTC故障占变压器故障的20%以上，仅次于绕组故障。与绕组故障不同的是，人们对有载调压开关故障的认识不够充分，这主要是因为过去有载调压开关动作并不频繁，对其研究不够深入，因此为了确保调压开关安全可靠地运行，开展对其状态的监测和故障诊断的研宄，提高故障检测的智能化水平，保证有载调压变压器的安全运行具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能在线实时反映有载调压开关的损坏程度、及时给出预警信息、提醒运维人员采取措施以防止有载调压开关发生故障的有载调压开关在线监测装置。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种有载调压开关在线监测装置，包括加速度传感器、永磁体、电荷放大器、信号适配器、第一A/D转换模块、电流传感器、电流信号调理模块、第二A/D转换模块、微处理器ARM、第一GSM模块、第二GSM模块、服务器、存储器、显示器和继电器J；
所述加速度传感器通过永磁体吸附在用于固定有载调压开关的接线端子的螺母上；所述加速度传感器的输出端接所述电荷放大器的相应输入端；所述电荷放大器的输出端接所述信号适配器的相应输入端；所述信号适配器的输出端接所述第一A/D转换电路的相应输入端；
所述电流传感器的中间测量孔穿过有载调压开关驱动电机的电源线，所述电流传感器的输出端接所述电流信号调理模块的相应输入端；所述电流信号调理模块的输出端接所述第二A/D转换模块的相应输入端；所述第一A/D转换模块和第二A/D转换模块分别与所述微处理器ARM的相应端口双向连接；
所述微处理器ARM的COM端口接所述第一GSM模块的相应输入端；所述第一GSM模块与所述第二GSM模块通过GSM网络无线连接；所述第二GSM模块的输出端接所述服务器的相应输入端；
所述微处理器ARM的GPIO端口接所述继电器J的动臂J-4；所述继电器J的常闭触点J-3接地；所述继电器J的常开触点J-2接+3.3V直流电源；所述继电器J的线圈J-1与有载调压开关的辅助触点K串联后接在+12V直流电源的两端；
所述显示器与存储器的输入端分别接所述微处理器ARM的相应输出端。
所述加速度传感器的型号为ADXL345；所述信号适配器的型号为LC0208；所述电荷放大器的型号为DHF-10；所述电流传感器是型号为TA24M-10A/5V的穿心式电流传感器；所述电流信号调理模块的型号是DIN22-IRT-U2-P1-O1；所述第一A/D转换模块和第二A/D转换模块的型号均为AD5780；所述微处理器ARM的型号是SamsungS3C2440；所述第一至第二GSM模块的型号均为GT-Y3400；所述服务器为戴尔PowerEdge 29；所述显示器为方正FG769-VC ；所述存储器的型号是M25P128-VMF6TP。
本发明的有益效果是：本发明通过监测驱动电动机电流信号就可以了解有载调压开关驱动机构的工作情况，以及部件的磨损、卡湿、润滑、同步性等情况，用以判断调压开关储能弹簧性能是否改变或储能过程是否存在卡湿现象等；本发明通过监测有载调压开关切换时的各种振动信号，便可监测出有载调压开关切换时间的变化、触头接触不良、触头磨损、弹簧弹性下降和电弧等故障，从而可以诊断出调压开关处于正常状态，还是发生了故障；本发明可实时在线反映有载调压开关的损坏程度，及时给出预警信息，提醒运维人员采取措施防止有载调压开关故障的发生；本发明将绘制电机驱动电流变化趋势图并存储在存储器中，方便运行人员通过显示器观测电机驱动电流变化趋势。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
由图1所示的实施例可知，它包括加速度传感器、永磁体、电荷放大器、信号适配器、第一A/D转换模块、电流传感器、电流信号调理模块、第二A/D转换模块、微处理器ARM、第一GSM模块、第二GSM模块、服务器、存储器、显示器和继电器J；
所述加速度传感器通过永磁体吸附在用于固定有载调压开关的接线端子的螺母上；所述加速度传感器的输出端接所述电荷放大器的相应输入端；所述电荷放大器的输出端接所述信号适配器的相应输入端；所述信号适配器的输出端接所述第一A/D转换电路的相应输入端；
所述电流传感器的中间测量孔穿过有载调压开关驱动电机的电源线，所述电流传感器的输出端接所述电流信号调理模块的相应输入端；所述电流信号调理模块的输出端接所述第二A/D转换模块的相应输入端；所述第一A/D转换模块和第二A/D转换模块分别与所述微处理器ARM的相应端口双向连接；
所述微处理器ARM的COM端口接所述第一GSM模块的相应输入端；所述第一GSM模块与所述第二GSM模块通过GSM网络无线连接；所述第二GSM模块的输出端接所述服务器的相应输入端；
所述微处理器ARM的GPIO端口接所述继电器J的动臂J-4；所述继电器J的常闭触点J-3接地；所述继电器J的常开触点J-2接+3.3V直流电源；所述继电器J的线圈J-1与有载调压开关的辅助触点K串联后接在+12V直流电源的两端；
所述显示器与存储器的输入端分别接所述微处理器ARM的相应输出端。
所述加速度传感器的型号为ADXL345；所述信号适配器的型号为LC0208；所述电荷放大器的型号为DHF-10；所述电流传感器是型号为TA24M-10A/5V的穿心式电流传感器；所述电流信号调理模块的型号是DIN22-IRT-U2-P1-O1；所述第一A/D转换模块和第二A/D转换模块的型号均为AD5780；所述微处理器ARM的型号是SamsungS3C2440；所述第一至第二GSM模块的型号均为GT-Y3400；所述服务器为戴尔PowerEdge 29；所述显示器为方正FG769-VC ；所述存储器的型号是M25P128-VMF6TP。
本发明的工作过程如下：所述加速度传感器获取有载调压开关的振动信号；电荷放大器将加速度传感器输出的电压信号进行放大处理；信号适配器将放大处理后的电压信号进行100Hz-15kHz的带通滤波并隔离传送到第一A/D转换模块的输入端；利用所述电流传感器采集有载调压开关驱动电机的电流信号；利用所述电流信号调理模块将所述电流信号进行5~100Hz的带通滤波，得到滤波处理后的工频信号i（t）传送到第二A/D转换模块的输入端；所述微处理器ARM来判断有载调压开关是否为切换状态：当有载调压开关有切换动作时，有载调压开关的辅助触点K闭合，继电器J线圈J-1得电，继电器J的常开触点J-2闭合，使所述微处理器ARM的GPIO端为高电平，则所述微处理器ARM控制所述第一至第二A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号，同时所述微处理器ARM进行数据采集；所述微处理器ARM的COM端口将有载调压开关工作状态信息传输给所述第一GSM模块；所述第一GSM模块通过GSM网络将有载调压开关工作状态信息发送给所述第二GSM模块；所述第二GSM模块接收有载调压开关工作状态信息，并将所述有载调压开关工作状态信息传输给所述服务器；所述存储器和显示器分别存储和显示有载调压开关工作状态信息。
有载调压开关在切换时，其内部主要机构部件的运动撞击和摩擦都会引起表面的振动。例如触头在分合过程，由于伴随着机械、化学、电和热的一系列破坏作用，使触头材料消耗，造成触头四凸不平或变形，从而引起触头压力、接触电阻和力矩参数变化，这使得有载调压开关的振动特征也随之变化。由有载调压开关切换时记录的各种振动信号，可以提供有载调压开关切换过程中机械方面的大量信息。通过与调压开关正常运行时的振动信号进行对比，便可检测出有载调压开关切换时间的变化、触头接触不良、触头磨损、弹簧弹性下降和电弧等故障，从而可以诊断出调压开关处于正常状态，还是发生了故障。因此以振动信号为监测对象，可以对有载调压开关的机械状态进行有效评估。
具体做法是在调压开关的适当部位，如具有较大的振动强度和较大的信噪比的部位，安装加速度振动传感器。调压开关进行切换操作时采集振动信号，经过信号处理、分析后作为诊断的依据。
变压器有载调压开关在运行时，动、静触头间的接触分离会产生脉冲冲击力， 因此就有了振动信号。该信号经由静触头或者变压器油传送到接线端子，再通过变压器油到变压器油箱。不难看出，在线检测有载调压开关接线端子或者变压器 油箱表面的振动信号，就可以探测有载调压开关故障的状况。
压电式加速度传感器是利用弹簧质量系统原理来进行测量的。敏感芯体质量受到振动加速度作用后会产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力的作用后沿其表面会形成与这一力成正比的电荷信号。它具有动态范围大、频率范围宽、受外界干扰小、坚固耐用以及压电材料受力后自产生电荷信号不需要外界电源等特点，是最为广泛使用的振动测量传感器。
振动传感器选用集成了电荷放大器的压电式加速度传感器。可将振动加速度信号转换为成正比的电压信号。所取得的振动信号直接通过USB数据采集卡存储到计算机中。为了有效地比较振动信号.将螺母固定在接线端子上，再用永磁体将多个振动传感器吸附于螺母上，即可同时提取一个OLTC动作时各接线端子上的振动信号由信号适配器输出的电压模拟信号经过A／D 采集卡转换为数字信号，并送入便携式计算机进行数据处理。
本发明实时在线反映有载调压开关的损坏程度，及时给出预警信息，提醒运维人员采取措施防止有载调压开关故障的发生。
正常的调压开关动作时，有载调压开关的阻力一定，对驱动电机电流来说负载就比较恒定。在调压开关有机械卡塞等类似故障时，由于电机与调压开关采用为硬连接，驱动电机电流势必增加。监测驱动电机的电流即可达到监测电机状态同时也可以监测调压开关是否有如卡塞等类型故障。
弹簧储能过程是调压开关切换过程中的许多重要事件之一。 当储能弹黉储能过程中存在机械卡湿或弹簧性能改变时，必然伴随有驱动电机电流的变化。因此通过监测驱动电动机电流信号就可以了解调压开关驱动机构的工作情况，以及部件的磨损、卡湿、润滑、同步性等情况，用以判断调压开关储能弹簧性能改变或储能过程是否存在卡湿等。
OLTC切换过程中若储能弹簧性能发生改变或储能过程中存在机构卡塞等现象，必然伴随着电机驱动力矩的变化，从而使驱动 电机的转速发生变化，本发明提取电机驱动电流信号分析以达到实时跟踪驱动电机旋转性能变化以及有效判断操动机构机械运行状态的目的。 通过驱动电动机电流可以了解驱动系统的工作情况，以及部件的磨损、卡湿、润滑等情况。
电流传感器固定在有载调压开关操动箱内，使操动电机的电源线穿过传感器中间的测量孔，电动机的电流信号幅值较大(最大值约10A)，采用TA24M-10A/5V型穿心式电流传感器量测。传感器磁心采用坡莫合金，内部用树脂浇铸，外壳用ABStl，塑料封装，适用于高精度、小相位误差的要求。
本发明通过监测驱动电动机电流信号就可以了解有载调压开关驱动机构的工作情况，以及部件的磨损、卡湿、润滑、同步性等情况，用以判断调压开关储能弹簧性能是否改变或储能过程是否存在卡湿现象等；本发明可实时在线反映有载调压开关的损坏程度，及时给出预警信息，提醒运维人员采取措施防止有载调压开关故障的发生；本发明将绘制电机驱动电流变化趋势图并存储在存储器中，方便运行人员通过显示器观测电机驱动电流变化趋势。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种有载调压开关在线监测装置，其特征在于：包括加速度传感器、永磁体、电荷放大器、信号适配器、第一A/D转换模块、电流传感器、电流信号调理模块、第二A/D转换模块、微处理器ARM、第一GSM模块、第二GSM模块、服务器、存储器、显示器和继电器J；
所述加速度传感器通过永磁体吸附在用于固定有载调压开关的接线端子的螺母上；所述加速度传感器的输出端接所述电荷放大器的相应输入端；所述电荷放大器的输出端接所述信号适配器的相应输入端；所述信号适配器的输出端接所述第一A/D转换电路的相应输入端；
所述电流传感器的中间测量孔穿过有载调压开关驱动电机的电源线，所述电流传感器的输出端接所述电流信号调理模块的相应输入端；所述电流信号调理模块的输出端接所述第二A/D转换模块的相应输入端；所述第一A/D转换模块和第二A/D转换模块分别与所述微处理器ARM的相应端口双向连接；
所述微处理器ARM的COM端口接所述第一GSM模块的相应输入端；所述第一GSM模块与所述第二GSM模块通过GSM网络无线连接；所述第二GSM模块的输出端接所述服务器的相应输入端；
所述微处理器ARM的GPIO端口接所述继电器J的动臂J-4；所述继电器J的常闭触点J-3接地；所述继电器J的常开触点J-2接+3.3V直流电源；所述继电器J的线圈J-1与有载调压开关的辅助触点K串联后接在+12V直流电源的两端；
所述显示器与存储器的输入端分别接所述微处理器ARM的相应输出端。
2.根据权利要求1所述的一种有载调压开关在线监测装置，其特征在于：所述加速度传感器的型号为ADXL345；；所述信号适配器的型号为LC0208；所述电荷放大器的型号为DHF-10；所述电流传感器是型号为TA24M-10A/5V的穿心式电流传感器；所述电流信号调理模块的型号是DIN22-IRT-U2-P1-O1；所述第一A/D转换模块和第二A/D转换模块的型号均为AD5780；所述微处理器ARM的型号是SamsungS3C2440；所述第一至第二GSM模块的型号均为GT-Y3400；所述服务器为戴尔PowerEdge 29；所述显示器为方正FG769-VC ；所述存储器的型号是M25P128-VMF6TP。
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