CN204129139U - 多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置 - Google Patents

多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置 Download PDF

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徐建源
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Abstract

多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置，包括电压传感器、电流传感器、振动加速度传感器、移相放大电路、信号调理电路、A/D转换控制电路、DSP、双口RAM和MCU，电压传感器的输出端、电流传感器的输出端和振动加速度传感器的输出端分别连接移相放大电路的输入端，移相放大电路的输出端连接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接A/D转换控制电路的输入端，A/D转换控制电路的输出端连接DSP的输入端，DSP与MCU通过双口RAM进行连接，电流传感器和电压传感器分别连接变电站的电流互感器二次侧、电压互感器二次侧，振动加速度传感器安装于电力变压器三相绕组在油箱侧壁的对应位置。

Description

多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置
技术领域
本实用新型属于电力变压器故障诊断技术领域，具体涉及多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置。
背景技术
电力变压器是电力系统中重要的输变电设备之一，连接多个电压等级，在电网中处于枢纽地位。其运行的安全可靠性直接影响电网的运行安全，提高电力变压器的运行可靠性，对整个电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。
电力变压器故障包括机械故障，绝缘故障，过热故障等，多数绝缘故障由机械故障引起。关于大型电力变压器故障的统计报告中大约有60％以上属于绕组内部机械故障，通过统计分析得出因绕组变形、绕组压紧松动等引起的机械故障是变压器故障的主要组成部分，因此为了能保证变压器运行的安全可靠性，开展变压器绕组运行状态的研究显得尤为重要。
发明内容
根据现有技术的不足，本实用新型提出了多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置。
本实用新型的技术方案是：
多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置，包括电压传感器、电流传感器、振动加速度传感器、移相放大电路、信号调理电路、A/D转换控制电路、DSP、双口RAM和MCU(微控制单元)。
电压传感器的输出端、电流传感器的输出端和振动加速度传感器的输出端分别连接移相放大电路的输入端，移相放大电路的输出端连接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接A/D转换控制电路的输入端，A/D转换控制电路的输出端连接DSP的输入端，DSP与MCU通过双口RAM进行连接。
电流传感器和电压传感器分别连接变电站的电流互感器二次侧、电压互感器二次侧。
振动加速度传感器安装于电力变压器三相绕组在油箱侧壁的对应位置。
所述的移相放大电路，包括运算放大器、第一电容、第二电容、第三电容、反馈电阻、第一滑动变阻器和第二滑动变阻器，运算放大器的输入端并联两个反接的二极管，运算放大器的输出端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地，运算放大器的输入端还连接第一滑动变阻器的一端，第一滑动变阻器的另一端连接反馈电阻的一端，反馈电阻的另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的输入端还连接第二滑动变阻器的一端，第二滑动变阻器的另一端连接第一电容的一端，第一电容的另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的输入端还连接第二电容的一端，第二电容的另一端连接运算放大器的输出端。
所述的信号调理电路，包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻，第一运算放大器的负输入端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接地，第一运算放大器的正输入端连接第四电阻的一端，第一运算放大器的负输入端还连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的正输入端还连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的负输入端与输出端短接，第一运算放大器的输出端连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接A/D转换控制电路的输入端，第二运算放大器的输出端还连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端连接A/D转换控制电路的输入端，第二运算放大器的正输入端连接A/D转换控制电路的输入端。
所述的A/D转换控制电路包括两个A/D转换芯片，且两个A/D转换芯片级联。
本实用新型的有益效果是：本实用新型建立了多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置，采集各相绕组电流、各相绕组电压及各相绕组机械振动参量综合信息，并通过变压器绕组正常及故障不同状态特性试验，建立基于电抗信号和振动信号的变压器绕组状态的双信号组合采集装置，用来解决当今变压器绕组故障诊断存在的诊断信号单一化及无法实时在线监测绕组运行状况等问题。
附图说明
图1为本实施方式中多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置的结构图；
图2为本实施方式中多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置中移相放大电路的电路图；
图3为本实施方式中多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置中信号调理电路、A/D转换控制电路及DSP的电路连接图；
图4为本实施方式中多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置中DSP、双口RAM、MCU和OLED液晶显示电路的电路连接图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型具体实施方式加以详细的说明。
多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置，如图1所示，包括电压传感器、电流传感器、振动加速度传感器、移相放大电路、信号调理电路、A/D转换控制电路、DSP、双口RAM和MCU。
电压传感器的输出端、电流传感器的输出端和振动加速度传感器的输出端分别连接移相放大电路的输入端，移相放大电路的输出端连接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接A/D转换控制电路的输入端，A/D转换控制电路的输出端连接DSP的输入端，DSP与MCU通过双口RAM进行连接。
电流传感器和电压传感器分别连接变电站的电流互感器二次侧、电压互感器二次侧。
本实施方式中，选用型号为SCT254FK的电流传感器，选用星格公司的型号为SPT204A的电压传感器。
振动加速度传感器安装于电力变压器三相绕组在油箱侧壁的对应位置。
本实施方式中，选用朗斯公司型号为LC0154的振动加速度传感器。
如图2所示，移相放大电路用于将采集的信号进行去耦和滤波处理，包括运算放大器、第一电容、第二电容C2、第三电容C3、反馈电阻R、第一滑动变阻器r和第二滑动变阻器r′，运算放大器的输入端并联两个反接的二极管，运算放大器的输出端连接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端接地，运算放大器的输入端还连接第一滑动变阻器r的一端，第一滑动变阻器r的另一端连接反馈电阻R的一端，反馈电阻R的另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的输入端还连接第二滑动变阻器r′的一端，第二滑动变阻器r′的另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的输入端还连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接运算放大器的输出端。电容C2和C3选用400至1000pF的小电容，用来去耦和滤波。运算放大器精度使用OP07系列，可以较容易达到较高的精度和较好的稳定性。
如图3所示，信号调理电路用于将模拟信号转换成全差分输入信号，包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，第一运算放大器的负输入端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地，第一运算放大器的正输入端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接双极性输入端，第一运算放大器的负输入端还连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的正输入端还连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的负输入端与输出端短接，第一运算放大器的输出端连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接A/D转换控制电路的+IN端，第二运算放大器的输出端还连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接A/D转换控制电路的-IN端，第二运算放大器的正输入端连接A/D转换控制电路的+15V电压端。
所选用的第三电阻R3为4kΩ，第四电阻R4为20kΩ，第五电阻R5为1.2kΩ，第六电阻R6为1.2kΩ，
信号调理电路的第一运算放大器和第二运算放大器采用运算放大芯片OPA227，并通过电阻R1、R2使双极性输入范围为±2.5V，±5V，±10V之间。
R1为1kΩR2为5kΩ时，双极性输入为±10V，R1为2kΩR2为10kΩ时，双极性输入为±5V，R1为4kΩR2为20kΩ时，双极性输入为±2.5V。
A/D转换控制电路包括两个A/D转换芯片，且两个A/D转换芯片级联，选用的A/D转换芯片的型号为ADS8365，
ADS8364的数据读出方式主要包括直接地址读方式、循环读方式、FIFO读方式三种，本实施方式中选择直接地址读方式。
每片ADS8364芯片可以实现六路信号的同步采集，两片ADS8364可实现十二路信号的同步采集，实现模数转换电路的功能。
DSP的型号为TMS320F28335。
ADS8365的A0、A1、A2、CS、RD、EOC、CLK端分别连接TMS320F28335的XA0、XA1、XA2、CS、RE、XINT1、RWM5端，ADS8365的D0～D15端连接TMS320F28335的D0～D15端，ADS8365的BYTE和ADD端接地。
TMS320F28335DSP通过控制A2，A1，A0端口的电平使其为001，010～101，来控制转换通道CHA0，CHA1～CHC1。当六通道数据转换结束后会产生一个EOC信号来通知DSP转换结束，DSP检测到此信号后将读信号RD置低，从而将转换后的信号依次读入DSP中，完成一组数据的模数转换。
如图4所示，DSP、双口RAM、MCU和OLED液晶显示电路的电路连接图，TMS320F28335DSP的R/W、DS、RD、READY端分别连接双口RAM的R/W、CEL、OEL、BUSYL端，TMS320F28335DSP的D0～D7连接双口RAM的D0～D7L，TMS320F28335DSP的A0～A10连接双口RAM的A0～A10L，双口RAM的R/WR、CER、OER、BUSYR端分别连接MCU的WR、ALE、RD、RDY端，TMS320F28335DSP的D0～D7R端连接双口RAM的PB0～PB7端，TMS320F28335DSP与双口RAM的连接时需要对单片机进行总线扩展，利用锁存器的锁存功能，通过使能控制，采用I/O口分时复用的方式来实现地址和数据的读写，TMS320F28335DSP的A0～A7R端通过锁存器连接双口RAM的PB0～PB7，TMS320F28335DSP的A8～A10R端连接双口RAM的PB8～PB10端。
DSP与MCU进行数据交换时，为避免对同一地址进行写操作而产生冲突，设计中将CY7C026地址空间分为两个区域，分别分配给DSP和单片机使用，二者只能在分配给自己的空间内进行写操作，在对方区域内进行读操作，这样就可以避免冲突产生，提高了数据交换可靠性。
本实施方式中，选用OLED液晶显示器作为人机交互界面，选用集成SSD1305OLED驱动器的VGY12864C显示模块，利用OLED显示模块提升了监测系统的就地显示能力，也扩展了其应用环境范围。MCU可以通过连接OLED液晶显示器来显示，MCU的PC8、PC9、PC10端分别连接OLED的DC、WR、RD端，MCU的PC0～PC7端连接OLED的DB0～DB7端，MCU的PC11端连接OLED的CS端，MCU的PC12端连接OLED的RST端。
本实施方式中，选用工业级的芯片和元件，采用合理PCB布局和制造工艺，以切断各种电磁耦合的干扰，尽可能保证整个系统的高度可靠性，采取了以下措施：
本实施方式中，选用工业级的芯片和元件，采用合理PCB布局和制造工艺，以切断各种电磁耦合的干扰，尽可能保证整个系统的高度可靠性，采取了以下措施：
(1)隔离和屏蔽措施。输入、输出电路通过光耦合器进行有效隔离。二次回路布线时将强、弱电信号线分开，实现隔离，避免了回路间相互感应和互扰影响，印刷电路板的布线将信号线与电源线分开、数字线路与模拟电路分开，起到很好的电路隔离效果。
(2)电源电路的处理。在电源正、负极间并接大容量的电容，且所有插件和芯片的电源和地之间都有退耦电容，电源零线采取浮空的方式，可以尽量减少电源线与机壳之间的分布电容，避免干扰。

Claims (4)

1.多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置，其特征在于，包括电压传感器、电流传感器、振动加速度传感器、移相放大电路、信号调理电路、A/D转换控制电路、DSP、双口RAM和MCU；
电压传感器的输出端、电流传感器的输出端和振动加速度传感器的输出端分别连接移相放大电路的输入端，移相放大电路的输出端连接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接A/D转换控制电路的输入端，A/D转换控制电路的输出端连接DSP的输入端，DSP与MCU通过双口RAM进行连接；
电流传感器和电压传感器分别连接变电站的电流互感器二次侧、电压互感器二次侧；
振动加速度传感器安装于电力变压器三相绕组在油箱侧壁的对应位置。
2.根据权利要求1所述的多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置，其特征在于，所述的移相放大电路，包括运算放大器、第一电容、第二电容、第三电容、反馈电阻、第一滑动变阻器和第二滑动变阻器，运算放大器的输入端并联两个反接的二极管，运算放大器的输出端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地，运算放大器的输入端还连接第一滑动变阻器的一端，第一滑动变阻器的另一端连接反馈电阻的一端，反馈电阻的另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的输入端还连接第二滑动变阻器的一端，第二滑动变阻器的另一端连接第一电容的一端，第一电容的另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的输入端还连接第二电容的一端，第二电容的另一端连接运算放大器的输出端。
3.根据权利要求1所述的多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置，其特征在于，所述的信号调理电路，包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻，第一运算放大器的负输入端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接地，第一运算放大器的正输入端连接第四电阻的一端，第一运算放大器的负输入端还连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的正输入端还连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的负输入端与输出端短接，第一运算放大器的输出端连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接A/D转换控制电路的输入端，第二运算放大器的输出端还连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端连接A/D转换控制电路的输入端，第二运算放大器的正输入端连接A/D转换控制电路的输入端。
4.根据权利要求1所述的多信息融合的电力变压器绕组在线监测装置，其特征在于，所述的A/D转换控制电路包括两个A/D转换芯片，且两个A/D转换芯片级联。
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