CN210572538U - 一种10kv配电变压器的检测与故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，包括：信号处理器、温度采样信号单元、电压电流采样单元、信号变换单元、方波信号处理单元、通讯模块、警报模块、显示模块以及上位机，所述10KV配电变压器的输出端电性连接所述电压电流采样单元的输入端，所述电压电流采样单元的输出端电性连接所述信号变换单元的输入端，所述信号变换单元的输出端电性连接所述方波信号处理单元的输入端，所述信号处理器的输入端电性连接所述电压电流采样单元、方波信号处理单元以及温度采样信号单元的输出端，所述信号处理器的输出端电性连接所述通讯模块、警报模块以及显示模块，并通过通讯模块与所述上位机通信连接。本实用新型具有较好的应用前景。

Description

一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统设备故障诊断技术领域，尤其涉及一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统。

背景技术

配电变压器是电力系统中最重要的设备之一，其运行的可靠性直接影响整个电力系统的安全、运行费用及经济效益，配电变压器一旦发生事故，轻则断电，造成生产终止，设备损坏，重则引起连锁，大面积停电，造成很大的直接和间接经济损失，甚至产生严重的社会影响，目前的趋势是开发能监测多种电力设备，并能完整准确反映设备状态信息的综合在线监测分析系统，随着微机技术和通信技术的发展以及变压器在线状态监测研究的深入，开发系统构成紧凑，硬件结构合理，监测理论完善的产品已经成为可能。

现有技术缺陷：对于10KV配电变压器的检修目前仍是以定期检修，尚未有在线监测系统配备，这对电力工作者带来了很大的不便，也对降低了供电的质量，而且10KV配电变压器的在线监测系统在国内还没有推广应用，配电变压器在线监测装置的使用环境比较恶劣，受到外界的影响很大，现有配电变压器在线监测装置的抗干扰能力较差，另外，现有配电变压器在线监测装置对电网参数测量的精度不是很高以及程序的算法都存在一些有待改进的地方，这些因素的存在，大大降低了配电变压器在线监测装置的测量精度。

实用新型内容

为了克服现有技术中相关产品的不足，本实用新型提供一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，解决10KV配电变压器在线监测的测量精度不高以及程序算法需要进一步改进的问题。

本实用新型提供了一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，包括：信号处理器、温度采样信号单元、电压电流采样单元、信号变换单元、方波信号处理单元、通讯模块、警报模块、显示模块以及上位机，所述10KV配电变压器的输出端电性连接所述电压电流采样单元的输入端，所述电压电流采样单元的输出端电性连接所述信号变换单元的输入端，所述信号变换单元的输出端电性连接所述方波信号处理单元的输入端，所述信号处理器的输入端分别电性连接所述电压电流采样单元、方波信号处理单元以及温度采样信号单元的输出端，所述信号处理器的输出端分别电性连接所述通讯模块、警报模块以及显示模块，并通过所述通讯模块与所述上位机通信连接。

在本实用新型的某些实施方式中，所述通讯模块可选ZigBee通讯模块或串行通信模块中的一种，所述警报模块包括光报警模块和声音报警模块，所述显示模块可选液晶显示模块、字符型液晶显示模块或图形点阵液晶显示模块中的一种。

在本实用新型的某些实施方式中，所述温度采样信号单元设置在所述10KV 配电变压器的内部，包括温度计探头，所述温度计探头可选光纤温度传感器或 Pt100铂热电阻测温传感器中的一种。

在本实用新型的某些实施方式中，所述电压电流采样单元包括电压互感器、电流互感器、滤波电路和A/D转换器，所述电压互感器和所述电流互感器的输出端分别电性连接所述滤波电路和所述信号变换单元，通过所述滤波电路的滤波作用，将完成滤波的电压和电流传输至所述A/D转换器，所述A/D转换器用以将经过所述滤波电路滤去纹波的电压电流转换成数字信号，并将所述数字信号传递给所述信号处理器。

在本实用新型的某些实施方式中，所述电压电流采样单元包括三个相电压互感器，且三个单相电压互感器接成Y0/Y0形。

在本实用新型的某些实施方式中，所述A/D转换器采用AD637转换芯片。

在本实用新型的某些实施方式中，所述信号变换单元包括过零比较器，所述过零比较器通过将电压和电流互感器传出的正弦信号变换为与其等频率的方波信号，并将所述方波信号传输至所述方波信号处理单元，方波信号处理单元再将处理后的信息传输给所述信号处理器。

在本实用新型的某些实施方式中，所述方波信号处理单元的输出端还设置有一个异或门电路。

在本实用新型的某些实施方式中，所述信号处理器的型号为STM32F103ZET6。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1、本系统的应用有利于提升山区县级供电系统配电网的可靠性。

2、本系统的投产使用能够对变压器实时进行监测，保证变压器的正常运行，有效延长了配电变压器的寿命，提高配电变压器的工作效率。

3、本系统不仅能够实现在线监测变压器绕组的温度与电参数的随时监测与变压器的运行动态，而且易于管理。

4、本系统是一种价格较低、精度更高、寿命更长的变压器在线监测系统，不但降低了产品的使用成本，而且也可以提高电网的功率因数，降低电能损耗，提高电压质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本实用新型所述一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统的结构框图；

图2为本实用新型所述温度采样信号单元中温度传感器电路图；

图3为本实用新型所述电压电流采样单元中电压互感器接成Y0/Y0形测量电压电流的电路图；

图4为本实用新型所述电压电流采样单元中交流信号有效值的检测电路图；

图5为本实用新型所述信号变换单元中过零比较器电路图；

图6为本实用新型所述异或门电路的电路图；

图7为本实用新型所述信号处理器的检测电路图；

图8为本实用新型所述一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统的程序流程图。

1-信号处理器、2-温度采样信号单元、3-电压电流采样单元、4-信号变换单元、5-方波信号处理单元、6-通讯模块、7-警报模块、8-显示模块、9-上位机。

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，附图中给出了本实用新型的较佳实施例。本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

图1为本实用新型所述一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统的结构框图，参阅图1所示，所述10KV配电变压器的检测与故障诊断系统用以对10KV 配电变压器实现在线监测，包括信号处理器1、温度采样信号单元2、电压电流采样单元3、信号变换单元4、方波信号处理单元5、通讯模块6、警报模块7、显示模块8以及上位机9，所述10KV配电变压器的输出端电性连接所述电压电流采样单元3的输入端，所述电压电流采样单元3的输出端电性连接所述信号变换单元4的输入端，所述信号变换单元4的输出端电性连接所述方波信号处理单元5的输入端，所述信号处理器1的输入端分别电性连接所述电压电流采样单元3、方波信号处理单元5以及温度采样信号单元2的输出端，所述信号处理器1的输出端分别电性连接所述通讯模块6、警报模块7以及显示模块8，并通过所述通讯模块6与所述上位机9通信连接。

在本实用新型实施例中，所述通讯模块6可选ZigBee通讯模块或串行通信模块中的一种，所述警报模块7包括光报警模块和声音报警模块，所述显示模块8可选液晶显示模块、字符型液晶显示模块或图形点阵液晶显示模块中的一种，根据实际的成本考虑可以自行选择，本实用新型对此并无限制。

图2为本实用新型所述温度采样信号单元中温度传感器电路图，参阅图2 并结合图1所示，所述温度采样信号单元2设置在所述10KV配电变压器的内部，包括温度计探头，通过将所述温度计探头预埋在所述10KV配电变压器内部的绕组中，不仅可以准确的测量绕组的实时温度，同时避免了外界环境对测量的干扰。

在本实用新型实施例中，所述温度计探头为Pt100铂热电阻测温传感器，所述Pt100铂热电阻测温传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，主要用于工业过程温度参数的测量和控制，具有温度变送功能，测量范围广等优点，在本实用新型其他实施例中，所述温度计探头还可以是光纤温度传感器，只要能够有效测量绕组的实时温度即可，本实用新型对此并无限制。

图3为本实用新型所述电压电流采样单元中电压互感器接成Y0/Y0形测量电压电流的电路图，图4为本实用新型所述电压电流采样单元中交流信号有效值的检测电路图，参阅图3和图4所示，所述电压电流采样单元3包括电压互感器、电流互感器、滤波电路和A/D转换器，所述电压互感器和所述电流互感器分别用于检测所述10KV配单变压器输出端的电压和电流，所述电压互感器和所述电流互感器的输出端再分别电性连接所述滤波电路和所述信号变换单元4，通过所述滤波电路的滤波作用，将完成滤波的电压和电流传输至所述A/D转换器，所述A/D转换器用以将经过所述滤波电路滤去纹波的电压电流转换成数字信号，并将所述数字信号传递给所述信号处理器1，所述信号处理器1用以判断所述10KV配单变压器输出端的电压和电流是否处于异常状态；由于所述10KV 配电变压器的负载不一定会是三相对称负载，因而测量相电压和相电流能更好的反映所述10KV配单变压器的运行状态，在本实用新型实施例中，采用三个单相电压互感器(PTA、PTB、PTC)接成Y0/Y0形，用以供给要求测量线电压的仪表和测量装置以及要求供给相电压的监察装置。

在本实用新型实施例中，所述A/D转换器采用独立的AD637转换芯片，所述AD637是一个完整的高精度单片RMS-to-DC转换器，它可以计算任何复杂波形的真有效值并且能够将交流信号的有效值通过一个直流信号反映出来，线性关系好，准确度高，而且其外部电路简单，无需大规模的外部电路支撑就能够实现其功能。

图5为本实用新型所述信号变换单元中过零比较器电路图，图6为本实用新型所述异或门电路的电路图，参阅图5和图6所示，所述信号变换单元4包括过零比较器，所述过零比较器用以完成信号变化，通过将电压和/或电流互感器传出的正弦信号变换为与其等频率的方波信号，并将所述方波信号传输至所述方波信号处理单元5；

其工作原理是：当正弦信号的值大于零时，过零比较器输出高电平，当正弦信号的值小于零时，过零比较器输出低电平，从而实现正弦波到方波的同频率、同相位变换，方波的频率即为正弦波的频率，电压、电流信号同时进行变换，就得到了与原电压、电流的同频率、同相位的两路方波信号，这两路方波信号的相位差即为电压、电流的相位差，所述方波信号处理单元5用以对所述两路方波信号进行处理，并将处理后的信息传输至所述信号处理器1。

结合图6所示，所述方波信号处理单元5的输出端还设置有一个异或门电路，通过设置一个二输入“异或”的逻辑器件，当两路输入信号的电平不同时输出高电平，电平相同时输出低电平，一个周期内高电平的持续时间即为采集到的电压、电流的相位差，所述信号处理器1通过对“异或”结果的波形进行实时采集并通过处理便可以得到配电变压器输出侧的频率以及功率因数。

图7为本实用新型所述信号处理器的检测电路图，图8为本实用新型所述一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统的程序流程图，参阅图7和图8所示，所述信号处理器1将采集到的电压、电流、频率以及功率因素的信号进行计算和分析后，若所述10KV配电变压器发生故障，就会得到一个保护动作指令，这个保护动作指令会通过所述信号处理器1的串口传递到所述警报模块7，所述警报模块7发出警报声，从而让工作人员发现，同时，所述信号处理器1还会将采集到电压、电流、频率以及功率因素的信号和处理计算所得的数据通过所述显示模块8显示出来，以供工作人员随时查询过去某一个时间段所述配电变压器的运行状况，为了方便与上机位的操作，还设置了所述通讯模块6，通过所述通讯模块6将所述数据信息上传至所述上位机9。

在本实用新型实施例中，所述信号处理器1的型号为STM32F103ZET6，STM32F 系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体(ST)公司出品，其内核是Cortex-M3，该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：小容量(16K和32K)、中容量(64K和128K)、大容量(256K、384K和512K)。芯片集成有USB，CAN，最多8个定时器，2个ADC，SPI，I2C，USB，UART等多种功能，此外STM32还有超强的系统性能，而且相对于其他同等性能的微控器，STM32 的成本是比较低廉的，所述STM32F103ZET6处理器包含了8个TIM定时器，3个ADC，2个DAC，多个串口等外设，方便使用。

本实用新型所述的一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，用以实现对所述10KV配电变压器的实时监测，不仅能够实现在线监测所述10KV配电变压器绕组的温度与电参数，随时监测所述10KV配电变压器的运行动态，而且易于管理，保证其正常运行，有效延长了所述10KV配电变压器的使用寿命，提高了10KV配电变压器的工作效率，所述系统具有价格低、精度高、寿命长等特点，有利于提升山区县级供电系统配电网的可靠性，同时也可以提高电网的功率因数，降低电能损耗，提高电压质量，实现了相当可观的经济效益，具有较好的应用前景。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上仅为本实用新型的实施例，但并不限制本实用新型的专利范围，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，用以对10KV配电变压器实现在线监测，其特征在于，包括：信号处理器、温度采样信号单元、电压电流采样单元、信号变换单元、方波信号处理单元、通讯模块、警报模块、显示模块以及上位机，所述10KV配电变压器的输出端电性连接所述电压电流采样单元的输入端，所述电压电流采样单元的输出端电性连接所述信号变换单元的输入端，所述信号变换单元的输出端电性连接所述方波信号处理单元的输入端，所述信号处理器的输入端分别电性连接所述电压电流采样单元、方波信号处理单元以及温度采样信号单元的输出端，所述信号处理器的输出端分别电性连接所述通讯模块、警报模块以及显示模块，并通过所述通讯模块与所述上位机通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，其特征在于：所述通讯模块可选ZigBee通讯模块或串行通信模块中的一种，所述警报模块包括光报警模块和声音报警模块，所述显示模块可选液晶显示模块、字符型液晶显示模块或图形点阵液晶显示模块中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，其特征在于：所述温度采样信号单元设置在所述10KV配电变压器的内部，包括温度计探头，所述温度计探头可选光纤温度传感器或Pt100铂热电阻测温传感器中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，其特征在于：所述电压电流采样单元包括电压互感器、电流互感器、滤波电路和A/D转换器，所述电压互感器和所述电流互感器的输出端分别电性连接所述滤波电路和所述信号变换单元，通过所述滤波电路的滤波作用，将完成滤波的电压和电流传输至所述A/D转换器，所述A/D转换器用以将经过所述滤波电路滤去纹波的电压电流转换成数字信号，并将所述数字信号传递给所述信号处理器。

5.根据权利要求4所述的一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，其特征在于：所述电压电流采样单元包括三个相电压互感器，且三个单相电压互感器接成Y0/Y0形。

6.根据权利要求4所述的一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，其特征在于：所述A/D转换器采用AD637转换芯片。

7.根据权利要求4所述的一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，其特征在于：所述信号变换单元包括过零比较器，所述过零比较器通过将电压和电流互感器传出的正弦信号变换为与其等频率的方波信号，并将所述方波信号传输至所述方波信号处理单元，方波信号处理单元再将处理后的信息传输给所述信号处理器。

8.根据权利要求7所述的一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，其特征在于：所述方波信号处理单元的输出端还设置有一个异或门电路。

9.根据权利要求1所述的一种10KV配电变压器的检测与故障诊断系统，其特征在于：所述信号处理器的型号为STM32F103ZET6。

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