CN110595752A - 变压器有载调压开关诊断系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变压器有载调压开关诊断系统。所述诊断系统包括：振动采集装置，设置于所述变压器的外壁，用于采集所述有载调压开关的振动信号；信号处理装置，与所述振动采集装置连接，用于对所述振动信号进行处理、并将处理后的振动信号输出；诊断装置，与所述信号处理装置连接，用于对处理后的所述振动信号进行时域和频域的特征提取，并将提取的特征与预设的标准特征进行对比以分析所述有载调压开关的机械特性。本申请可在不深入变压器内部的情况下获取到准确的有载调压开关振动信号，同时对振动信号进行时域和频域的分析，相比传统的基于振动信号的有载调压开关诊断系统而言，能够提高分析结果的准确率和可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种变压器有载调压开关诊断系统。
背景技术
变压器有载调压开关是电力变压器中唯一可动的关键部件，该设备的运行状态关系到电力变压器，乃至整个电网系统的可靠运行。根据统计结果显示，有载调压开关异常运行是电力变压器发生事故的主要原因之一，其中机械故障占开关故障的70％以上。因此，有必要对变压器有载调压开关的机械特性进行实时监测与诊断，这有利于及时判别开关的机械状态，有利于保障设备的安全和电网的可靠运行。
目前变压器有载调压开关检测装置多以传统的常量检测为主，如温度、油压等。由于变压器有载调压开关的一次操作包含了一系列的动作事件，这些事件中选择器、换向器触头的碰撞摩擦等伴随着机械振动信号的产生，振动经变压器油等介质传播至变压器外壁，可通过布置在变压器外壁上的传感器进行捕捉，进而对开关机械状态进行检测与诊断。然而，目前基于振动信号的有载调压开关诊断系统均存在诊断准确率与可靠度较低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种变压器有载调压开关诊断系统。
一种变压器有载调压开关诊断系统，所述诊断系统包括：
振动采集装置，设置于所述变压器的外壁，用于采集所述有载调压开关的振动信号；
信号处理装置，与所述振动采集装置连接，用于对所述振动信号进行处理、并将处理后的振动信号输出；
诊断装置，与所述信号处理装置连接，用于对处理后的所述振动信号进行时域和频域的特征提取，并将提取的特征与预设的标准特征进行对比以分析所述有载调压开关的机械特性。
在其中一个实施例中，所述诊断系统还包括：
振动采集触发模块，设置于所述有载调压开关的驱动电机上，用于获取所述驱动电机启动时的触发信号；所述振动采集装置采集的所述有载调压开关的振动信号是接收到所述触发信号后开始采集的振动信号。
在其中一个实施例中，所述振动采集触发模块包括电流传感器和旋转角度传感器；
所述电流传感器与所述驱动电机电连接，用于获取所述驱动电机的电流信号；
所述旋转角度传感器与所述驱动电机的转动轴同轴设置，用于获取所述驱动电机的旋转角度信号；所述触发信号包括所述电流信号和所述旋转角度信号。
在其中一个实施例中，所述振动采集装置包括振动传感器，所述振动传感器采用压电式加速度传感器。
在其中一个实施例中，所述信号处理装置包括信号调理电路、模数转换电路以及处理单元；
所述信号调理电路与所述振动采集装置连接，用于对所述振动信号进行调理滤波处理；
所述模数转换电路与所述信号调理电路连接，用于将调理后的模拟信号转变成数字信号；
所述处理单元与所述模数转换电路连接，用于对所述数字信号进行分析。
在其中一个实施例中，所述诊断系统还包括输入设备，与所述处理单元连接，用于显示所述处理单元的分析结果，并接收用户对所述分析结果作出的操作指令。
在其中一个实施例中，所述输入设备包括显示单元和键盘；所述显示单元用于显示所述处理单元的分析结果；所述键盘用于接收用户对所述分析结果作出的操作指令。
在其中一个实施例中，所述诊断装置包括一分析模块，所述分析模块与所述处理单元通信连接，用于对所述振动信号进行时域特征量和频域特征量的提取，并将提取出的特征量形成的波形与预设的标准波形进行对比分析以判断所述有载调压开关是否存在故障。
在其中一个实施例中，所述诊断装置还包括显示模块，所述显示模块与所述分析模块连接，用于显示所述分析模块提取的特征量以及根据特征量生成的波形。
在其中一个实施例中，所述诊断装置还包括管理模块，与所述分析模块连接，用于将所述分析模块提取的特征量存储在本地和/或上传数据库。
上述变压器有载调压开关诊断系统，通过采用设于变压器外壁的振动采集装置来采集变压器中有载调压开关的振动信号，可避免深入变压器内部采集振动信号，然后通过设置信号处理装置对振动信号进行处理，可以使得获取到的振动信号更加准确，最后通过设置诊断装置对处理后的振动信号进行时域和频域的特征提取，并将特征提取后的振动信号与预设的标准进行对比以分析所述有载调压开关的机械特性，相比传统的基于振动信号的有载调压开关诊断系统而言，准确率和可靠度都得到了实质的提高。
附图说明
图1为一实施例中的变压器有载调压开关诊断系统的结构示意图；
图2为另一实施例中的变压器有载调压开关诊断系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
请参阅图1，为一实施例中的变压器有载调压开关诊断系统的结构示意图。所述诊断系统可以包括振动采集装置20，信号处理装置30及诊断装置40；其中，振动采集装置20设置于所述变压器(图未示)的外壁，用于采集所述有载调压开关10的振动信号；具体地，由于变压器有载调压开关的一次操作包含了一系列的动作事件，这些事件中选择器、换向器触头的碰撞摩擦等伴随着机械振动信号的产生，振动经变压器油等介质传播至变压器的外壁，可通过将所述振动采集装置20布置在变压器外壁进行捕捉，所述振动采集装置20可以通过磁吸的方式设置于所述变压器的外壁。信号处理装置30与所述振动采集装置20连接，用于对所述振动信号进行处理、并将处理后的振动信号输出；具体地，该信号处理装置30对所述振动信号的处理可以是滤波、电压跟随、限压保护及模数转换等简单的处理。诊断装置40与所述信号处理装置30连接，用于对处理后的所述振动信号进行时域和频域的特征提取，并将提取的特征与预设的标准特征进行对比以分析所述有载调压开关10的机械特性。这里的机械特征主要指有载调压开关是否发生机械故障。
上述变压器有载调压开关诊断系统，通过采用设于变压器外壁的振动采集装置来采集变压器中有载调压开关的振动信号，可避免深入变压器内部采集振动信号，然后通过设置信号处理装置对振动信号进行处理，可以使得获取到的振动信号更加准确，最后通过设置诊断装置对处理后的振动信号进行时域和频域的特征提取，并将特征提取后的振动信号与预设的标准进行对比以分析所述有载调压开关的机械特性，相比传统的基于振动信号的有载调压开关诊断系统而言，准确率和可靠度都得到了实质的提高。
可选地，振动采集装置20可以包括振动传感器(图未示)，所述振动传感器采用压电式加速度传感器，所述压电式加速度传感器采用压电陶瓷蜂鸣片作为压电转换元件，所述压电式加速度传感器的量程可以选取在-50g～50g，频响范围可以选取在0～20KHz。可以理解，为了获得更准确的振动信号，振动采集装置20可以包括多个振动传感器，多个振动传感器可以设置在变压器外壁的不同位置。
为了避免振动采集装置盲目的采集变压器有载调压开关的振动信号，也为了避免资源的浪费，请参阅图2，本申请的诊断系统还设置有振动采集触发模块50，设置于所述有载调压开关10的驱动电机(图未示)上，用于获取所述驱动电机启动时的触发信号；所述振动采集装置40采集的所述有载调压开关10的振动信号是接收到所述触发信号后开始采集的振动信号。也就是说，本申请的振动采集装置40是在接收到振动采集触发模块50采集到的触发信号后才开始的振动信号采集工作，可避免振动采集装置40盲目的采集变压器有载调压开关的振动信号，造成资源的浪费。
进一步地，请继续参阅图2，所述振动采集触发模块50可以包括电流传感器510和旋转角度传感器520；所述电流传感器510与所述驱动电机电连接，用于获取所述驱动电机的电流信号；所述旋转角度传感器520与所述驱动电机的转动轴同轴设置，用于获取所述驱动电机的旋转角度信号；所述触发信号包括所述电流信号和所述旋转角度信号。具体地，所述电流传感器510的量程可以为100A(峰值)，输出范围为±1V；旋转角度传感器520的轴径为6mm，机械转角为360°连续转动，线性量程为90°。安装时，将电流传感器510固定在有载调压开关10的电动机构箱内，将驱动电机的A相电源线穿过电流传感器510中间的测量孔。旋转角度传感器520采用橡胶棒式软连接方式，将旋转角度传感器520用螺钉固定在垂直高度可调的安装机架上，在驱动电机的旋转轴与旋转角度传感器520的转动轴间，采用具有一定弹性的橡胶材料进行粘性同轴连接。
可选地，请继续参阅图2，所述信号处理装置30可以包括信号调理电路310、模数转换电路320以及处理单元330；其中，所述信号调理电路310与所述振动采集装置20连接，用于对所述振动信号进行调理滤波处理，具体地，处理可以是低通滤波、电压跟随和限压保护等处理；所述模数转换电路320与所述信号调理电路310连接，用于将调理后的模拟信号转变成数字信号；具体地，该模数转换电路320允许输入的信号范围可以为-10V～10V，从而可以和前述的振动采集装置20输出的电压相匹配，具备多通道高速同步采样和转换的优点。所述处理单元330与所述模数转换电路320连接，用于对所述数字信号进行分析。具体地，该处理单元330可以采用ARM处理器，该ARM处理器具有8通道输入，具备多通道高速同步信号处理的功能，存储容量大，可以长时间采集数据。可以理解，所述信号处理装置30中的各电路还可以用于对电流传感器510和旋转角度传感器520采集的信号进行处理，具体的处理方式和振动信号的处理方式相似，在此不做赘述。
可选地，请继续参阅图2，本申请的诊断系统还可以包括输入设备60，与所述处理单元330连接，用于显示所述处理单元330的分析结果，并接收用户对所述分析结果作出的操作指令。具体地，该输入设备60可以包括显示单元(图未示)和键盘(图未示)；所述显示单元用于显示所述处理单元330的分析结果；其中，所述分析结果可以是经过处理单元330简单处理后生成的数据，然后生成相应的波形，显示单元可以为LCD显示器，该LCD显示器具有高清、高刷新率的特点，其可以将该波形显示出来；所述键盘用于接收用户对所述分析结果作出的操作指令；具体地，用户可通过键盘对LCD显示器上显示的波形进行平移、拉伸等简单变换。
可选地，诊断装置40与所述信号处理装置30之间的连接可以是有线的连接，也可以是无线的连接，相应地，采用无线连接时，所述信号处理装置30中可以设置4G通信模块，采用有线连接时，所述信号处理装置30中可以设置USB模块。其中，USB模块采用USB线缆与诊断装置40通信，具有传输速率快、稳定性高的特点，适用于数据量较大的情形；4G通信模块通过4G网络与诊断装置40通讯，采用NI公司提供的DataSocket技术，其建立在TCP/IP协议基础上，程序基于动态控制的方式，根据用户的需求设置服务端IP地址，由DataSocket读入数据函数经网络连接DataSocket服务器，实时监测服务器中的数据信息，如果有新数据，则读数据函数启动，此后将服务器中的测量数据下载至诊断装置40中，具有传输速率较快、传输距离较远、连接方便等优点，适用于数据量不大、需要远程通讯的情形。
可选地，请继续参阅图2，所述诊断装置40可以包括一分析模块410，所述分析模块410与所述处理单元330通信连接，分析模块410与处理单元330之间可采用4G网络实现通信连接，所述分析模块410用于所述振动信号进行时域特征量和频域特征量的提取，并将提取出的特征量形成的波形与预设的标准波形进行对比分析以判断所述有载调压开关10是否存在故障。具体地，分析模块410，分别对振动信号进行时域分析和频域分析，提取振动信号的时域特征量与频域特征量，其中时域分析为提取动作间隔时间、峰值、均方根、峭度指标、脉冲指标等特征量，可反映振动信号的动作时间特征、能量特征、冲击特征等；频域分析为对振动信号进行小波变换，提取信号的主要特征频率、模态能量等特征量，可反映振动信号的频域分布特性。分析模块410将该分析后的振动信号的特征与标准波形的特征进行对比分析，可诊断有载调压开关10是否存在故障；进一步地，分析模块410还可以给出参考的故障类型。
在一个实施例中，请继续参阅图2，所述诊断装置40还可以包括显示模块420，所述显示模块420与所述分析模块410连接，用于显示所述分析模块410提取的特征量以及根据特征量生成的波形。具体地，本申请的显示模块420可显示有载调压开关10振动信号的波形、分析模块410提取出的时域与频域特征量以及分析模块410的诊断结果。
进一步地，请继续参阅图2，所述诊断装置40还可以包括管理模块430，与所述分析模块410连接，用于将所述分析模块410提取的特征量存储在本地和/或上传数据库。
综上，本申请的变压器有载调压开关诊断系统，通过采用设于变压器外壁的振动采集装置来采集变压器中有载调压开关的振动信号，可避免深入变压器内部采集振动信号，然后通过设置信号处理装置对振动信号进行处理，可以使得获取到的振动信号更加准确，最后通过设置诊断装置对处理后的振动信号进行时域和频域的特征提取，并将特征提取后的振动信号与预设的标准进行对比以分析所述有载调压开关的机械特性，相比传统的基于振动信号的有载调压开关诊断系统而言，准确率和可靠度都得到了实质的提高；进一步地，通过采用4G网络可实现数据的远程处理，避免采用有线连接造成现场布线复杂、通讯距离较短等问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，所述诊断系统包括：
振动采集装置，设置于所述变压器的外壁，用于采集所述有载调压开关的振动信号；
信号处理装置，与所述振动采集装置连接，用于对所述振动信号进行处理、并将处理后的振动信号输出；
诊断装置，与所述信号处理装置连接，用于对处理后的所述振动信号进行时域和频域的特征提取，并将提取的特征与预设的标准特征进行对比以分析所述有载调压开关的机械特性。
2.根据权利要求1所述的变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，还包括：
振动采集触发模块，设置于所述有载调压开关的驱动电机上，用于获取所述驱动电机启动时的触发信号；所述振动采集装置采集的所述有载调压开关的振动信号是接收到所述触发信号后开始采集的振动信号。
3.根据权利要求2所述的变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，所述振动采集触发模块包括电流传感器和旋转角度传感器；
所述电流传感器与所述驱动电机电连接，用于获取所述驱动电机的电流信号；
所述旋转角度传感器与所述驱动电机的转动轴同轴设置，用于获取所述驱动电机的旋转角度信号；所述触发信号包括所述电流信号和所述旋转角度信号。
4.根据权利要求2所述的变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，所述振动采集装置包括振动传感器，所述振动传感器采用压电式加速度传感器。
5.根据权利要求2所述的变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，所述信号处理装置包括信号调理电路、模数转换电路以及处理单元；
所述信号调理电路与所述振动采集装置连接，用于对所述振动信号进行调理滤波处理；
所述模数转换电路与所述信号调理电路连接，用于将调理后的模拟信号转变成数字信号；
所述处理单元与所述模数转换电路连接，用于对所述数字信号进行分析。
6.根据权利要求5所述的变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，还包括输入设备，与所述处理单元连接，用于显示所述处理单元的分析结果，并接收用户对所述分析结果作出的操作指令。
7.根据权利要求6所述的变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，所述输入设备包括显示单元和键盘；所述显示单元用于显示所述处理单元的分析结果；所述键盘用于接收用户对所述分析结果作出的操作指令。
8.根据权利要求5所述的变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，所述诊断装置包括一分析模块，所述分析模块与所述处理单元通信连接，用于对所述振动信号进行时域特征量和频域特征量的提取，并将提取出的特征量形成的波形与预设的标准波形进行对比分析以判断所述有载调压开关是否存在故障。
9.根据权利要求8所述的变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，所述诊断装置还包括显示模块，所述显示模块与所述分析模块连接，用于显示所述分析模块提取的特征量以及根据特征量生成的波形。
10.根据权利要求8所述的变压器有载调压开关诊断系统，其特征在于，所述诊断装置还包括管理模块，与所述分析模块连接，用于将所述分析模块提取的特征量存储在本地和/或上传数据库。
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