CN205642437U - 一种变压器绕组状态检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种变压器绕组状态检测系统，包括振动加速度传感器、电流传感器、信号采集模块、信号控制模块、信号分析显示器、恒流变频激振电源和励磁变压器。与现有技术相比，通过检测变压器箱壁的振动信号和变压器绕组高压侧的注入电流信号，分析和判断变压器绕组的振动频响特性，对变压器绕组状态进行检测，灵敏度、故障检出率高，且可提高检测的准确性和有效性；此外，本实用新型提供的变压器绕组状态检测系统可操作性强，易于实施，便于操作人员及时发现变压器运行状态的异常，能够及时地根据异常情况对变压器进行检修，可以大大降低变压器的故障损坏率，并延长变压器的寿命。

Description

一种变压器绕组状态检测系统

技术领域

本实用新型涉及电力设备检测领域，特别是涉及一种变压器绕组状态检测系统。

背景技术

电力变压器是电力系统各种设备中最重要且贵重的设备之一，其运行的稳定性对电网的安全可靠运行影响重大。现有研究表明，当变压器突发短路故障时，其绕组内会流过较大的短路电流，该短路电流在漏磁场的作用下对绕组产生较大电场力，进而导致绕组发生松动或变形。而变压器绕组形变具有累积效应，若不能及时发现并修复该松动或变形故障，当该松动或变形积累到一定程度后，会使变压器的抗短路能力大幅下降，较易引发重大事故。同时，绕组松动或变形还会导致线圈内部局部绝缘距离发生变化，使局部出现绝缘薄弱点。当遇到过电压时，绕组可能发生层间或匝间短路，或者由于局部场强增大而引起局部放电，随着绝缘损伤部位的逐渐扩大，最终将导致变压器发生绝缘击穿事故，进一步扩大事态。

现有技术中，变压器绕组变形检测作为变压器的常规试验项目之一，最常用的检测方法主要有两种：一是短路阻抗法，由于变压器的短路阻抗反映的主要是变压器绕组的漏抗，而变压器绕组的漏抗由绕组结构决定，所以，一旦变压器绕组发生松动或变形，变压器绕组的漏抗也会相应地发生改变，因此，通过检测变压器的短路阻抗，可间接反映变压器绕组是否发生了松动或变形。但该方法灵敏度及故障检出率较低，只能在变压器绕组线圈整体变形较为严重时才能得到较为准确的诊断结果；二是频响法，将变压器绕组视为分布参数网络，并在频域利用传递函数描述其特性，当绕组发生局部机械变形后，其分布参数发生相应变化，进而改变网络传递函数，因此，通过分析变压器绕组的网络传递函数曲线可对网络电参数进行分析，从而推断出变压器绕组是否发生松动或变形。但该方法在应用时，存在频响波形较为复杂，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。

因此，当变压器进行常规检修时或经历了外部短路事故后，如何简单有效地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，仍需进一步进行研究分析，这对提高变压器及电力系统运行的可靠性和安全性，至关重要。

实用新型内容

本实用新型实施例中提供了一种变压器绕组状态检测系统，以解决现有技术中的变 压器绕组状态检测方法在应用时存在的绕组状态判定复杂、灵敏度及故障检出率低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例公开了如下技术方案：

本实用新型实施例公开了一种变压器绕组状态检测系统，其特征在于，包括振动加速度传感器、电流传感器、信号采集模块、信号控制模块、信号分析显示器、恒流变频激振电源和励磁变压器，其中，

振动加速度传感器设置在待测变压器的油箱壁上、且与信号采集模块的输入端电连接；

电流传感器分别与待测变压器高压绕组的一端和信号采集模块的输入端电连接；

信号采集模块的输出端分别与信号分析显示器的输入端和信号控制模块的输入端通信连接；

信号分析显示器的输出端电连接至信号控制模块的输入端；

信号控制模块的输出端与恒流变频激振电源的输入端电连接；

恒流变频激振电源的输出端与励磁变压器的输入端电连接，且励磁变压器的输出端与待测变压器高压绕组的另一端电连接。

优选的，信号采集模块包括振动信号调理芯片、电流信号调理芯片和通信芯片，其中，振动信号调理芯片分别与振动加速度传感器和通信芯片电连接，电流信号调理芯片分别与电流传感器和通信芯片电连接，通信芯片分别与信号分析显示器的输入端和信号控制模块的输入端通信连接。

优选的，通信芯片与信号分析显示器的输入端之间通过以太网无线或有线通信连接。

优选的，通信芯片与信号控制模块的输入端之间通过以太网无线或有线通信连接。

由以上技术方案可见，本实用新型实施例提供的变压器绕组状态检测系统，包括振动加速度传感器、电流传感器、信号采集模块、信号控制模块、信号分析显示器、恒流变频激振电源和励磁变压器。与现有技术相比，通过检测变压器箱壁的振动信号和变压器绕组高压侧的注入电流信号，分析和判断变压器绕组的振动频响特性，对变压器绕组状态进行检测，灵敏度、故障检出率高，且可提高检测的准确性和有效性；此外，本实用新型提供的变压器绕组状态检测系统可操作性强，易于实施，便于操作人员及时发现变压器运行状态的异常，能够及时地根据异常情况对变压器进行检修，可以大大降低变压器的故障损坏率，并延长变压器的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，对于本领域普通技术人员而言，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为本实用新型实施例提供的一种变压器绕组状态检测系统的原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实施例以某电力公司的220kV变压器为待测变压器，进行检测。

参见图1，为本实用新型实施例提供的一种变压器绕组状态检测系统的原理示意图。本实用新型实施例公开的变压器绕组状态检测系统，包括振动加速度传感器、电流传感器、信号采集模块、信号控制模块、信号分析显示器、恒流变频激振电源和励磁变压器。

其中，振动加速度传感器设置在待测变压器的油箱壁上、且与信号采集模块的输入端电连接。该振动加速度传感器用于实时采集待测变压器的振动信号。另外，可以在该待测变压器油箱壁上根据实际需要，均匀地设置多个振动加速度传感器，如可在该待测变压器油箱壁上均匀地设置8个振动加速度传感器。

电流传感器分别与待测变压器高压绕组的一端以及信号采集模块的输入端电连接。该电流传感器用于采集该待测变压器高压绕组上的单相电流信号。

信号采集模块的输出端分别与信号分析显示器的输入端以及信号控制模块的输入端通信连接。信号采集模块负责接收分别由振动加速度传感器和电流传感器采集到的振动信号和电流信号，并对该振动信号和电流信号进行抗混叠滤波和放大，将处理后的信号发送至信号控制模块和信号分析显示器，以待进一步处理。

作为一种优选方案，该信号采集模块包括振动信号调理芯片、电流信号调理芯片和通信芯片，其中，该振动信号调理芯片分别与振动加速度传感器和通信芯片电连接，用于接收该振动加速度传感器发送的振动信号并对该振动信号进行滤波和放大处理，将处理后的振动信号通过通信芯片传输至信号控制模块及信号分析显示器；

电流信号调理芯片分别与电流传感器和通信芯片电连接，用于接收该电流传感器发 送的电流信号并对该电流信号进行滤波和放大处理，将处理后的电流信号通过通信芯片传输至信号控制模块及信号分析显示器；

通信芯片分别与信号分析显示器的输入端和信号控制模块的输入端通信连接，用于实现该振动信号调理芯片和电流信号调理芯片分别与信号控制模块及信号分析显示器之间的连接。

进一步地，作为一种优选方案，该通信芯片与信号分析显示器的输入端之间通过以太网无线或有线通信连接，以提高通信效率。

进一步地，作为一种优选方案，该通信芯片与信号控制模块的输入端之间通过以太网无线或有线通信连接，以提高通信效率。

信号分析显示器的输出端与信号控制模块的输入端电连接。信号分析显示器根据接收到的振动信号和电流信号，计算待测变压器绕组的当前所有测点处的振动频响曲线通频带能量的平均值，具体包括：

信号分析显示器根据接收到的每个测点处的振动信号，计算与测点的振动信号对应的绕组振动频响曲线，具体计算过程在此不做赘述，然后对每个测点处的振动频响曲线分别进行归一化处理，所用的归一化公式为：

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

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

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

其中，为待归一化的振动频响曲线；U_k为待归一化的振动频响曲线均值；δ_k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。

再分别计算归一化后的所有测点的振动频响曲线的通频带能量，假设i为其中的一个测点，则测点i处的通频带能量计算公式为：

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

其中，为测点i的振动频响曲线进行归一化后的值，M为测点总数，N为振动频响曲线长度，此处，N＝266。

最后，利用测点处的通频带能量，计算所有测点的振动频响曲线的通频带能量的平均值，其中，该通频带能量的平均值的计算公式为：

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

其中，TE_i为测点i处的通频带能量，M为测点总数。

信号分析显示器显示该振动频响曲线的通频带能量的平均值，并将该振动频响曲线的通频带能量的平均值发送至信号控制模块。

信号控制模块的输出端与恒流变频激振电源的输入端电连接。该信号控制模块设定恒流变频激振电源的输出参数：恒流变频信号的频率范围，如恒流变频信号的起始频率为45HZ，终止频率为350HZ，输出电流为8A，频率间隔为1HZ。信号控制模块判断恒流变频信号的频率是否大于预设的终止频率，如果是，则增加该恒流变频信号频率，继续进行试验；如果否，则停止试验。

同时，该信号控制模块接收由信号分析显示器发送的振动频响曲线通频带能量的平均值，并根据该平均值的变化对绕组状态进行判别，如将当前所有测点处的振动频响曲线通频带能量的平均值与在起始频率的恒流变频信号作用下计算得到的振动频响曲线通频带能量的平均值相比，变化超过10％时，判定待测变压器绕组状态发生了变化，需要进行检修处理，从而避免形成重大故障。

恒流变频激振电源的输出端与励磁变压器的输入端电连接，且励磁变压器的输出端与待测变压器高压绕组的另一端电连接。

本实用新型实施例公开的一种变压器绕组状态检测系统，在应用时，将待测变压器的低压绕组进行短接，恒流变频激振电源输出恒流变频信号，该恒流变频信号的频率在信号控制模块设定的频率范围内；

该恒流变频信号经由励磁变压器升压后，注入到待测变压器的高压绕组侧；

由振动加速度传感器和电流传感器分别采集待测变压器产生的振动信号和电流信号，并将采集到的振动信号和电流信号分别传输至信号采集模块进行抗混叠滤波和放大；

经信号采集模块处理后的振动信号和电流信号被传输至信号控制模块以及信号分析显示器，并在信号分析显示器中对该振动信号和电流信号进行归一化处理，计算所有测点处的通频带能量的平均值，该信号分析显示器显示该通频带能量的平均值，并将该通频带能量的平均值发送至信号控制模块；

信号控制模块根据该平均值的变化对绕组状态进行判别，如当前所有测点处的振动 频响曲线通频带能量的平均值与在起始频率的恒流变频信号作用下计算得到的振动频响曲线通频带能量的平均值相比，如果变化不超过10％，则依据信号控制模块接收到的电流信号，进一步判断该恒流变频信号的频率是否大于终止频率，如果是，则增加频率继续进行试验，否则，则停止试验；如果该变化超过10％时，判定待测变压器绕组状态发生了变化，需要进行检修处理，从而避免造成重大故障。

由上述实施例可见，通过将变压器绕组看作一个机械结构体，当待测变压器绕组结构或受力发生任何变化时，直接可以从它的机械振动特性变化上得到反映。鉴于变压器低压绕组短路时的箱壁振动信号主要由绕组机械振动产生，因此，通过给变压器绕组注入频率和幅值已知的激励信号并采集变压器箱壁表面的振动信号，根据变压器的振动频响特性来对待测变压器绕组状态进行识别，可及时发现变压器运行过程中的绕组松动或变形等早期故障隐患，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。与现有技术相比，通过检测变压器箱壁的振动信号和变压器绕组高压侧的注入电流信号，分析和判断变压器绕组的振动频响特性，对变压器绕组状态进行检测，灵敏度、故障检出率高，且可提高检测的准确性和有效性。

此外，本实用新型提供的变压器绕组状态检测系统可操作性强，易于实施，便于操作人员及时发现变压器运行状态的异常，能够及时地根据异常情况对变压器进行检修，可以大大降低变压器的故障损坏率，并延长变压器的寿命。

需要说明的是，在本文中，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系统不仅包括那些要素，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系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的系统中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种变压器绕组状态检测系统，其特征在于，包括振动加速度传感器、电流传感器、信号采集模块、信号控制模块、信号分析显示器、恒流变频激振电源和励磁变压器，其中，

所述振动加速度传感器设置在待测变压器的油箱壁上、且与所述信号采集模块的输入端电连接；

所述电流传感器分别与所述待测变压器高压绕组的一端和所述信号采集模块的输入端电连接；

所述信号采集模块的输出端分别与所述信号分析显示器的输入端和所述信号控制模块的输入端通信连接；

所述信号分析显示器的输出端电连接至所述信号控制模块的输入端；

所述信号控制模块的输出端与所述恒流变频激振电源的输入端电连接；

所述恒流变频激振电源的输出端与所述励磁变压器的输入端电连接，且所述励磁变压器的输出端与所述待测变压器高压绕组的另一端电连接。

2.根据权利要求1所述的变压器绕组状态检测系统，其特征在于，所述信号采集模块包括振动信号调理芯片、电流信号调理芯片和通信芯片，其中，所述振动信号调理芯片分别与所述振动加速度传感器和通信芯片电连接，所述电流信号调理芯片分别与所述电流传感器和通信芯片电连接，所述通信芯片分别与所述信号分析显示器的输入端和所述信号控制模块的输入端通信连接。

3.根据权利要求2所述的变压器绕组状态检测系统，其特征在于，所述通信芯片与所述信号分析显示器的输入端之间通过以太网无线或有线通信连接。

4.根据权利要求2所述的变压器绕组状态检测系统，其特征在于，所述通信芯片与所述信号控制模块的输入端之间通过以太网无线或有线通信连接。