CN207007990U - 一种电力变压器局部放电的状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力变压器局部放电的状态监测装置，涉及变压器绝缘检测的研究与应用技术领域。所述的电力变压器局部放电的状态监测装置，通过监测传感器实时监测变压器局部放电所产生的特高频电磁波信号，能够采集局部放电的大部分信息，不会造成遗漏情形；采用差分输入电路，能有效抑制因监测传感器电源和接地引入的噪声信号，大幅提升了局部放电在线监测数据的准确性；同时采用示波器、监测工控机检测电磁波信号，进一步验证检测结果，提高了监测和诊断变压器局部放电缺陷的准确率和精益化管理水平；本实用新型能实时获取准确可靠地局部放电在线监测数据，避免了电力变压器运维中欠缺长期稳定、精确可信监测手段的弊端。

Description

一种电力变压器局部放电的状态监测装置

技术领域

本实用新型属于变压器绝缘检测的研究与应用技术领域，尤其涉及一种电力变压器局部放电的状态监测装置。

背景技术

电力变压器绝缘状况是决定其运行可靠性和系统稳定性的主要条件之一，而造成变压器绝缘老化和破坏的主要原因之一则是局部放电，因此监测变压器的内部放电情况，是提高电力系统的可靠性和经济性的重要途径。局部放电过程会伴随着电荷转移和电能损耗，还会产生电磁辐射、超声波等。根据局部放电的特性，可以考虑采用特高频法检测局部放电波形的幅度大小、放电次数、相位分布以及其他特征，从而诊断变压器内部绝缘缺陷提供可靠依据。

特高频局部放电状态监测装置在电力系统得到广泛应用，可以此探测到放电信号（属于特高频电磁波信号），进而判断、发现沿面放电、悬浮放电、油中间隙放电、尖端放电、绝缘纸放电、绕组匝间放电、铁芯感应放电等放电故障。从而方便地实现实时检测电力变压器内部发电程度，并分析设备绝缘状况的目的，但因电磁兼容、系统地电位异常（接地环路或引入干扰）、空气中的电晕、数据链路受干扰等因素的影响，一方面，导致现有技术产品出现检测信号失真（甚至畸变）而导致误诊断和误告警放电故障；另一方面，由于信号丢失或不吻合既定的神经网络模型而导致漏判断和漏告警放电故障的情况。

上述情况导致监测装置难以真实反映变压器内部的实际放电情况，影响及时发现、处置电力变压器的潜伏性缺陷；并已严重阻碍了监测装置在电网企业内的推广应用，所以，很有必要研制一种简单实用，且适用于变电站现场运行的监测信号模数转换电路，并保证其获得准确可靠的放电监测数据，从而准确和及早发现设备的潜伏性缺陷。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种电力变压器局部放电的状态监测装置，能够抑制和过滤状态监测装置现场应用时存在的干扰，并准确、可靠转换原始放电监测数据，用以实现记录与评价局部放电特征指标的功能，解决行业内缺少可靠耐用的电力变压器局部放电状态实时监测装置，从而准确和及早发现设备的潜伏性缺陷，避免酿成电力安全生产事件。

本实用新型是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种电力变压器局部放电的状态监测装置，包括多个监测传感器、示波器、监测工控机以及依次连接的差分输入电路、滤波器、隔离放大器、模数转换器以及信号处理器；所述多个监测传感器与差分输入电路连接，所述示波器与隔离放大器连接，所述信号处理器与监测工控机连接；

所述监测传感器，用于监测电力变压器内局部放电所产生的特高频电磁波信号，并传送至差分输入电路；所述差分输入电路，用于对接受到的电磁波信号进行差分放大，并对其共模输入信号起抑制作用；在电路对称的条件下，所述差分放大电路还用于抑制所述监测传感器的原始电磁波信号零点漂移及抑制噪声的能力；所述滤波器，用于对经过差分放大的电磁波信号进行整流滤波，滤除电磁波检测模拟信号回路中除指定中心频率以外的其他频率，以确保得到指定频率内的信号；所述隔离放大器，用于避免所述状态监测装置在运行时因状态监测装置工作电压突变而导致的损坏，且保证所收发的信号无任何衰减，信号源也可不比接地；所述模数转换器，用于对接受到的电磁波信号进行采集、识别、编码等预处理，并将处理后的数字信号上传至信号处理器；所述信号处理器，用于对经模数转换器处理后的数字信号进一步处理，并传送至监测工控机；所述监测工控机，用于对接受到的数字信号进一步处理，并显示表征局部放电程度的幅度大小、放电次数、相位分布以及谱图等结果，并上传至电网监测预警中心，以便及时跟踪、持续监视以及诊断分析该变压器的绝缘状况；同时，所述监测工控机还用于远距离传输告警值、时间以及下发控制命令。

进一步的，所述监测传感器包括依次连接的Hilbert分形天线阵列、信号调理模块以及无线通讯模块；所述监测传感器还包括分别与所述信号调理模块和无线通讯模块连接的电源模块，用于为信号调理模块以及无线通讯模块供电；所述Hilbert分形天线阵列，用于接收局部放电激发的特高频电磁波信号；所述信号调理模块，用于特高频电磁波信号滤波、放大、峰值保持以及数据采集；所述无线通讯模块，用于将调理后的信号发送至差分输入电路。

进一步的，所述Hilbert分形天线阵列包括馈电网络和至少一个天线单元排列连接构成的天线阵列，所述馈电网络设置在天线阵列的背面；所述天线单元包括导线贴片、介质基层、接地层和馈电探针；所述导线贴片敷设在介质基层的上表面，所述接地层敷设在介质基层的下表面，所述导线贴片通过馈电探针馈电。

进一步的，所述导线贴片包括主辐射臂和与主辐射臂同行设置的寄生臂，所述主辐射臂根据三阶Hilbert分形曲线进行设置；所述主辐射臂的宽度为3mm，所述寄生臂的宽度为1mm，所述寄生臂与主辐射臂的间距为1mm；所述主辐射臂设有馈电点，所述馈电点设在最接近所述主辐射臂几何中心点处的导线段上。

进一步的，所述模数转换器采用基于压频转换原理的AD650转换集成芯片，将模拟电压信号转换为频率信号，通过数字电路测量其频率而运算处输入的模拟电压信号大小，即AD650转换集成芯片将模拟信号转换为数字信号。

进一步的，所述信号处理器采用TMS320C6000系列的浮点型DSP处理器。

进一步的，所述示波器采用LeCory7200 数字示波器。

进一步的，所述监测工控机采用EPC系列的嵌入式监测工控机。

与现有技术相比，本实用新型所提供的电力变压器局部放电的状态监测装置，通过监测传感器快速、准确和实时监测变压器局部放电所产生的特高频电磁波信号，能够采集局部放电的大部分信息，不会造成遗漏情形；采用差分输入电路，能有效抑制因监测传感器电源和接地引入的噪声信号，大幅提升了局部放电在线监测数据的准确性；同时采用示波器、监测工控机检测电磁波信号，进一步验证检测结果，提高了监测和诊断变压器局部放电缺陷的准确率和精益化管理水平；本实用新型结构简单，能实时获取准确可靠地局部放电在线监测数据，避免了电力变压器运维中欠缺长期稳定、精确可信监测手段的弊端，达到了变压器运维中的风险、效能和成本综合最优。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，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实用新型的一个实施例，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是本实用新型一种电力变压器局部放电的状态监测装置的结构示意图；

图2是本实用新型监测传感器的天线单元的结构示意图；

图3是本实用新型监测传感器的导线贴片的结构示意图；

其中：1-导线贴片，2-介质基层，3-接地层，4-馈电探针，5-馈电点，6-主辐射臂，7-寄生臂，8-注油阀侧传感器，9-排油阀侧传感器。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实施新型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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型所提供的一种电力变压器局部放电的状态监测装置，包括两个监测传感器、示波器、监测工控机以及依次连接的差分输入电路、滤波器、隔离放大器、模数转换器以及信号处理器；两个监测传感器分别与差分输入电路连接，示波器与隔离放大器连接，信号处理器与监测工控机通过双绞线电缆相互连接，所构成的信号回路可传输检测值、谱图、趋势、时间以及控制命令等；两个监测传感器为注油阀侧传感器8和排油阀侧传感器9。

如图2和图3所示，监测传感器包括依次连接的Hilbert分形天线阵列、信号调理模块以及无线通讯模块；监测传感器还包括分别与信号调理模块和无线通讯模块连接的电源模块；Hilbert分形天线阵列包括馈电网络和至少一个天线单元排列连接构成的天线阵列，馈电网络设置在天线阵列的背面；天线单元包括导线贴片1、介质基层2、接地层3和馈电探针4；导线贴片1敷设在介质基层2的上表面，接地层3敷设在介质基层2的下表面，导线贴片1通过馈电探针4馈电；导线贴片1包括主辐射臂6和与主辐射臂6同行设置的寄生臂7，主辐射臂6根据三阶Hilbert分形曲线进行设置；主辐射臂6的宽度为3mm，寄生臂7的宽度为1mm，寄生臂7与主辐射臂6的间距为1mm；主辐射臂6设有馈电点5，馈电点5设在最接近主辐射臂6几何中心点处的导线段上。

模数转换器采用基于压频转换原理的AD650转换集成芯片，将所接受到的电磁波模拟信号转换成数字信号，具体是将一个输入为毫伏级的电压信号转换为一个输出为二进制的数字信号，由于监测传感器探测到的原始模拟信号在时域上是连续的，因此，转换后的数字信号在时间上也是一系列连续信号；信号处理器采用TMS320C6000系列的浮点型DSP处理器；监测工控机为EPC系列的嵌入式监测工控机，采用板载VIA C3-1.86GHz(IntelCeleron)处理器，支持DirectX 9、GbE1: Intel 82583V, support wake on LAN. GbE2:Intel 82583V, support wake on LAN，并承载视窗操作系统；可供变电站内的设备运维人员查询数据及下发控制命令；示波器采用LeCory7200 数字示波器。

将电力变压器局部放电的状态监测装置设置在电力电压器本体附近，通常为变压器场内，状态监测装置可识别转换已检测到的电压器内部局部放电缺陷产生的电磁波信号，并在分析处理后提供表征局部放电程度的信号给设备运维人员进行分析。

实施例，将本实用新型设于某220KV变压器附近，在电力变压器的注油阀和排油阀分别安装嵌入式的监测传感器，用于监测变压器内部局部放电所产生的特高频电磁波信号，并传送至差分输入电路；差分输入电路将接受到的电磁波信号转换成电压信号，电压信号经过滤波器、隔离放大器处理，再通过模数转换器AD650转换成数字信号，并传输至信号处理器DSP；信号处理器DSP处理后的局部放电监测数据通过双绞线电缆传输至监测工控机，经过进一步处理后显示表征放电程度的幅度大小、放电次数、相位分布以及谱图等结果，并经电力综合数据网远传至省级电网监测预警中心，以提供给设备相关运维人员及时跟踪、持续监视、诊断分析该变压器的绝缘状况；必要时，变电站的运维人员还可以通过监测工控机、示波器查阅所检测的特高频电磁波信号，进一步比对验证、分析局部放电的幅度大小、放电次数、相位分布，提升监测和诊断电力变压器局部放电缺陷的准确率。

以上所揭露的仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电力变压器局部放电的状态监测装置，其特征在于：包括多个监测传感器、示波器、监测工控机以及依次连接的差分输入电路、滤波器、隔离放大器、模数转换器以及信号处理器；所述多个监测传感器与差分输入电路连接，所述示波器与隔离放大器连接，所述信号处理器与监测工控机连接。

2.如权利要求1所述的电力变压器局部放电的状态监测装置，其特征在于：所述监测传感器包括依次连接的Hilbert分形天线阵列、信号调理模块以及无线通讯模块；所述监测传感器还包括分别与所述信号调理模块和无线通讯模块连接的电源模块，用于为信号调理模块以及无线通讯模块供电；所述Hilbert分形天线阵列，用于接收局部放电激发的特高频电磁波信号；所述信号调理模块，用于特高频电磁波信号滤波、放大、峰值保持以及数据采集；所述无线通讯模块，用于将调理后的信号发送至差分输入电路。

3.如权利要求2所述的电力变压器局部放电的状态监测装置，其特征在于：所述Hilbert分形天线阵列包括馈电网络和至少一个天线单元排列连接构成的天线阵列，所述馈电网络设置在天线阵列的背面；所述天线单元包括导线贴片（1）、介质基层（2）、接地层（3）和馈电探针（4）；所述导线贴片（1）敷设在介质基层（2）的上表面，所述接地层（3）敷设在介质基层（2）的下表面，所述导线贴片（1）通过馈电探针（4）馈电。

4.如权利要求3所述的电力变压器局部放电的状态监测装置，其特征在于：所述导线贴片（1）包括主辐射臂（6）和与主辐射臂（6）同行设置的寄生臂（7），所述主辐射臂（6）根据三阶Hilbert分形曲线进行设置；所述主辐射臂（6）的宽度为3mm，所述寄生臂（7）的宽度为1mm，所述寄生臂（7）与主辐射臂（6）的间距为1mm；所述主辐射臂（6）设有馈电点（5），所述馈电点（5）设在最接近所述主辐射臂（6）几何中心点处的导线段上。

5.如权利要求1所述的电力变压器局部放电的状态监测装置，其特征在于：所述模数转换器采用基于压频转换原理的AD650转换集成芯片，将模拟电压信号转换为频率信号，通过数字电路测量其频率而运算处输入的模拟电压信号大小，即AD650转换集成芯片将模拟信号转换为数字信号。

6.如权利要求1所述的电力变压器局部放电的状态监测装置，其特征在于：所述信号处理器采用TMS320C6000系列的浮点型DSP处理器。

7.如权利要求1所述的电力变压器局部放电的状态监测装置，其特征在于：所述示波器采用LeCory7200 数字示波器。

8.如权利要求1所述的电力变压器局部放电的状态监测装置，其特征在于：所述监测工控机采用EPC系列的嵌入式监测工控机。