CN111458583A - 一种配网变压器振动在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种配网变压器振动在线监测系统，包括传感器模块、实时处理器模块和上位机模块，所述传感器模块与所述实时处理器模块连接，所述实时处理器模块与所述上位机模块连接；所述传感器模块用于采集变压器的振动电流、振动电压，所述实时处理器模块用于接收所述振动电流和振动电压进行处理后传输至所述上位机模块，所述上位机模块用于对接收的实时数据进行显示、储存和数据分析。本发明实施例由传感模块、实时处理器模块、上位机模块三者结合在一起，实现对变压器的振动进行实时在线监测，为了变压器的故障判别提供了重要依据。

Description

一种配网变压器振动在线监测系统

技术领域

本发明实施例涉及变压器振动监测技术领域，具体涉及一种配网变压器振动在线监测系统。

背景技术

变压器作为配网电力系统关键重要设备，变压器的运行状态直接关系到电力系统安全稳定重要。据电力运维系统统计变压器故障由电力负荷过高短路冲击时引起强大的电动力引发变压器绕组加重造成主要故障。其次变压器绕组变形与现场安装之后运行有一定积累，长年累计，变压器会发生绝缘击穿事故，具有此事故隐患的变压器在运行中会再次遭受到过电流或过电压，甚至在正常的情况下铁磁振动下会发生绝缘击穿，因此对变压器振动进行实时在线监测与故障判别有重大意义。

在运行的变压器绕组可以通过变比试验的检测方法主要有变比测试、频响分析法(FRA)、短路阻抗法，这三种方法可以检测出变压器绕组变形故障，同时也可对绕组松对在早期可检测出。变压器振动检测法近年来在国内得到广泛关注，研究人员主要从变压器绕组的振动这方面思考，从变压器振动信号特性分析法以基于变压器绕组变形检测方法相比，振动分析法通过粘贴在变压器器身的振动传感器获得振动信号来评估变压器的运行状态，还能够测试到电气系统是否与电气连接，安全可靠，此振动信号抗干扰能力强，方便实现电力变压器运行状态的在线监测。

电力设备状态检修的建设与发展对变压器振动在线监测系统的推广得到了新的要求，因此，需要进一步研究和开发在变压器在变电站系统的振动在线监测系统标准来于国家标准IEC61850变压器在线监测系统。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种配网变压器振动在线监测系统，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种配网变压器振动在线监测系统，包括传感器模块、实时处理器模块和上位机模块，所述传感器模块与所述实时处理器模块连接，所述实时处理器模块与所述上位机模块连接；

所述传感器模块用于采集变压器的振动电流和振动电压；所述实时处理器模块用于接收采集到的振动电流和所述振动电压，并传输至所述上位机模块；所述上位机模块用于对所采集对到的振动电流和所述振动电压实时进行显示、储存和数据分析。

可选的，所述传感模块包括振动传感器、电流互感器和电压互感器。

可选的，所述实时处理器模块包括采集模块、传输模块和控制模块，所述采集模块和所述传输模块均与所述控制模块连接，所述采集模块与所述传感模块连接，所述传输模块与所述上位机模块连接。

可选的，所述上位机模块包括通信模块、储存模块、接收模块和分析模块，所述接收模块与所述传输模块连接。

可选的，所述振动传感器通过可穿戴式振动采集组件设置在变压器上，可穿戴式振动采集组件包括分别与三个振动传感器连接的A相绕组、B相绕组和C相绕组。

可选的，所述实时处理器模块由I/O模块进行信号调控，然后经过A/D转换后进入数据滤波算法，最后通过PCI总线通信将数据送入实时控制器进行数据传输。

可选的，所述上位机模块中的所述分析模块包括稳态振动信号分析模块和突发短路时的振动信号分析给模块。

可选的，所述稳态振动信号模块包括快速变换函数模块、变压器振动信号预测模块和变压器振动烈度分析模块；

所述快速变换函数模块对振动信号进行频谱分析，获取振动信号100HZ，分量的实时数据曲线；所述变压器振动信号预测模块根据历史电压、电流信号和振动信号使用改进BP神经网络可对振动信号的100HZ分量进行预测，所述变压器振动烈度分析模块将监测到的振动的信号归算到变压器额定电流时的数值，进而计算其为方根值。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明实施例由传感模块、实时处理器模块、上位机模块三者结合在一起，实现对变压器的振动进行实时在线监测，为了变压器的故障判别提供了重要依据。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的监测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的变压器绕组状态监测方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的监测系统IED架构图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

运行中的变压器本体振动主要来源于铁蕊振动和绕组振动，因此振动信号的采集与监测是本文在线监测系统核心功能。

变压器的构成铁蕊振动主要由硅钢片的磁滞伸缩引起，若不计或者忽略变压器磁滞伸缩引起，可认为由铁蕊振动的电磁力与励磁电压的平方成正比。变压器的绕组振动是由流过绕组的负载电流所产生的电磁力引起，该电磁力与绕组电流的平方成正比。

由此可知，铁蕊振动和绕组振动均以2倍的电源频率为基础，根据历史数据结论即为100HZ，对于在运行中的变压器而已，铁蕊振动、绕组振动信号和变压器器身本体三者合在一起经振动传感器采集后送入振动在线监测后台系统，通过内置的分析软件判别出在线监测的情况和评估变压器在运行时评估变压器在运行的状态。

变压器运行的电压会对铁蕊的振动产生影响，根据现场在线监测变压器的运行电压，可对铁蕊的振动状态进行辅助判断。因此，在线监测系统中使用电压互感器采集变压器三相运行电压信号。

变压器的绕组振动与负载电流有密切关系会产生影响，变压器的绕组振动幅值与负载电流有正比，由此可见，根据现场监测到的变压器的工作电流，可对绕组振动状态也可起到辅助作用。因此，使用的电流互感器采集变压器三相运行电流信号。

如图1所示，本发明提供了一种配网变压器振动在线监测系统，包括传感器模块、实时处理器模块和上位机模块，所述传感器模块与所述实时处理器模块连接，所述实时处理器模块与所述上位机模块连接；

所述传感器模块用于采集变压器的振动电流、振动电压，所述实时处理器模块用于接收所述振动电流和振动电压进行处理后传输至所述上位机模块，所述上位机模块用于对接收的实时数据进行显示、储存和数据分析。

传感模块包括振动传感器、电流互感器和电压互感器；实时处理器模块由采集模块、传输模块和控制模块，所述采集模块和传输模块均与所述控制模块连接，所述采集模块与所述传感模块连接，所述传输模块与所述上位机模块连接；上位机模块包括通信模块、储存模块、接收模块和分析模块，所述接收模块与所述实时处理器模块的传输模块连接。

变压器振动在线监测系统中的硬件部分主要包括传感器和一多可穿带式振动监测相关模块，考虑到变压器振动信号的幅值和频宽，本文选用IEPE可穿带式振动采集信号，具体应用时，分别放于3路振动传感器于变压器器身，可穿戴式振动采集组件包括分别与三个振动传感器连接的A相绕组、B相绕组和C相绕组。

考虑到在线监测系统数据处理速率和监测变压器状态和状态评估的需要，选用可穿带式振动监测相关模块硬件平台进行数据采集参数设置和系统内数据传输，该平台主要由实时控制器、可重置的现场编程门阵列和工业I/O模块三部分组成。传动模块采集的数据由I/O模块进行信号调控，然后经过A/D转换后进入数据滤波算法，最后通过PCI总线通信将数据送入实时控制器进行数据传输，满足系统实时数据处理的需要。

选用振动信号采集模块为N19234I/O模块，信号输入范围为±5V,具有24位A/D转换功能，各采样通道最高率可达51.2KS/S，三相电压和电流数据采集进行数据上传。

变压器振动在线监测系统运行时，所采集的振动信号、电流、电压数据由实时处理器模块进行处理并向上位机传输，再由上位机模块接收并进行实时数据显示和分析，这对系统内的实时数据处理与数据传输的准确性和可靠性提出了较高的要求。

上位机模块中PC层负责对RT层上传的数据进行分解，并将不同的数据进行不同的处理，主要包括数据显示、数据储存、数据分析。

对采集实时的振动的电压、电流数据进行分析是变压器振动在线监测系统核心所在。根据变压器振动原理及振动信号典型特征，同内嵌入式上位机分析软件中的稳态振动信号分析模块和突发短路时的振动信号分析给模块，去分析变压器的运行状态进行监测。

上述稳态振动信号模块主要包括3个模块。

A.快速变换函数模块：对振动信号进行频谱分析，获取振动信号100HZ，分量的实时数据曲线。

B.变压器振动信号预测模块：根据历史电压、电流信号和振动信号使用改进BP神经网络可对振动信号的100HZ分量进行预测。

C.变压器振动烈度分析模块：这个模块是通常认为运行中的变压器工作电压保持不变，将监测到的振动的信号归算到变压器额定电流时的数值，进而计算其为方根值。

考虑到变压器的本身器振动特性及变压器绕组的运行状态和多种因素密切相关，且存在不确定因素，分析软件中引入根据监测到的振动信号对绕组状态的评估图2。

现有的变压器振动在线监测系统共采集变压器三相振动信号，变压器三相电压信号和三相电流信号，测试系统程序可通过修改网关或FIFO深度文件及数据读写操作相关参数方便的扩展数据通道、新增振动测试点或者引入新的监测量。此外，振动在线监测函数节点的应用使得系统可以方便的新增振动测试点或者引入新的监测量。

为了实现振动在线监测系统符合国家标准IEC61850变压器在线监测系统发展方向，因此，开发IEC61850变压器在线监测系统的IED信息模型对推广应该有重大意义。根据变压器IEC61850标准变压器在线监测系统属于间隔层的设备，与其过程层数据采集间通过以太以网(或4G无线网络)进行系统内数据通信，与站控层通过太以网(或4G无线网络)以报告形式进行数据交换，其整体架构见图3。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种配网变压器振动在线监测系统，其特征在于，包括传感器模块、实时处理器模块和上位机模块，所述传感器模块与所述实时处理器模块连接，所述实时处理器模块与所述上位机模块连接；

所述传感器模块用于采集变压器的振动电流和振动电压；所述实时处理器模块用于接收采集到的振动电流和所述振动电压，并传输至所述上位机模块；所述上位机模块用于对所采集对到的振动电流和所述振动电压实时进行显示、储存和数据分析。

2.根据权利要求1所述的一种配网变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述传感模块包括振动传感器、电流互感器和电压互感器。

3.根据权利要求1所述的一种配网变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述实时处理器模块包括采集模块、传输模块和控制模块，所述采集模块和所述传输模块均与所述控制模块连接，所述采集模块与所述传感模块连接，所述传输模块与所述上位机模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种配网变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述上位机模块包括通信模块、储存模块、接收模块和分析模块，所述接收模块与所述传输模块连接。

5.根据权利要求2所述的一种配网变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述振动传感器通过可穿戴式振动采集组件设置在变压器上，可穿戴式振动采集组件包括分别与三个振动传感器连接的A相绕组、B相绕组和C相绕组。

6.根据权利要求1或3所述的一种配网变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述实时处理器模块由I/O模块进行信号调控，然后经过A/D转换后进入数据滤波算法，最后通过PCI总线通信将数据送入实时控制器进行数据传输。

7.根据权利要求4所述的一种配网变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述上位机模块中的所述分析模块包括稳态振动信号分析模块和突发短路时的振动信号分析给模块。

8.根据权利要求7所述的一种配网变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述稳态振动信号模块包括快速变换函数模块、变压器振动信号预测模块和变压器振动烈度分析模块；

所述快速变换函数模块对振动信号进行频谱分析，获取振动信号100HZ，分量的实时数据曲线；所述变压器振动信号预测模块根据历史电压、电流信号和振动信号使用改进BP神经网络可对振动信号的100HZ分量进行预测，所述变压器振动烈度分析模块将监测到的振动的信号归算到变压器额定电流时的数值，进而计算其为方根值。

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