CN205176191U - 一种变压器绕组变形检测系统 - Google Patents

Abstract

一种变压器绕组变形检测系统，包括下列步骤：将一振动加速度传感器，其放置于变压器油箱壁上，以检测变压器的振动信号；采用一电流传感器，其检测变压器的三相电流信号；设有一信号采集模块，其与所述振动加速度传感器电流传感器分别连接，以接收所述振动加速度传感器电流互感器分别传输的振动信号和电流信号，并对所述振动信号和电流信号分别进行滤波和放大；本实用新型专利检测的准确性和有效性都有显著提高；此外，本实用新型专利可操作性强，易于实施，便于操作人员及时发现变压器运行状态的异常，从而能够及时地根据异常情况对变压器进行检修，大大降低了变压器的故障损坏率，同时延长了变压器的寿命。

Description

一种变压器绕组变形检测系统

技术领域

本实用新型专利设计一种信号检测及图像显示系统，尤其是涉及一种通过振动频响数据显示变压器绕组工作状态的图像显示系统。

背景技术

随着电网容量的增大,对电力系统的安全运行和供电可靠性提出了更高的要求，而一次电气设备直接影响着电力系统的稳定，因此随着对供电可靠性要求的提高，一次设备安全稳定运行的要求也随之提高，大型电力变压器是电网中最主要的一次电气设备,同时电力变压器也是电力系统各种设备中最重要且贵重的关键设备之一，电力变压器安全运行与否直接影响着电力系统的安全稳定运行。对长期运行的电力变压器而言，若不及时对故障进行维修不仅会损害变压器，更会对电网的正常运行造成影响，甚至会导致电力系统的崩溃，因此对于变压器故障诊断与监测有着非同寻常的意义。

变压器绕组变形或者破损是比较常见故障，在变压器的长期运行过程中，经常会遭受各种短路电流冲击，特别是变压器出口与近区出现短路故障时，巨大的短路冲击电流将使变压器绕组受到正常运行时的数十倍乃至数百倍的电动力使绕组急剧发热，这种情况下绕组很容易发生破损或者变形。在运输，安装或者吊罩过程中，同样会受到意外冲撞颠簸和振动也容易导致绕组变形。通过大量的实验研究和实践证明,变压器绕变形具有明显的累积效应。其累积到一定程度后,将导致变压器绕组的动稳定性受到破坏,抗短路能力大幅下降,在再次遭受短路冲击时将失去动平衡,从而导致重大事故的发生。当变压器经历了外部短路事故或进行常规检修时，如何有效诊断变压器绕组是否存在松动或变形，进而判断变压器是否需要进行检修处理是保障变压器安全运行的重要措施。

变压器绕组从电气角度来看可视为一个由线性电阻、电感及电容等分布参数构成的无源线性网络。当绕组发生机械变形时,电阻电感电容等分布参数发生变化,同时变压器的漏抗与其形状关系密切。基于这一点,国内外先后提出的可用于检测变压器绕组变形的主要方法有:短路阻抗法,频率响应法等电气测量，但短路阻抗法灵敏度不高，故障检出率较低，只能在变压器线圈整体变形较为严重时得到较为准确的诊断结果。频率响应法频响波形较为复杂，对绕组状况进行判断需要较多经验，难以形成明确的定量判据。

若将变压器看作是一个机械结构体，且当变压器绕组短路时，变压器的振动信号主要是由绕组变形引起的，当变压器的绕组结构或者受力发生任何变化时都可以从其振动特性上得到反映，给变压器的绕组施加幅值和频率已知的激励信号，此时变压器绕组会有相应的振动信号，此振动信号经过若干电子组件的处理转化为电信号，电信号再经过图像显示组件模块的处理，将绕组的振动信号转化为绕组工作状态的图像，直观形象的展现绕组是否出现松动与变形。通过此系统的检测可以及早发现变压器绕组的工作故障隐患，便于及时采取有效措施，提高变压器及电力系统运行的可靠性和安全性。

发明内容

本实用新型专利的目的是提供一种显示变压器绕组工作状态的图像显示系统，该系统应可以通过变压器振动信号的数据处理，从而实现对变压器绕组状态准确形像的显示。

为了实现上述发明目的，本实用新型专利提供了一种变压器绕组变形检测系统，其特征在于，包括下列步骤：

将一振动加速度传感器，其放置于变压器油箱壁上，以检测变压器的振动信号；

采用一电流传感器，其检测变压器的三相电流信号；

设有一信号采集模块，其与所述振动加速度传感器电流传感器分别连接，以接收所述振动加速度传感器电流互感器分别传输的振动信号和电流信号，并对所述振动信号和电流信号分别进行滤波和放大；

设有一信号分析模块，其与信号采集模块连接，以接收信号采集模块传输的数据和信号；

设有一信号控制模块，其同时与信号采集模块、信号分析模块连接，以接收数据采集模块、信号分析模块传输的数据和信号；

设有一恒流变频激振电源，其与信号控制模块连接，以接收信号控制模块传输的数据和信号；

采用一励磁变压器，其分别与恒流变频激振电源和变压器相连接；

还设有一图像显示组件模块，其与信号分析模块相连，将来自信号分析模块的电信号转化为反应绕组工作状态的图像。

所述信号采集模块分别包括：

一振动信号调理芯片，其与所述振动加速度传感器连接，以接收振动加速度传感器传输的振动信号，并对该振动信号进行滤波和放大；

一电流信号调理芯片，其与所述电流传感器连接，以接收电流传感器传输的电流信号，并对该电流信号进行滤波和放大；

一通信芯片，其与所述信号分析模块和信号控制模块连接。

所述图像显示组件模块分别包括：

一电流信号分析芯片，其与信号分析模块相连接，对上述信号进行统一处理形成电信号；一图像处理分析芯片，其与电流信号分析芯片连接，通过处理电信号将其转化为相应图像；

一图像存储芯片，其与图像处理分析芯片相连，可以将变压器绕组的工作状态图像进行保存；

一图像显示器，其分别与图像处理芯片和图像存储芯片相连，可以显示图像，同时对存储的图像进行调用与查看。

所述的信号采集模块与所述的信号控制模块之间通过以太网连接，信号采集模块与信号分析模块，信号分析模块与电子组件模块，电子组件模块与图像显示模块均通过以太网连接。采用本实用新型所述的变压器绕组工作状态图像显示系统进行变压器绕组状态测试的具体步骤如下：

(1)通过放置在外部的传感器分别采集变压器箱壁的振动信号、变压器的输入电流信号，并将这些信号传输至信号采集模块，通过信号采集模块的滤波和放大后，将这信号传输至信号分析模块和信号控制模块；信号控制模块设定并传输恒流信号及起始频率至恒流变频激振电源；恒流变频激振电源输出恒流变频信号经励磁变压器后注入变压器绕组；信号分析模块根据变压器箱壁的振动信号计算绕组的振动频响数据；图像显示组件模块通过处理振动频响数据来显示变压器绕组工作状态图像。

(2)信号分析模块对所述的M个测点的绕组振动频响曲线的通频带能量的平均值进行计算，所述的M个测点的振动频响曲线的同频带能量的平均值的计算方法为：

2a.对M个测点的振动频响曲线分别进行归一化处理，所述的归一化公式为：

$\begin{array}{cc}{C}_k\left(x\right)=\frac{{\hat{C}}_k\left(x\right)-U_k}{{\mathrm{\δ}}_k}& k=1,2,\mathrm{...},N\end{array}$

$U_k=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\hat{C}}_k\left(x\right)$

${\mathrm{\δ}}_k=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left({\hat{C}}_k\right(x)-U_k)}^2$

式中，为待归一化的振动频响曲线；U_i为待归一化的振动频响曲线均值；δ_i为待归一化的振动频响曲线方差；N为振动频响曲线长度；

2b.分别计算归一化后M个测点的振动频响曲线的通频带能量，所述的第i个测点的通频带能量计算公式为

$\begin{array}{cc}{\mathrm{TE}}_i=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{C}_{i,k}^2\left(x\right)/N& i=1,2,\mathrm{...},M\end{array}$

2c.计算M个测点的振动频响曲线的通频带能量的平均值，所述的通频带能量的平均值的计算公式为

$\stackrel{\‾}{TE}=\underset{i=1}{\overset{M}{\Σ}}{\mathrm{TE}}_i/M$

(3)当振动频响曲线通频带能量的平均值的变化超过10％时，判定变压器的绕组发生变化，此时信号分析模块输出的信号经过图像显示组件出现绕组绕组出现松动与变形的图像，此时需要及时进行检修处理，避免形成重大故障。

在上述的变压器绕组变形测试系统中，信号采集模块包括：

一振动信号调理芯片，其与振动加速度传感器连接，以接收振动加速度传感器传输的振动信号，并对该振动信号进行滤波和放大；

一电流信号调理芯片，其与电流传感器连接，以接收电流传感器传输的三相电流信号，并对该三相电流信号进行滤波和放大；

一通信芯片，其与信号分析模块和信号控制模块连接。

图像显示组件模块包括：

一电流信号分析芯片，其与信号分析模块相连接，对上述信号进行统一处理形成电信号。

一图像处理分析芯片，其与电流信号分析芯片相连，通过处理电信号将其转化为相应图像。

一图像存储芯片，其与图像处理分析芯片相连，可以将变压器绕组的工作状态图像进行保存。

一图像显示器，其分别与图像处理芯片和图像存储芯片相连，可以显示图像，同时对存储的图像进行调用与查看。

在上述的变压器绕组振动频响检测系统中，信号采集模块与信号分析模块、信号采集模块与信号控制模块通过以太网连接。

本实用新型专利所述的变压器绕组变形检测系统通过检测变压器箱壁的振动信号和变压器绕组的注入电流信号，通过对变压器振动频响特性的分析，将绕组不同工作状态下的频响特性转化为相应的电信号，以此来形成变压器绕组工作状态图像，从而实现对变压器的绕组状态进行检测，其检测的准确性和有效性都有显著提高；此外，本实用新型专利可操作性强，易于实施，便于操作人员及时发现变压器运行状态的异常，从而能够及时地根据异常情况对变压器进行检修，大大降低了变压器的故障损坏率，同时延长了变压器的寿命。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本实用新型所述的变压器绕组振动频响检测系统做进一步的详细说明；

图1是本实用新型所述的变压器绕组振动频响检测系统在一种实施方式下的结构示意框图；

图2分别为变压器扫频激振试验得到的8个振动加速度传感器测试得到的振动频响曲线；

图3为信号采集模块连接结构示意框图；

图4为图像显示组件模块连接结构示意框图。

具体实施方式

一种变压器绕组变形检测系统，其特征在于，包括下列步骤：

将一振动加速度传感器，其放置于变压器油箱壁上，以检测变压器的振动信号；

采用一电流传感器，其检测变压器的三相电流信号；

设有一信号采集模块，其与所述振动加速度传感器电流传感器分别连接，以接收所述振动加速度传感器电流互感器分别传输的振动信号和电流信号，并对所述振动信号和电流信号分别进行滤波和放大；

设有一信号分析模块，其与信号采集模块连接，以接收信号采集模块传输的数据和信号；

设有一信号控制模块，其同时与信号采集模块、信号分析模块连接，以接收数据采集模块、信号分析模块传输的数据和信号；

设有一恒流变频激振电源，其与信号控制模块连接，以接收信号控制模块传输的数据和信号；

采用一励磁变压器，其分别与恒流变频激振电源和变压器相连接；

还设有一图像显示组件模块，其与信号分析模块相连，将来自信号分析模块的电信号转化为反应绕组工作状态的图像。

变压器绕组变形检测系统，其特征在于，所述信号采集模块分别包括：一振动信号调理芯片，其与所述振动加速度传感器连接，以接收振动加速度传感器传输的振动信号，并对该振动信号进行滤波和放大；一电流信号调理芯片，其与所述电流传感器连接，以接收电流传感器传输的电流信号，并对该电流信号进行滤波和放大；

一通信芯片，其与所述信号分析模块和信号控制模块连接。

其所述图像显示组件模块分别包括：一电流信号分析芯片，其与信号分析模块相连接，对上述信号进行统一处理形成电信号；一图像处理分析芯片，其与电流信号分析芯片连接，通过处理电信号将其转化为相应图像；

一图像存储芯片，其与图像处理分析芯片相连，可以将变压器绕组的工作状态图像进行保存；

一图像显示器，其分别与图像处理芯片和图像存储芯片相连，可以显示图像，同时对存储的图像进行调用与查看。

所述的信号采集模块与所述的信号控制模块之间通过以太网连接，信号采集模块与信号分析模块，信号分析模块与电子组件模块，电子组件模块与图像显示模块均通过以太网连接。本实施例以某电力公司的220kV变压器为试验对象进行检测。

上述变压器绕组变形检测系统按照下列步骤判断该变压器绕组的工作状态：

(1)将振动加速度传感器设置在变压器箱壁上，实时采集变压器箱壁的振动信号；采用电流传感器采集注入到变压器绕组的电流信号；此处，共放置8路振动加速度传感器；

(2)将采集到的振动信号、电流信号传输至信号采集模块，信号采集模块分别对振动信号和电流信号进行抗混叠滤波和放大，然后将这些信号通过以太网传输至信号控制模块和信号分析模块；信号控制模块设定并传输恒流信号及起始频率至恒流变频激振电源；恒流变频激振电源输出恒流变频信号经励磁变压器后注入变压器绕组；信号分析模块根据变压器箱壁的振动信号计算绕组的振动频响能量；

信号控制模块判断可控恒流扫频电源输出的恒流信号频率是否大于设置的终止频率，若是则增加频率继续进行试验，若否则停止试验；图2分别变压器扫频激振试验得到的8个振动加速度传感器测试得到的振动频响曲线；

(3)信号分析显示终端对所述的8个测点的绕组振动频响曲线的通频带能量的平均值进行计算，所述的8个测点的振动频响曲线的同频带能量的平均值的计算方法为：

3a.对8个测点的振动频响曲线分别进行归一化处理，所述的归一化公式为：

$\begin{array}{cc}{C}_k\left(x\right)=\frac{{\hat{C}}_k\left(x\right)-U_k}{{\mathrm{\δ}}_k}& k=1,2,\mathrm{...},N\end{array}$

$U_k=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\hat{C}}_k\left(x\right)$

${\mathrm{\δ}}_k=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left({\hat{C}}_k\right(x)-U_k)}^2$

式中，为待归一化的振动频响曲线；U_i为待归一化的振动频响曲线均值；δ_i为待归一化的振动频响曲线方差；N为振动频响曲线长度，此处，N＝266；

3b.分别计算归一化后8个测点的振动频响曲线的通频带能量，所述的第i个测点的通频带能量计算公式为

$\begin{array}{cc}{\mathrm{TE}}_i=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{C}_{i,k}^2\left(x\right)/N& i=1,2,\mathrm{...},8\end{array}$

3c.计算8个测点的振动频响曲线的通频带能量的平均值，所述的通频带能量的平均值的计算公式为

$\stackrel{\‾}{TE}=\underset{i=1}{\overset{8}{\Σ}}{\mathrm{TE}}_i/8$

(4)根据变压器绕组振动频响曲线通频带能量的平均值的变化对绕组状态进行判别：当振动频响曲线通频带能量的平均值的变化超过10％时，图像显示模块会呈现变压器绕组出现松动与变形的图像，以此判定变压器的绕组发生变化，此时需及时进行检修处理，避免形成重大故。

Claims (4)

1.一种变压器绕组变形检测系统，其特征在于，包括下列步骤：

将一振动加速度传感器，其放置于变压器油箱壁上，以检测变压器的振动信号；

采用一电流传感器，其检测变压器的三相电流信号；

设有一信号采集模块，其与所述振动加速度传感器电流传感器分别连接，以接收所述振动加速度传感器电流互感器分别传输的振动信号和电流信号，并对所述振动信号和电流信号分别进行滤波和放大；

设有一信号分析模块，其与信号采集模块连接，以接收信号采集模块传输的数据和信号；

设有一信号控制模块，其同时与信号采集模块、信号分析模块连接，以接收数据采集模块、信号分析模块传输的数据和信号；

设有一恒流变频激振电源，其与信号控制模块连接，以接收信号控制模块传输的数据和信号；

采用一励磁变压器，其分别与恒流变频激振电源和变压器相连接；

还设有一图像显示组件模块，其与信号分析模块相连，将来自信号分析模块的电信号转化为反应绕组工作状态的图像。

2.如权利要求1所述的变压器绕组变形检测系统，其特征在于，所述信号采集模块分别包括：

一振动信号调理芯片，其与所述振动加速度传感器连接，以接收振动加速度传感器传输的振动信号，并对该振动信号进行滤波和放大；

一电流信号调理芯片，其与所述电流传感器连接，以接收电流传感器传输的电流信号，并对该电流信号进行滤波和放大；

一通信芯片，其与所述信号分析模块和信号控制模块连接。

3.如权利要求1所述的变压器绕组变形检测系统，其特征在于，所述图像显示组件模块分别包括：

一电流信号分析芯片，其与信号分析模块相连接，对上述信号进行统一处理形成电信号；

一图像处理分析芯片，其与电流信号分析芯片连接，通过处理电信号将其转化为相应图像；

一图像存储芯片，其与图像处理分析芯片相连，可以将变压器绕组的工作状态图像进行保存；

一图像显示器，其分别与图像处理芯片和图像存储芯片相连，可以显示图像，同时对存储的图像进行调用与查看。

4.如权利要求1所述的变压器绕组变形检测系统，其特征在于，所述的信号采集模块与所述的信号控制模块之间通过以太网连接，信号采集模块与信号分析模块，信号分析模块与电子组件模块，电子组件模块与图像显示模块均通过以太网连接。