CN114720869A - 一种变压器有载分接开关运行状态在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，涉及变压器有载分接开关技术领域，包括：振动信号监测模块、可听声信号监测模块、超声信号监测模块、电流监测模块、数据采集与处理模块以及主控模块，通过数据采集与处理模块接收振动信号监测模块、可听声信号监测模块、超声信号监测模块、电流监测模块传输的振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号，并分别进行模数转换、抗混叠滤波、放大以及特征提取，然后传送至主控模块，通过主控模块对特征数据进行特征量计算，以数值或图形等形式进行显示，并基于DS证据融合理论融合规则的计算结果显示有载分接开关的运行状态，从而实现对有载分接开关的运行状态的监测。

Description

一种变压器有载分接开关运行状态在线监测系统

技术领域

本发明属于变压器有载分接开关技术领域，尤其涉及一种变压器有载分接开关运行状态在线监测系统。

背景技术

有载分接开关是电力变压器带载调压的关键部件，其可靠性对电力变压器及电力系统的安全可靠运行影响重大。随着有载分接开关运行年限的增长及调压次数的增多，不可避免地会发生各种形式的故障。历年的变压器故障统计表明，分接开关引发的故障是仅次于绕组变形的主要故障类型，且故障率居高不下。现有的获取有载分接开关运行状态信息的方法主要是依据切换次数、电气试验等，与电力设备状态维修和状态评估的科学要求不相适应。

有载分接开关主要包括选择开关、切换开关和电动机构等，其一次档位切换过程是电动机构驱动转动轴转动上紧弹簧储能机构，在然后弹簧释放能量，快速转动选择开关的动触头系统，从一个分接变换到下一个分接。显然，有载分接开关档位切换过程中转动轴的转动、切换开关动静触头的撞击等所产生的机械振动信号包含了丰富的设备状态信息，这些机械振动信号经空气传播时还会声波信号产生，故可通过监测有载分接开关的振声信号及电机电流信号对其运行状态进行分析。此外，有载分接开关档位切换时的振声信号的获取与整个电力系统没有直接的电气连接，对于整个电气系统的正常运行没有任何影响，可发展成为一种较准确、便捷、安全的在线监测方法。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种有载分接开关运行状态在线监测系统，该在线监测系统应当能够对有载分接开关电机电流、振动信号、可听声和超声信号进行实时分析，从而实现对有载分接开关运行状态的高效、准确地判断。

为实现上述目的，本发明提供了一种变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，包括：

振动信号监测模块，所述振动信号监测模块用于监测有载分接开关档位切换时的振动信号；

可听声信号监测模块，所述可听声信号监测模块用于监测有载分接开关档位切换时的可听声信号；

超声信号监测模块，所述超声信号监测模块用于监测有载分接开关档位切换时的超声信号；

电流监测模块，所述电流监测模块用于监测有载分接开关驱动电机电流信号；

数据采集与处理模块，所述数据采集与处理模块用于接收所述振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号，并分别进行模数转换、滤波、放大以及特征提取；以及

主控模块，所述主控模块用于接收数据采集与处理模块传送的振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号的特征数据，并进行特征量计算，以数值或图形的形式进行显示，并基于DS证据融合理论融合规则的计算结果显示有载分接开关的运行状态。

优选地，所述数据采集与处理模块包括：

振动信号采集单元，所述振动信号采集单元与所述振动加速度传感器连接，以接收振动信号监测模块传输的振动信号，并对所述振动信号进行模数转换、滤波和放大；

可听声信号采集单元，所述可听声信号采集单元与所述可听声信号监测模块连接，以接收麦克风传感器传输的振动信号，并对所述可听声信号进行模数转换、滤波和放大；

超声信号采集单元，所述超声信号采集单元与所述超声信号监测模块连接，以接收麦克风传感器传输的振动信号，并对所述超声信号进行模数转换、滤波和放大；

电流信号调理单元，所述电流信号调理单元与所述电流变送器连接，以接收电流变送器传输的驱动电机电流信号，并对所述电流信号进行模数转换、滤波和放大；

信号处理单元，所述信号处理单元与所述振动信号监测模块、可听声信号监测模块、超声信号监测模块、电流监测模块连接，用于对振动信号、可听声信号、超声信号和电机电流信号进行特征提取；以及

传输单元，所述传输单元与主控模块连接，用于传输信号处理单元的分析结果。

优选地，所述主控模块包括计算机或服务器。

优选地，所述数据采集与处理模块和主控模块之间采用无线传输模式连接。

优选地，所述主控模块上设有基本参数设置模块，用于设定振动信号与驱动电机电流信号的采样频率、触发方式及数据分析的模型。

优选地，所述振动信号监测模块和超声信号监测模块设置在有载分接开关顶盖或变压器油箱侧壁。

优选地，所述超声信号监测模块放置于有载分接开关附近。

优选地，所述滤波采用抗混叠滤波。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明所提供的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统包括：振动信号监测模块、可听声信号监测模块、超声信号监测模块、电流监测模块、数据采集与处理模块以及主控模块，通过数据采集与处理模块接收振动信号监测模块、可听声信号监测模块、超声信号监测模块、电流监测模块传输的振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号，并分别进行模数转换、抗混叠滤波、放大以及特征提取，然后传送至主控模块，通过主控模块对特征数据进行特征量计算，以数值或图形等形式进行显示，并基于DS证据融合理论融合规则的计算结果显示有载分接开关的运行状态，从而实现对有载分接开关的运行状态的监测，以及方便运行状态进行判断。

此外，本发明所提供的一种有载分接开关运行状态在线监测系统结构简单，易于实施，并且便于操作人员及时发现有载分接开关运行状态的异常，大大降低了有载分接开关及变压器的故障损坏率，同时延长了有载分接开关及变压器的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种变压器有载分接开关运行状态在线监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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作出创造性劳动的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。

如图1所示，本发明所提供的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统包括：振动信号监测模块、可听声信号监测模块、超声信号监测模块、电流监测模块、数据采集与处理模块以及主控模块；

所述振动信号监测模块用于监测有载分接开关档位切换时的振动信号，振动信号监测模块贴合地放置于有载分接开关顶盖或变压器油箱侧壁上，振动信号监测模块采用振动加速度传感器；

所述可听声信号监测模块用于监测有载分接开关档位切换时的可听声信号，可听声信号监测模块放置于有载分接开关附近，可听声信号监测模块采用麦克风传感器；

所述超声信号监测模块用于监测有载分接开关档位切换时的超声信号，超声信号监测模块贴合地放置于变压器油箱侧壁上，超声信号监测模块采用超声传感器；

所述电流监测模块用于监测有载分接开关驱动电机电流信号，电流监测模块采用电流变送器；

所述数据采集与处理模块用于接收所述振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号，并分别进行模数转换、抗混叠滤波、放大以及特征提取；

所述主控模块用于接收数据采集与处理模块传送的振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号的特征数据，并进行特征量计算，以数值或图形等形式进行显示，并基于DS证据融合理论融合规则的计算结果显示有载分接开关的运行状态。其中，主控模块包括计算机或服务器。

上述的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，通过数据采集与处理模块接收振动信号监测模块、可听声信号监测模块、超声信号监测模块、电流监测模块传输的振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号，并分别进行模数转换、抗混叠滤波、放大以及特征提取，然后传送至主控模块，通过主控模块对特征数据进行特征量计算，以数值或图形等形式进行显示，并基于DS证据融合理论融合规则的计算结果显示有载分接开关的运行状态，从而实现对变压器有载分接开关运行状态在线监测。

其中一个实施例，所述数据采集与处理模块包括：振动信号采集单元、可听声信号采集单元、超声信号采集单元、电流信号调理单元、信号处理单元以及传输单元，

所述振动信号采集单元与所述振动加速度传感器连接，以接收振动信号监测模块传输的振动信号，并对所述振动信号进行模数转换、滤波和放大；

所述可听声信号采集单元与所述可听声信号监测模块连接，以接收麦克风传感器传输的振动信号，并对所述可听声信号进行模数转换、滤波和放大；

所述超声信号采集单元与所述超声信号监测模块连接，以接收麦克风传感器传输的振动信号，并对所述超声信号进行模数转换、滤波和放大；

所述电流信号调理单元与所述电流变送器连接，以接收电流变送器传输的驱动电机电流信号，并对所述电流信号进行模数转换、滤波和放大；

所述信号处理单元与所述振动信号监测模块、可听声信号监测模块、超声信号监测模块、电流监测模块连接，用于对振动信号、可听声信号、超声信号和电机电流信号进行特征提取；

所述传输单元与主控模块连接，用于传输信号处理单元的分析结果。

其中一个实施例，所述数据采集与处理模块和主控模块之间采用无线传输模式连接，具体的，采用TCP/IP协议。

其中一个实施例，所述主控模块上设有基本参数设置模块设定振动信号与驱动电机电流信号的采样频率、触发方式及数据分析的模型。

其中一个实施例，所述的数据采集与处理模块依据驱动电机电流信号进行触发，对多通道振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号进行存储与计算。

对本发明变压器有载分接开关运行状态在线监测系统的工作原理进行详细说明，以使本领域技术人员更了解本发明：

S1、将振动加速度传感器设置在有载分接开关顶盖或变压器油箱侧壁上，实时采集有载分接开关档位切换时的振动信号；将麦克风传感器放置于有载分接开关附近，以监测有载分接开关档位切换时的可听声信号；将超声传感器，其贴合地放置于变压器油箱侧壁上，以监测有载分接开关档位切换时的超声信号；同时采用电流变送器采集有载分接开关的驱动电机电流信号；

S2、在客户端上的有载分接开关机械状态分析系统中基本参数设置模块设定振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号的采样频率、触发方式及数据分析的模型。

S3、采集到的振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号传输至数据采集与处理调理模块，通过数据采集与处理模块中的信号采集单元的模数转换、滤波和放大后，再将这些信号传输至数据采集与处理调理模块中的信号处理单元进行分析处理。

S4、数据采集与处理模块中的信号处理单元分别对驱动电机电流和振动信号进行分析计算，具体计算过程为：

4a. 基于网格分形算法获取有载分接开关切换段振动信号和可听声信号、及转动轴段振动信号和可听声信号；

4b. 基于时域分析计算转动轴段振动信号的有效值和峭度、及可听声信号的声压级；

4c. 基于Hilbert变换及三次样条插值相结合的方法计算切换段振动信号的时域包络；

4d. 基于双时域S变换计算切换段可听声信号谱矩阵特征向量；

4e. 对捕捉到的超声信号计算其有效值和峰值；

4f. 计算驱动电机电流信号的有效值和持续时间；

所述的信号处理单元的处理器采用Zynq-7000系列的XC7Z035开发板作为本系统的主控制器，其集成FPGA和ARM在一个芯片内部，具备处理器和FPGA双重特性，大大提高运算效率。

所述的信号处理单元的编码主要采用VHDL语言实现。

S5、数据传输单元将数据采集与处理模块中信号处理单元的分析计算结果通过无线传输模式传输至客户端或服务器，其通信协议采用TCP/IP协议。

S6、计算机或服务器以数值或图形等形式显示有载分接开关档位切换时振动信号、可听声信号、超声信号与驱动电机电流信号的典型特征量，并基于DS证据融合理论融合规则的计算结果显示有载分接开关的运行状态。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，其特征在于，包括：

振动信号监测模块，所述振动信号监测模块用于监测有载分接开关档位切换时的振动信号；

可听声信号监测模块，所述可听声信号监测模块用于监测有载分接开关档位切换时的可听声信号；

超声信号监测模块，所述超声信号监测模块用于监测有载分接开关档位切换时的超声信号；

电流监测模块，所述电流监测模块用于监测有载分接开关驱动电机电流信号；

数据采集与处理模块，所述数据采集与处理模块用于接收所述振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号，并分别进行模数转换、滤波、放大以及特征提取；以及

主控模块，所述主控模块用于接收数据采集与处理模块传送的振动信号、可听声信号、超声信号和驱动电机电流信号的特征数据，并进行特征量计算，以数值或图形的形式进行显示，并基于DS证据融合理论融合规则的计算结果显示有载分接开关的运行状态。

2.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，其特征在于，所述数据采集与处理模块包括：

振动信号采集单元，所述振动信号采集单元与所述振动加速度传感器连接，以接收振动信号监测模块传输的振动信号，并对所述振动信号进行模数转换、滤波和放大；

可听声信号采集单元，所述可听声信号采集单元与所述可听声信号监测模块连接，以接收麦克风传感器传输的振动信号，并对所述可听声信号进行模数转换、滤波和放大；

超声信号采集单元，所述超声信号采集单元与所述超声信号监测模块连接，以接收麦克风传感器传输的振动信号，并对所述超声信号进行模数转换、滤波和放大；

电流信号调理单元，所述电流信号调理单元与所述电流变送器连接，以接收电流变送器传输的驱动电机电流信号，并对所述电流信号进行模数转换、滤波和放大；

信号处理单元，所述信号处理单元与所述振动信号监测模块、可听声信号监测模块、超声信号监测模块、电流监测模块连接，用于对振动信号、可听声信号、超声信号和电机电流信号进行特征提取；以及

传输单元，所述传输单元与主控模块连接，用于传输信号处理单元的分析结果。

3.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，其特征在于，所述主控模块包括计算机或服务器。

4.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，其特征在于，所述数据采集与处理模块和主控模块之间采用无线传输模式连接。

5.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，其特征在于，所述主控模块上设有基本参数设置模块，用于设定振动信号与驱动电机电流信号的采样频率、触发方式及数据分析的模型。

6.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，其特征在于，所述振动信号监测模块和超声信号监测模块设置在有载分接开关顶盖或变压器油箱侧壁。

7.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，其特征在于，所述超声信号监测模块放置于有载分接开关附近。

8.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关运行状态在线监测系统，其特征在于，所述滤波采用抗混叠滤波。

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