CN105223453A - 基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置，包括声音采集单元、油温采集单元、变压器油中溶解气体分析单元、故障诊断单元和电池供电模块；故障诊断单元包括一FM调频接收器模块(7)，其输出端依次连接有AD转换器(8)和ARM单片机(9)；声音采集单元包括：一固定支架(2)，其上固定有强磁铁(1)和拾音头(3)，拾音头与拾音器(4)连接，拾音器输出端依次连接有信号调理电路(5)和FM调频发射器模块(6)，FM调频发射器模块通过调频电磁波与FM调频接收器模块连接。本发明能满足现场对运行中配电变压器进行故障检测并判断故障类型要求，且不需要现场提供电源，便于携带、信号采集传输成本低、诊断速度快及使用方便。

Description

基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置及方法

技术领域

本发明涉及一种变压器故障诊断设备，尤其涉及一种适用于运行中配电变压器的一种基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置。本发明还涉及采用上述方法进行基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断方法。

技术背景

配电变压器是电力系统中将高压电转换成低压电供用户直接使用的电力传输设备，对保障工业生产和人民生活起着至关重要的作用。配电变压器的安全可靠运行在很大程度上取决于电力系统运维水平。按照DL/T1102-2009《配电变压器运行规程》要求，必须对配电变压器进行定期巡视，及时掌握配电变压器的运行情况。

配电变压器巡视检查的内容较多，目前主要靠目测完成，故障判断的主观因素较多。而进行预防性试验则存在工作量大、周期长、需要停电等缺点，目前尚无快速、准确的故障诊断设备。

通过采集配电变压器运行时发出的声音、变压器油中溶解气体含量和油温等与变压器故障直接相关的指标，并对这些指标进行综合分析，可以实现配电变压器故障的快速、准确地诊断。

声音与故障的关系：配电变压器在正常运行的过程中就会发出声音，所以这里指的“声音”，主要是说跟平常不一样的异音和噪音。如变压器负荷发生显著变动或运行状态出现异常，则声音就较平时增大，有断续杂音或有粗犷声音，这就是异音的一种，当然变压器在运行时还会发出“啾啾”声、“吱吱”火花放电声、“叮叮当当”的敲击声或“呼呼”的吹风声等等，这些声音均说明变压器内部有故障发生，例如内部放电、变压器过负荷等。因此通过对配电变压器运行声音的检测和识别，可以发现运行中配电变压器可能存在的故障。

变压器油中溶解气体含量与故障的关系：电力行业标准DL/T722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》和国标GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》明确指出，可以通过不同故障类型所产生气体推断变压器的故障类型。

变压器油温与故障的关系：变压器上层油温超过允许温度，可能是变压器过负荷、散热不好或内部故障造成的。油温过高会损坏变压器的绝缘，严重的甚至会烧毁整个变压器。因此，一旦发现变压器油温过高，应及时查明原因采取相应措施。根据国标GB1094.2-1996《电力变压器第二部分温升》和电力行业标准DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》的规定，可以通过检测运行中变压器油的温度来判断变压器是否发生故障。

现有技术都是分别采用上述三种指标单独进行故障诊断，都有一定的局限性，不能形成充分证据，无法确认故障类型和故障部位。配电变电压器的运行环境比较复杂，负载状态各不相同，而且采用的变压器油品质良莠不齐，缺乏新投运时油中溶解气体含量的原始数据，单独通过油中溶解气体含量来判断是否存在故障更显得依据不足。

现有技术中，申请公布号为CN103995194A、申请公布日为2014.08.20的中国发明专利公布《基于声音监测的预报警变压器》，将声音采集装置永久安装在变压器内部，是一种在线监测装置。其必须与变压器厂家合作，在出厂前安装变压器内部，这会大大增加检测成本，对于已经投运的配电变压器则无法安装或安装代价较大；且其采用有线通讯方式，采用以太网、RS485或USB等技术进行数据传输，成本高、布线繁琐、维护麻烦。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供采用上述装置进行基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断方法。

采用本发明的装置进行基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断方法，可在现场对运行中配电变压器进行故障检测并判断故障类型的要求，且不需要现场提供电源，具有便于携带、信号采集传输成本低、诊断速度快、使用方便的特点。

解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置，其特征是：包括声音采集单元、油温采集单元、变压器油中溶解气体分析单元、故障诊断单元和提供电力的电池供电模块；

所述故障诊断单元包括：一FM调频接收器模块7，其输出端依次连接有AD转换器8和ARM单片机9，所述ARM单片机还外接有触摸显示器10、USB输入接口18和RS232输入接口19；

所述声音采集单元包括：一固定支架2，其上固定有强磁铁1和拾音头3，所述拾音头与一拾音器4连接，拾音器输出端依次连接有信号调理电路5和FM调频发射器模块6，所述FM调频发射器模块通过调频电磁波与所述故障诊断单元的FM调频接收器模块7连接；

所述油温采集单元包括红外成像仪或红外测温仪11及USB通讯线12，油温采集单元用USB通讯线12经USB接口和故障诊断单元连接；

所述变压器油中溶解气体分析单元包括：一采样泵14，其入口通过不锈钢管与一外部装有变压器油的油样瓶13连接、出口与一电磁阀15的入口连接，电磁阀15的出口通过不锈钢管与一气体传感器16的入口连接，气体传感器16的出口与一废油瓶17连接，所述气体传感器16和故障诊断单元通过RS232数据线连接。

所述声音采集单元中，拾音头与拾音器采用粘合方式连接，拾音头为不锈钢空心管，直径5mm长度12mm，一头采用半球形封口，另一头采用扩孔器加工成外径8mm左右的喇叭口；拾音器为压电陶瓷片，外径27mm；拾音头的喇叭口一端采用环氧树脂与拾音器垂直粘接；拾音头3、拾音器4、信号调理电路5、FM调频发射器模块6依次连接后，全部安装在固定支架2上；强磁铁1由6根圆柱形磁钢组成，采用螺丝与固定支架连接。

所述的FM调频发射器模块、FM调频接收器模块的发射和接收频率调整范围是87.0MHz～108.0MHz，调整步进为0.1MHz，并通过液晶屏显示当前频率。

所述AD转换器通过总线与ARM单片机系统连接，AD转换器采用的专用音频模数转换芯片，由Σ-Δ调制器和数字降频滤波器组成，采用过采样和量化噪声整形技术，将音频信号频带内的噪声推向调频范围，然后利用降采样滤波器将高频噪声滤除，实现20Hz-20kHz频率范围内音频信号的数字化处理。

所述的ARM单片机系统内置有：

1，与配电变压器典型故障对应的声音模型/变压器故障数据库，声音模型包含了音频特征参量，并与典型故障形成对应关系，以故障代码的方式予以指示；

2，与配电变压器典型故障对应的温度/变压器故障数据库，以故障代码的方式予以指示；

3，与配电变压器典型故障对应的气体含量/变压器故障数据库，以故障代码的方式予以指示。

解决上述第二个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

采用上述装置进行基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断方法，其特征是包括以下步骤：

S1，采用绝缘杆将声音采集单元举起到欲诊断配电变压器附近，通过强磁铁吸附到配电变压器外壳，并使拾音头与配电变压器外壳完全贴合，实现配电变压器内部声音采集功能，并将音频信号通过FM调频发射器模块向空中发射；

S2，连接好油温采集单元与故障诊断单元通讯的USB线，将红外成像仪或红外测温仪对准配电变压器本体，寻找配电变压器本体的最高温度点，并操作红外成像仪或红外测温仪将温度值发送到故障诊断单元；

S3，将变压器油采集到油样瓶中，将不锈钢管一端插入油样瓶液面与底部中间的位置，另一端与采样泵的入口连接，开启电磁阀，启动采样泵，将变压器油注入到气体传感器中，注满后关闭采样泵和电磁阀，气体传感器进入测量阶段，测量完成后测量数据通过RS232通讯线发送到故障诊断单元；

S4，启动故障诊断单元，然后启动油中溶解气体分析单元，在等待分析结果的过程中(10分钟左右)，启动声音检测单元，最后启动油温采集单元；

ARM单片机：

接收到声音采集单元的数字信号后，首先进行加窗处理，然后进行特征参量统计和计算，并将统计和计算结果与存储在内部存储器中的故障音频的特征参量对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示；

接收到温度数据后，进行数据转换，滤除环境温度的影响，将转换后的温度数据与存储在内部存储器中的温度/故障对应关系数据库进行对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示；

接收到气体分析数据后，与存储在内部存储器中的气体含量/变压器故障对应关系数据库进行对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示；

ARM单片机将所处理过信息的声音、温度和气体含量数据分别与三个数据库中的典型故障模型逐个对比，若全部不相符则判断未发现故障，变压器工作正常，则通过触摸显示器显示无故障；

若与某个典型故障模型特征参量相同或相似度达到一定的阀值，则认为该配电变压器存在故障，则通过触摸显示器显示该故障所对应的故障代码和所指示的内容。

本发明的主要指导思想是：先通过各采集单元的分析结果圈定每个指标所对应的故障范围，然后再分析各个指标所对应的故障范围的共性点，结合诊断软件和数据库，就可以得到明确的故障类型或对潜在性故障预警，大大提高了准确性。

工作过程：

声音采集单元：工作时采用绝缘杆将声音采集单元举起到变压器附近，通过强磁铁1吸附到配电变压器外壳，并使拾音头3与配电变压器外壳完全贴合，实现配电变压器内部声音采集功能，并将音频信号通过FM调频发射器模块6向空中发射；

油温采集单元：工作时首先连接好与故障诊断单元通讯的USB线，将红外成像仪或红外测温仪对准配电变压器本体，寻找配电变压器本体的最高温度点，并操作红外成像仪或红外测温仪将温度值发送到故障诊断单元。

变压器油中溶解气体分析单元：工作时先将变压器油采集到油样瓶13中，将不锈钢管一端插入油样瓶液面与底部中间的位置，另一端与采样泵14的入口连接，开启电磁阀15，启动采样泵14，将变压器油注入到气体传感器16中，大约50秒后注满，关闭采样泵14和电磁阀15，此时气体传感器16进入测量阶段，等待10分钟左右测量完成，测量数据通过RS232通讯线发送到故障诊断单元。

故障诊断单元放置在工作现场的地面，与声音采集单元、油温采集单元、油中溶解气体分析单元同步工作，基本流程如下：先启动故障诊断单元，然后启动油中溶解气体分析单元，在等待分析结果的过程中(10分钟左右)，启动声音检测单元，最后启动油温采集单元，即油中溶解气体分析过程与油温测量和声音采集过程同步进行，使整个装置的工作时间只与油中溶解气体分析过程相关，提高了工作效率。

工作时，故障诊断单元的FM调频接收器模块7接收声音采集单元的音频信号，USB输入接口18接收红外成像仪或红外测温仪的温度数据，RS232输入接口19接收油中溶解气体的气体含量数据。

FM调频接收器模块的输出端与AD转换器的输入端相连，AD转换器将经过调理的音频信号转换为离散化的数字信号，并输入到ARM单片机系统；ARM单片机系统内置了与配电变压器典型故障对应的声音模型/变压器故障数据库，声音模型包含了音频特征参量，并与典型故障形成对应关系，以故障代码的方式予以指示；ARM单片机系统接收到数字信号后，首先进行加窗处理，然后进行特征参量统计和计算，并将统计和计算结果与存储在内部存储器中的故障音频的特征参量对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示。

USB接口另一端与ARM单片机系统连接，ARM单片机系统内置了事先存储的与配电变压器典型故障对应的温度/变压器故障数据库，以故障代码的方式予以指示；ARM单片机系统接收到温度数据后，进行数据转换，滤除环境温度的影响，将转换后的温度数据与存储在内部存储器中的温度/故障对应关系数据库进行对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示。

RS232接口的另一端与ARM单片机系统连接，ARM单片机系统内置了事先存储的与配电变压器典型故障对应的气体含量/变压器故障数据库，以故障代码的方式予以指示；ARM单片机系统接收到气体分析数据后，与存储在内部存储器中的气体含量/变压器故障对应关系数据库进行对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示。

ARM单片机系统是数据处理和故障诊断的核心，其将所处理过信息的声音、温度和气体含量数据分别与三个数据库中的典型故障模型逐个对比，若全部不相符则判断未发现故障，变压器工作正常，则通过触摸显示器显示无故障；若与某个典型故障模型特征参量相同或相似度达到一定的阀值，则认为该配电变压器存在故障，则通过触摸显示器显示该故障所对应的故障代码和所指示的内容。

本发明具有以下的有益效果和优点：

1、本发明不对配电变压器本体进行任何改动和附加永久性外部装置，可在不停电情况对配电变压器进行故障诊断工作，符合电力行业标准DL/T273-2010《电力变压器检修导则》的要求。

2、本发明通过检测配电变压器运行中发出的声音、变压器油的温度和变压器油中溶解气体的含量，对配电变压器的运行状态进行多指标综合评价，减少了靠经验判断故障的主观性和随意性，使诊断结果更加科学，置信度更高。

3、本发明采用便携式设计，内置电池供电模块，不需要现场提供电源。声音采集单元与故障诊断单元采用无线通讯方式，变压器油中气体采集单元与故障诊断单元集成一体化设计，温度采集单元采用手持式测量方式，整套装置体积小，重量轻，便于携带和现场使用。

4、本发明整个工作过程最多只需要15分钟，即可完成声音采集分析、油温采集分析和油中溶解气体分析及多指标综合诊断功能，具有方便、快速的优点。

5、本发明具备学习功能，通过不断扩展配电变压器典型故障数据库，增强了诊断装置的适应能力，诊断结果的准确性可进一步提高。

附图说明

图1是本发明的结构方框图；

图2是声音采集单元结构方框图；

图3是油温采集单元结构方框图；

图4是油中溶解气体单元结构方框图；

图5是故障诊断单元结构方框图；

图6是配电变压器故障诊断软件流程图；

图7为声音采集单元具体结构图。

其中附图标记：1—强磁铁；2—固定支架；3—拾音头；4—拾音器；5—信号调理电路；6—FM调频发射器模块；7—FM调频接收器模块；8—AD转换器；9—ARM单片机；10—触摸显示器；11-红外成像仪；12-USB通讯线；13-油样瓶；14-采样泵；15-电磁阀；16-气体传感器；17-废油瓶。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明：

一、总体结构

如图1所示的本发明配电变压器故障诊断装置实施例，包括声音采集单元、油温采集单元、油中溶解气体分析单元、故障诊断单元和提供电力的电池供电模块，声音采集单元、油温采集单元、油中溶解气体分析单元分别通过FM调频电磁波、USB接口和RS232接口与故障诊断单元连接。

故障诊断单元包括：一FM调频接收器模块7，其输出端依次连接有AD转换器8和ARM单片机9，ARM单片机还外接有触摸显示器10、USB输入接口18和RS232输入接口19；

声音采集单元包括：一固定支架2，其上固定有强磁铁1和拾音头3，拾音头与一拾音器4连接，拾音器输出端依次连接有信号调理电路5和FM调频发射器模块6，FM调频发射器模块通过调频电磁波与故障诊断单元的FM调频接收器模块7连接；

更具体些：固定支架2为没有了左右侧面的六面体容器，前端面中间开有拾音器的安装孔、以及分布在安装孔周围的六个圆孔，六个圆孔用来安装由6根圆柱形磁钢组成的强磁铁；拾音器为压电陶瓷片，外径27mm、铣掉两侧，强磁铁和拾音器都通过前盖板用螺栓固定在固定支架的前端面上；拾音头为不锈钢空心管，直径5mm长度12mm，一头采用半球形封口，另一头采用扩孔器加工成外径8mm左右的喇叭口，喇叭口一端采用环氧树脂与拾音器前端面垂直粘接；信号调理电路5和FM调频发射器模块6安放在固定支架内。

油温采集单元由红外成像仪或红外测温仪11及USB通讯线12，油温采集单元用USB通讯线12经USB接口和故障诊断单元连接；

变压器油中溶解气体分析单元包括：一采样泵14，其入口通过不锈钢管与一外部装有变压器油的油样瓶13连接、出口与一电磁阀15的入口连接，电磁阀15的出口通过不锈钢管与一气体传感器16的入口连接，气体传感器16的出口与一废油瓶17连接，所述气体传感器16和故障诊断单元通过RS232数据线连接。

FM调频发射器模块、FM调频接收器模块的发射和接收频率调整范围是87.0MHz～108.0MHz，调整步进为0.1MHz，并通过液晶屏显示当前频率。

AD转换器通过总线与ARM单片机系统连接，AD转换器采用的专用音频模数转换芯片，由Σ-Δ调制器和数字降频滤波器组成，采用过采样和量化噪声整形技术，将音频信号频带内的噪声推向调频范围，然后利用降采样滤波器将高频噪声滤除，实现20Hz-20kHz频率范围内音频信号的数字化处理。

工作时采用绝缘杆将声音采集单元举起到变压器附近，通过强磁铁吸附到配电变压器外壳上，拾音器通过与配电变压器外壳紧密接触的拾音头接收配电变压器内部的声音信号，并经拾音器转换为音频信号，传送到信号调理电路进行滤波、整形和放大，先滤除背景噪声，并将音频信号的幅值控制在0-5V_p-p,输入到FM调频发射器模块并经发送到FM调频接收器模块，然后输入到AD转换器转换为数字信号，ARM单片机系统控制AD转换器进行时序精确的控制采集，同时对采集的数据进行环境噪声抑制、声学回声消除、频带均衡处理等处理，提取音频信号的幅值、过零点数量，再进行快速傅立叶变换(FFT)和数字滤波,从而将时域信号转换成频域信号，并提取音频信号的频谱，然后将获取的幅值、过零点数量和频率与配电变压器典型故障声音模型逐一进行对比，得到相关故障代码，最后在触摸显示器上显示诊断结果；

具体的，红外成像仪或红外测温仪测量配电变压器的温度，将变压器本体的最高温度点的数据通过USB接口输入到ARM单片机，ARM单片机诊断软件将温度数据与温度/变压器故障数据库进行对比计算，得到相关故障代码，最后在触摸显示器上显示诊断结果；

具体的，先将变压器油注入油样瓶中，通过控制器顺序启动采样泵和电磁阀，使油样进入到气体传感器中，静止10分钟，油中气体通过油气分离膜进入到传感器的敏感元件中，当传感器的测量数据基本稳定后，经过温度补偿和系数修正，最终数据通过RS232接口输入到ARM单片机ARM单片机诊断软件将温度数据与油中气体含量/变压器故障数据库进行对比计算，得到相关故障代码，最后在触摸显示器上显示诊断结果。

采用上述装置进行基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断方法，其特征是包括以下步骤：

S1，采用绝缘杆将声音采集单元举起到欲诊断配电变压器附近，通过强磁铁吸附到配电变压器外壳，并使拾音头与配电变压器外壳完全贴合，实现配电变压器内部声音采集功能，并将音频信号通过FM调频发射器模块向空中发射；

S2，连接好油温采集单元与故障诊断单元通讯的USB线，将红外成像仪或红外测温仪对准配电变压器本体，寻找配电变压器本体的最高温度点，并操作红外成像仪或红外测温仪将温度值发送到故障诊断单元；

S3，将变压器油采集到油样瓶中，将不锈钢管一端插入油样瓶液面与底部中间的位置，另一端与采样泵的入口连接，开启电磁阀，启动采样泵，将变压器油注入到气体传感器中，注满后关闭采样泵和电磁阀，气体传感器进入测量阶段，测量完成后测量数据通过RS232通讯线发送到故障诊断单元；

S4，启动故障诊断单元，然后启动油中溶解气体分析单元，在等待分析结果的过程中(10分钟左右)，启动声音检测单元，最后启动油温采集单元；

ARM单片机：

接收到声音采集单元的数字信号后，首先进行加窗处理，然后进行特征参量统计和计算，并将统计和计算结果与存储在内部存储器中的故障音频的特征参量对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示；

接收到温度数据后，进行数据转换，滤除环境温度的影响，将转换后的温度数据与存储在内部存储器中的温度/故障对应关系数据库进行对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示；

接收到气体分析数据后，与存储在内部存储器中的气体含量/变压器故障对应关系数据库进行对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示；

ARM单片机将所处理过信息的声音、温度和气体含量数据分别与三个数据库中的典型故障模型逐个对比，若全部不相符则判断未发现故障，变压器工作正常，则通过触摸显示器显示无故障；

若与某个典型故障模型特征参量相同或相似度达到一定的阀值，则认为该配电变压器存在故障，则通过触摸显示器显示该故障所对应的故障代码和所指示的内容。

本发明的工作原理及实现功能：

配电变压器在运行中会发出各种声音，变压器正常负荷运行时，由于铁心的振动而发出轻微的“嗡嗡”声，声音清晰而有规律，这是由于交流电通过变压器的绕组时，在铁心里产生周期性变化的交变磁通，随着磁通的变化，就引起铁心的振动而发出的响声。当变压器负荷发生显著变动或运行状态出现异常，则声音就较平时增大，有断续杂音或有粗犷声音，或者发出“啾啾”声、“吱吱”火花放电声、“叮叮当当”的敲击声或“呼呼”的吹风声等等，这些声音均说明变压器内部有故障发生。

配电变压器油温不宜经常超过85℃，极限温度不允许超过95℃，否则应停运检修；

分析油中溶解气体的组份和含量是监视油浸式配电变压器安全运行的最有效的措施之一。通过三比值法或改良三比值法可以准确判断出变压器是否存在低温、中温、高温过热、低能放电、局部放电、电弧放电及过热、涉及固体绝缘等故障。

综上所述，配电变压器DL/T1102-2009《配电变压器运行规程》要求在对配电变压器进行巡视的过程中，要对其运行声音、油温进行检测，同时，当配电变压器的气体保护装置动作时，要求对油中溶解气体的含量进行检测，也说明油中溶解气体的含量对配电变压器故障诊断的作用。

为了通过检测配电变压器运行时发出的声音、油温和油中溶解气体含量来诊断配电变压器的运行状态，首先将配电变压器典型故障声音的幅值、过零点数量和频率通过试验预先测定，并编制生成对应的故障码，这些包含了幅值、过零点数量和频率等特征参量信息及对应的故障码以数据库的形式事先存储在ARM单片机系统的内部存储器中。同样，建立包含油温信息与对应的故障码数据库、油中溶解气体含量信息与对应的故障码数据库，存储在ARM单片机系统的内部存储器中。ARM单片机系统由CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存储器)等构成电子控制装置。在ARM单片机系统中，通过将存储在ROM中的配电变压器故障诊断用的应用程序装载到RAM中，并由CPU来执行，应用程序由采样数据清零、油中溶解气体分析控制程序、油中气体含量读入、故障判断、变压器声音采集程序、声音信号处理归类程序、声音信号对比、故障判断、变压器油温采集、故障判断以及基于三个指标的故障判断统计程序、综合故障判断和诊断结论输出程序等构成，如图6所示。

在对配电变压器进行巡视时，首先将配电变压器的油样从变压器中取出，注入到油样瓶中，油中溶解气体分析单元通过采样泵将油样瓶中的变压器油注入到气体分析传感器中，测量周期大约10分钟。在此期间，将拾音器通过磁铁吸附在配电变压器表面，通过拾音器采集配电变压器运行时产生的声音信号，并将声音信号转换为音频信号后输入到信号调理电路、AD转换器和ARM单片机系统进行处理，然后与配电变压器典型故障声音模型进行对比，得到一个或多个故障代码，若没有发现故障代码，则显示无故障。然后用红外成像仪或红外测温仪测量配电变压器本体的温度，并将检测到的最高温度数据，与油温信息与对应的故障码数据库进行对比，得到一个或多个故障代码，若没有发现故障代码，则显示无故障。最后，当油中溶解气体分析完成，将得到的油中溶解气体数据与油中溶解气体含量信息与对应的故障码数据库对比，得到一个或多个故障代码，若没有发现故障代码，则显示无故障。上述三个指标的故障对比查找流程完成后，共同进入故障判断统计程序、综合故障判断和诊断结论输出程序，通过多指标综合评价方式，将三个指标所对应的故障码进行统计分析，把共性的故障码提取出来，并在触摸显示器上显示故障综合诊断结果,从而实现对配电变压器的故障诊断功能。

如果因种种原因无法同时获得全部三个指标的数据，即使只有一个或两个数据，同样也可以通过上述流程实现配电变压器故障诊断功能，应用非常灵活。

Claims (6)

1.一种基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置，其特征是：包括声音采集单元、油温采集单元、变压器油中溶解气体分析单元、故障诊断单元和提供电力的电池供电模块；

所述故障诊断单元包括：一FM调频接收器模块(7)，其输出端依次连接有AD转换器(8)和ARM单片机(9)，所述ARM单片机还外接有触摸显示器(10)、USB输入接口(18)和RS232输入接口(19)；

所述声音采集单元包括：一固定支架(2)，其上固定有强磁铁(1)和拾音头(3)，所述拾音头与一拾音器(4)连接，拾音器输出端依次连接有信号调理电路(5)和FM调频发射器模块(6)，所述FM调频发射器模块通过调频电磁波与所述故障诊断单元的FM调频接收器模块(7)连接；

所述油温采集单元包括红外成像仪或红外测温仪(11)及USB通讯线(12)，油温采集单元用USB通讯线(12)经USB接口和故障诊断单元连接；

所述变压器油中溶解气体分析单元包括：一采样泵(14)，其入口通过不锈钢管与一外部装有变压器油的油样瓶(13)连接、出口与一电磁阀(15)的入口连接，电磁阀(15)的出口通过不锈钢管与一气体传感器(16)的入口连接，气体传感器(16)的出口与一废油瓶(17)连接，所述气体传感器(16)和故障诊断单元通过RS232数据线连接。

2.根据权利要求1所述的基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置，其特征是：所述声音采集单元中，拾音头与拾音器采用粘合方式连接，拾音头为不锈钢空心管，一头采用半球形封口，另一头采用扩孔器加工成喇叭口；拾音器为压电陶瓷片；拾音头的喇叭口一端采用环氧树脂与拾音器垂直粘接；拾音头(3)、拾音器(4)、信号调理电路(5)、FM调频发射器模块(6)依次连接后，全部安装在固定支架(2)上；强磁铁(1)由若干圆柱形磁钢组成，采用螺丝与固定支架连接。

3.根据权利要求2所述的基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置，其特征是：所述固定支架(2)为没有了左右侧面的六面体容器，前端面中间开有拾音器的安装孔、以及分布在安装孔周围的六个圆孔，六个圆孔用来安装由6根圆柱形磁钢组成的强磁铁。

4.根据权利要求1或2所述的基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置，其特征是：所述的FM调频发射器模块、FM调频接收器模块的发射和接收频率调整范围是87.0MHz～108.0MHz，调整步进为0.1MHz，并通过液晶屏显示当前频率。

5.根据权利要求4所述的基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断装置，其特征是：所述AD转换器通过总线与ARM单片机系统连接，AD转换器采用的专用音频模数转换芯片，其由Σ-Δ调制器和数字降频滤波器组成，采用过采样和量化噪声整形技术，将音频信号频带内的噪声推向调频范围，然后利用降采样滤波器将高频噪声滤除，实现20Hz-20kHz频率范围内音频信号的数字化处理。

6.一种采用如权利要求5所述的装置进行基于多指标综合评价的配电变压器故障诊断方法，其特征是包括以下步骤：

S1，采用绝缘杆将声音采集单元举起到欲诊断配电变压器附近，通过强磁铁吸附到配电变压器外壳，并使拾音头与配电变压器外壳完全贴合，实现配电变压器内部声音采集功能，并将音频信号通过FM调频发射器模块向空中发射；

S2，连接好油温采集单元与故障诊断单元通讯的USB线，将红外成像仪或红外测温仪对准配电变压器本体，寻找配电变压器本体的最高温度点，并操作红外成像仪或红外测温仪将温度值发送到故障诊断单元；

S3，将变压器油采集到油样瓶中，将不锈钢管一端插入油样瓶液面与底部中间的位置，另一端与采样泵的入口连接，开启电磁阀，启动采样泵，将变压器油注入到气体传感器中，注满后关闭采样泵和电磁阀，气体传感器进入测量阶段，测量完成后测量数据通过RS232通讯线发送到故障诊断单元；

S4，启动故障诊断单元，然后启动油中溶解气体分析单元，在等待分析结果的过程中(10分钟左右)，启动声音检测单元，最后启动油温采集单元；

ARM单片机：

接收到声音采集单元的数字信号后，首先进行加窗处理，然后进行特征参量统计和计算，并将统计和计算结果与存储在内部存储器中的故障音频的特征参量对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示；

接收到温度数据后，进行数据转换，滤除环境温度的影响，将转换后的温度数据与存储在内部存储器中的温度/故障对应关系数据库进行对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示；

接收到气体分析数据后，与存储在内部存储器中的气体含量/变压器故障对应关系数据库进行对比，得到配电变压器的故障代码信息，并通过触摸显示器显示；

ARM单片机将所处理过信息的声音、温度和气体含量数据分别与三个数据库中的典型故障模型逐个对比，若全部不相符则判断未发现故障，变压器工作正常，则通过触摸显示器显示无故障；

若与某个典型故障模型特征参量相同或相似度达到一定的阀值，则认为该配电变压器存在故障，则通过触摸显示器显示该故障所对应的故障代码和所指示的内容。