CN110763964A - 一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，包括：振动传感器、信号变换电路、同步信号识别电路、脉冲归一化电路和无线发射电路；其中：振动传感器用于将变压器铁芯的振动信号转换为电压信号；信号变换电路的输出端与同步信号识别电路的输入端相连接；同步信号识别电路用于将上述电压信号变大，去除振动信号中的高次谐波，将振动信号转换成抖上升沿的矩形波信号；脉冲归一化电路用于将上述抖上升沿的矩形波信号变成抖上升沿的触发脉冲；无线发射电路用于将上述抖上升沿的触发脉冲进行数字化转换，并且向外无线发射。本发明提供的装置，解决了电力变压器局放带电检测时，局部放电信号与变压器运行电压相位不同步的问题。
Description
技术领域
本发明涉及变压器带电检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置。
背景技术
对于电力变压器带电检测时，局部放电检测仪检测到的局放信号与变压器运行电压相位是否同步至关重要，良好的同步效果可有效的区分内部放电信号和外界干扰信号。目前对于电力变压器进行带电检测时，取同步信号的方式主要是通过电流互感器通过铁芯接地线或者从电源箱中提取，铁芯接地处提取的电流信号，受变压器负载情况和噪声情况影响往往效果不佳，而从电源箱处提取的运行电压同步信号则不能保证该电源与变压器运行电压相位一致。
因此，如何提供一种利用变压器本体振动所产生的振动信号转变成与变压器运行电压同步的脉冲信号，并采用无线方式将相位信息脉冲信号传输给带电局放检测设备的运行电压相位触发无线装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，主要解决了电力变压器局放带电检测时，局部放电信号与变压器运行电压相位不同步的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，包括：振动传感器、信号变换电路、同步信号识别电路、脉冲归一化电路和无线发射电路；其中：
所述振动传感器用于将变压器铁芯的振动信号转换为电压信号，所述振动传感器的输出端与所述信号变换电路的输入端相连接；
所述信号变换电路用于将上述电压信号的阻抗由高阻变为低阻；所述信号变换电路的输出端与所述同步信号识别电路的输入端相连接；
所述同步信号识别电路用于将上述电压信号变大，去除振动信号中的高次谐波，并且将振动信号转换成抖上升沿的矩形波信号；所述同步信号识别电路的输出端与所述脉冲归一化电路的输入端相连接；
所述脉冲归一化电路用于将上述抖上升沿的矩形波信号变成抖上升沿的触发脉冲；所述脉冲归一化电路的输出端与所述无线发射电路的输入端相连接；
所述无线发射电路用于将上述抖上升沿的触发脉冲进行调节并且向外无线发射。
有益效果：本发明由振动传感器将变压器磁致伸缩引起的铁芯振动转换成电压信号；在信号变换电路通过场效应管的阻抗变换，实现振动信号的50欧姆阻抗匹配；在同步信号识别电路中将经过阻抗变换后非常微弱的信号滤波、放大；然后将上述变换后的振动模拟信号转变成上升沿占空比为50％的矩形波，从而实现了同步信号的识别；在脉冲归一化电路中经过脉冲归一化电路将矩形波转化成触发脉冲，完成脉冲的归一化；最后在无线发射电路中将触发脉冲进行数字化转换，由无线发射芯片实现无线触发。
优选的，在上述一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置中，所述振动传感器采用压电类振动传感器。
有益效果：选用的压电振动传感器具有灵敏度高，稳定性好，可靠性高等特点。其将变压器磁致伸缩引起的振动转换为电压信号，信号采集更加精准。
优选的，在上述一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置中，所述信号变换电路由电容C3、电阻R22、电阻R23和场效应管Q1组成；其中：电容C3为无感隔直电容，电阻R22为精密电阻。
有益效果：电容C3为隔直电容，电阻R22为精密电阻，使电阻R22两端获得更大的电压信号。场效应管Q1和电阻R23实现将电压信号的阻抗由高阻变换为低阻状态。
优选的，在上述一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置中，所述同步信号检测电路，包括：低通滤波器；所述低通滤波器采用截止频率为75Hz的二阶低通有源滤波器，放大增益100倍。
优选的，在上述一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置中，所述同步信号检测电路，包括：低噪声精密差分比较器；所述低噪声精密差分比较器的型号为TL3061。
优选的，在上述一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置中，所述无线发射电路中的触发脉冲数据传输方式采用433MHz频率发射，发射芯片采用高功率射频发射器。
其中需要说明的是：同步信号检测电路由图2中的电阻R19、电阻R24、放大器U3A、电阻R16、电阻R17、电容C5、电容C6、电阻R25、电阻R20、电容C7、电阻R21、电容C8、电阻R14、电阻R15、低噪声放大器U3B、电容C4、低噪声精密差分比较器U5、上拉电阻R100组成。其中放大器U3A的型号为AD8032A，低噪声放大器U3B的型号为AD8032B，低噪声精密差分比较器U5的型号为LM111；其中电容C4、电容C5、电容C6均为隔直电容，电阻R19和电阻R14为低噪声放大器设置静态工作点。放大器U3A和电阻R16、电阻R17组成100倍放大电路，作用是将微弱的电压信号放大。电阻R20、电容C7、电阻R21、电容C8、电阻R14、电阻R15与低噪声放大器U3B组成截止频率为75Hz的二阶低通有源滤波器，有效的滤除了振动信号中的高次谐波。低噪声精密差分比较器U5和上拉电阻R100，实现了同步信号检测的功能，将振动信号转换成陡上升沿的矩形波信号。
定时器IC1555定时器和电容C11、电容C15、电容C16、电阻R28，则完成了脉冲脉冲归一化功能，使同步脉冲成为陡上升沿定宽度的触发脉冲。
无线发射电路由图2中的晶振25MHzY1、电容C9、电容C14、电阻R30、射频发射器U4、电容C10、电容C12、电容C13、电阻R29、电感L1、电容C17、电感L2、电容C18、2.4G天线Y2组成。晶振25MHzY1、电容C9、电容C14为射频发射器U4的混频器提供时钟信号。电容C10、电容C12、电容C13为射频发射器U4电源上的退耦电容，电阻R29和电感L1调节射频发射器U4的发射功率。电容C7、电感L2、电容C18调节与1/4λ天线Y2的谐振频率已达到最佳发射效果，发射频率为433MHz。
本发明公开提供了一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，通过直接检测变压器磁致伸缩引起的铁芯振动信号，并将其转换为同步脉冲无线发射。有效的解决了电力变压器带电检测局放信号与变压器自身电源不同步的问题，无线传输提高了带电检测的灵活性、准确性及安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的工作原理图；
图2为本发明实施例的电路工作原理图。
其中：C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18为电容；R14、R15、R16、R17、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R28、R29、R30、R100为电阻；Q1为场效应管、U3A为放大器、U3B为低噪声放大器、IC1为555定时器、U4为射频发射器、U5为低噪声精密差分比较器、L1、L2为电感、Y1为晶振25MHz、Y2为2.4G天线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，通过直接检测变压器磁致伸缩引起的铁芯振动信号，并将其转换为同步脉冲无线发射。有效的解决了电力变压器带电检测局放信号与变压器自身电源不同步的问题，无线传输提高了带电检测的灵活性、准确性及安全性。
请参阅附图1～2，一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，包括：振动传感器、信号变换电路、同步信号识别电路、脉冲归一化电路和无线发射电路；其中：
振动传感器用于将变压器铁芯的振动信号转换为电压信号，振动传感器的输出端与信号变换电路的输入端相连接；
信号变换电路用于将电压信号的阻抗由高阻变为低阻；信号变换电路的输出端与同步信号识别电路的输入端相连接；
同步信号识别电路用于将电压信号变大，去除振动信号中的高次谐波，并且将振动信号转换成抖上升沿的矩形波信号；同步信号识别电路的输出端与脉冲归一化电路的输入端相连接；
脉冲归一化电路用于将抖上升沿的矩形波信号变成抖上升沿的触发脉冲；所述脉冲归一化电路的输出端与无线发射电路的输入端相连接；
无线发射电路用于将抖上升沿的触发脉冲进行数字化转换，并且向外无线发射。
为了进一步优化以上技术方案，振动传感器采用压电类振动传感器。
为了进一步优化以上技术方案，信号变换电路由电容C3、电阻R22、电阻R23和场效应管Q1组成；其中：C3为无感隔直电容，R22为精密电阻。
为了进一步优化以上技术方案，无线发射电路中的触发脉冲数据传输方式采用433MHz频率发射，发射芯片采用高功率射频发射器。
为了进一步优化以上技术方案，同步信号检测电路，包括：低通滤波器；低通滤波器采用截止频率为75Hz的二阶低通有源滤波器，放大增益100倍。
为了进一步优化以上技术方案，同步信号检测电路，包括：低噪声精密差分比较器；低噪声精密差分比较器的型号为TL3061。
工作原理：
本发明由振动传感器Y100将变压器磁致伸缩引起的铁芯振动，转换成电压信号，在信号变换电路通过场效应管的阻抗变换，实现振动信号的50欧姆阻抗匹配；在同步信号识别电路中将经过阻抗变换后非常微弱的信号滤波，放大；然后将上述变换后的振动模拟信号转变成上升沿占空比为50％的矩形波，从而实现了同步信号的识别；在脉冲归一化电路中经过脉冲归一化电路将矩形波转化成触发脉冲，完成脉冲的归一化；最后在无线发射电路中将触发脉冲进行数字化转换，由无线发射芯片实现无线触发。
信号变换电路由图2中的电容C3、电阻R22、电阻R23、场效应管Q1组成，C2为隔直电容，R22为阻值电阻，使电阻R22两端获得更大的电压信号。场效应管Q1和电阻R23实现将电压信号的阻抗由高阻变换为低阻状态。
同步信号检测电路由图2中的电阻R19、电阻R24、放大器U3A、电阻R16、电阻R17、电容C5、电容C6、电阻R25、电阻R20、电容C7、电阻R21、电容C8、电阻R14、电阻R15、低噪声放大器U3B、电容C4、低噪声精密差分比较器U5、上拉电阻R100组成。其中电容C4、电容C5、电容C6均为隔直电容，电阻R19和电阻R14为低噪声放大器设置静态工作点。放大器U3A和电阻R16、电阻R17组成100倍放大电路，作用是将微弱的电压信号放大。电阻R20、电容C7、电阻R21、电容C8、电阻R14、电阻R15与低噪声放大器U3B组成截止频率为75Hz的二阶低通有源滤波器，有效的滤除了振动信号中的高次谐波。低噪声精密差分比较器U5和上拉电阻R100，实现了同步信号检测的功能，将振动信号转换成陡上升沿的矩形波信号。
脉冲归一化电路由图2中的定时器IC1555定时器和电容C11、电容C15、电容C16、电阻R28组成，使同步脉冲成为陡上升沿定宽度的触发脉冲。
无线发射电路由图2中晶振25MHZY1、电容C9、电容C14、电阻R30、射频发射器U4、电容C10、电容C12、电容C13、电阻R29、电感L1、电容C17、电感L2、电容C18、2.4G天线Y2组成。晶振25MHZY1、电容C9、电容C14为射频发射器U4的混频器提供时钟信号。电容C10、电容C12、电容C13为射频发射器U4电源上的退耦电容，电阻R29和电感L1调节射频发射器U4的发射功率。电容C7、电感L2、电容C18调节与1/4λ天线Y2的谐振频率已达到最佳发射效果，发射频率为433MHz。
本发明实公开的基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，通过直接检测变压器磁致伸缩引起的铁芯振动信号，并将其转换为同步脉冲无线发射。有效的解决了电力变压器带电检测局放信号与变压器自身电源不同步的问题，无线传输提高了带电检测的灵活性、准确性及安全性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，其特征在于，包括：振动传感器、信号变换电路、同步信号识别电路、脉冲归一化电路和无线发射电路；其中：
所述振动传感器用于将变压器铁芯的振动信号转换为电压信号；所述振动传感器的输出端与所述信号变换电路的输入端相连接；
所述信号变换电路用于将上述电压信号的阻抗由高阻变为低阻；所述信号变换电路的输出端与所述同步信号识别电路的输入端相连接；
所述同步信号识别电路用于将上述电压信号变大，去除振动信号中的高次谐波，并且将振动信号转换成抖上升沿的矩形波信号；所述同步信号识别电路的输出端与所述脉冲归一化电路的输入端相连接；
所述脉冲归一化电路用于将上述抖上升沿的矩形波信号变成抖上升沿的触发脉冲；所述脉冲归一化电路的输出端与所述无线发射电路的输入端相连接；
所述无线发射电路用于将上述抖上升沿的触发脉冲进行数字化转换，并且向外无线发射。
2.根据权利要求1所述的一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，其特征在于，所述振动传感器采用压电类振动传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，其特征在于，所述信号变换电路由电容C3、电阻R22、电阻R23和场效应管Q1组成；其中：电容C3为无感隔直电容，电阻R22为精密电阻。
4.根据权利要求1所述的一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，其特征在于，所述无线发射电路中的触发脉冲数据传输方式采用433MHz频率发射，发射芯片采用高功率射频发射器。
5.根据权利要求1所述的一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，其特征在于，所述同步信号检测电路，包括：低通滤波器；所述低通滤波器采用截止频率为75Hz的二阶低通有源滤波器，放大增益100倍。
6.根据权利要求1所述的一种基于变压器振动的运行电压相位触发无线装置，其特征在于，所述同步信号检测电路，包括：低噪声精密差分比较器；所述低噪声精密差分比较器的型号为TL3061。
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