CN212007767U - 一种电力变压器机械状态检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电力变压器机械状态检测系统，包括依次连接的数据采集模块、数据就地处理模块和服务器模块，所述的数据采集模块包括用以获取电力变压器箱壁的振动加速度的振动加速度传感器，用以采集电力变压器的每相的一次侧三相电压的电压互感器和用以采集电力变压器的每相的一次侧电流信号的电流互感器，所述振动加速度传感器、所述电流互感器和所述电压互感器分别装设于电力变压器的箱壁上，所述数据就地处理模块设有振动信号采集单元，所述服务器模块设有依次连接的数据接收单元、分析处理单元、显示单元。与现有技术相比，本实用新型具有有效反映变压器内部绕组状态的可靠信息，操作简单、智能且效率高等优点。

Description

一种电力变压器机械状态检测系统

技术领域

本实用新型涉及电力变压器检测设备领域，尤其是涉及一种电力变压器机械状态检测系统。

背景技术

电力变压器作为上游关键设备，承担着电压变换、电能分配和传输的重要任务，是电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。尽管变压器的生产质量不断提高，但由于变压器长期运行，故障和事故不可能完全避免。变压器在长期运行过程中，可能遭受数次过电压、大电流冲击，线路的短路故障电流或雷电流流经变压器时产生的巨大电磁力可能导致变压器绕组产生松动、变形甚至失稳，进而导致绕组坍塌等严重事故的发生。

变压器突发短路试验是检测变压器抗短路能力、绕组变形程度最为有效的手段之一，在前期的试验研究和质量控制方面已体现出了其优势。突发短路试验最主要是检验变压器在遭受短路电流冲击情况下机械稳定状态是否发生变化，若变压器抗短路能力不足造成绕组线圈变形，将埋下变压器绝缘和机械稳定度的隐患。

在变压器通过突发短路试验后，除按照国标要求进行短路电抗值的测量外，通常还会对油浸式变压器进行吊罩检查。这是由于短路电抗法存在着对绕组端部变形不敏感、对微小变形不敏感的缺陷，因此需要通过吊罩试验，排查短路试验是否对内部结构造成了破坏，并对短路阻抗法得到绕组变形的结论进行验证。由于10kV 级油浸式配电变压器通常采用焊接方式对整体进行封紧，因此，在吊罩试验中存在着工序复杂、耗费时间长，复杂故障难以判断等缺点。

然而，现有的变压器突发短路测试平台所需要的抽检变压器数量多、种类繁杂，使用传统的短路阻抗法和吊罩检测已难以满足检测高灵敏、高效率、高效益的要求。因此，开展绕组状态检测技术的相关研究，结合测试平台实际需要，研究一种能够对绕组变形故障进行准确、快速、高效、且降低设备成本的有效检测系统，对提升检测准确性、提高检测效率、节约人力资源和提升经济效益具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电力变压器机械状态检测系统，该系统能够有效反映变压器内部绕组状态的可靠信息，获取的信号可进行显示及分析，操作简单、智能且效率高。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电力变压器机械状态检测系统，包括依次连接的数据采集模块、数据就地处理模块和服务器模块，所述的数据采集模块包括用以获取电力变压器箱壁的振动加速度的振动加速度传感器，用以采集电力变压器的每相的一次侧三相电压的电压互感器和用以采集电力变压器的每相的一次侧电流信号的电流互感器，所述振动加速度传感器、所述电流互感器和所述电压互感器分别装设于电力变压器的箱壁上，所述数据就地处理模块设有振动信号采集单元，所述服务器模块设有依次连接的数据接收单元、分析处理单元和显示单元。

优选地，所述的数据就地处理模块包括户外型采集箱、设于户外型采集箱内的机箱电源及分别于机箱电源连接的温度及防凝露控制器、除湿单元以及所述振动信号采集处理单元，所述户外型采集箱安装在控制室外的电力变压器旁，所述振动信号采集处理单元连接数据采集模块的振动加速度传感器。

优选地，所述的振动信号采集处理单元包括嵌入式模块、FPGA模和光纤收发模块，所述嵌入式模块与所述FPGA模块连接，所述FPGA模块连接所述光纤收发模块，所述FPGA模块通过光纤收发模块与服务器模块连接。

优选地，所述的户外型采集箱采用不锈钢机箱，该机箱的顶部设有遮阳部件。

优选地，所述的除湿单元包括湿度传感器和与湿度传感器连接的除湿器。

优选地，所述的服务器模块包括主控单元、与主控单元连接的数据接收单元、分析处理单元、信号采集单元、显示单元和ARM处理器，所述振动信号采集处理单元通过光纤连接主控单元，数据接收单元、分析处理单元、显示单元依次连接。

优选地，所述的服务器模块还包括用以为电流互感器和电压互感器提供电压电流信号转接端口的电压段子和电流端子。

优选地，所述的信号采集单元采用十六位差分ADC芯片，所述的主控单元包括集成电路和可视化屏幕。

优选地，所述的数据接收单元的处理器采用Spartan-6XC6SLX16芯片，所述分析处理单元采用OMAPL-138高性能DSP+ARM双核处理器，所述显示单元采用带有显示屏的显示设备。

优选地，所述的显示单元采用PC机或工业控制计算机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

一、本实用新型系统在变压器上设施振动加速度传感器、电流传感器、电压互感器，能够通过获取变压器振动信号、各绕组电流、电压信号，进而能够有效反映变压器内部绕组状态的可靠信息，获取的信号可通过服务器模块进行显示及分析，操作简单、智能且效率高；

二、本实用新型系统的数据就地处理模块设置在一个箱体内，能够降低设备成本，且保护各器件有效运作；

三、本实用新型系统能够实时显示各变压器、各绕组三个线电流测量值，且能够根据选定的变压器及其相应绕组，实时通过服务器模块能够通过后台查看系统的电压、电流、振动信号实时采样数据，且能够查看系统的电压、电流、振动信号实时采样波形，减少了人工工作量、大幅提升了试验效率，能够为带来显著的经济效益；

四、本实用新型系统的数据就地处理模块的户外型采集箱的整体使用不锈钢机箱设计，箱体上部加装遮阳部件，能够起到隔热作用；

五、户外型采集箱设有温度及防凝露控制器和除湿单元，能够满足防凝露、耐高温，通风等防护工况要求，进一步提高整体系统工作状态的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中电力变压器机械状态检测系统的功能实现原理图；

图2为本实用新型实施例中电力变压器机械状态检测系统的结构框图；

图3为本实用新型实施例中电力变压器机械状态检测系统的主要结构连接示意图；

图4为本实用新型实施例中电力变压器机械状态检测系统的服务器模块的原理示意图；

图中标号所示：

1、控制室，2、户外，3、显示单元，4、主控单元，5、电流互感器，6、电压互感器，7、振动加速度传感器，8、电力变压器，9、振动信号采集处理单元， 10、电缆，11、光纤，12、信号采集单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种电力变压器机械状态检测系统，该系统的核心作用在于采集变压器本体箱壁振动信号并经过数据分析提供可靠的变压器状态检测数据及评价信息。该系统包括数据采集模块、数据就地处理模块、服务器模块。数据采集模块用于将电力变压器8的每相高低压侧电流、电压和电力变压器箱壁上的振动加速度数据测量出来后，由光纤传输至数据就地处理模块进行数据处理，处理后的数据上传至服务器模块，服务器模块设于变电站的控制室1内，并将具体状态信息显示在状态数据的监控与故障诊断模块上，具体原理框图如图1所示。

根据电力的运行特性，由于短路试验中，变压器铁芯、绕组振动均由一次侧施加电压进入暂态过程，记录电压数据可对试验能量等级和试验过程进行分析，结合振动传感器的采集到的振动数据进行综合诊断，因此一次侧电压信号的记录很有必要。绕组振动冲击是由负载电流与漏磁场耦合下的电动力引起的，负载电流大小及特性直接决定了振动冲击及响应特性，因此有必要对一次侧负载电流信号进行采集。因此数据采集模块需要采集的数据量包括：变压器本体箱壁振动信号、一次侧三相电压和一次侧电流信号。这些原始信号通过系统的数据处理及分析，将生成变压器状态的提示信号，对突发短路试验中的数据进行展示，对突发短路后的状态予以评价。

数据采集模块包括振动加速度传感器7、电流互感器5和电压互感器6，振动加速度传感器7、电流互感器5和电压互感器6分别装设于电力变压器8箱壁上，用于采集电力变压器8本体箱壁的振动信号、电流信号和电压信号。

数据就地处理模块对数据采集模块采集的数据进行接收、实时处理和上传，之后与服务器模块进行数据交换，最终可选择是否将数据通过服务器模块进行可视化显示出来。数据就地处理模块作为下位机，服务器模块作为上位机。

数据就地处理模块包括户外型采集箱、设于户外型采集箱内的振动信号采集处理单元9、温度及防凝露控制器、除湿单元和机箱电源。户外型采集箱安装在控制室外电力变压器8旁，户外型采集箱内因设有温度及防凝露控制器和除湿单元，能够满足防凝露、耐高温，通风等防护工况要求。机箱电源用于对数据就地处理模块进行供电，优选220VAC/24VDC电源。除湿单元由湿度传感器和除湿器组成，湿度传感器与除湿器连接，湿度传感器实时监测不锈钢户外型采集箱内的湿度，可通过转换为可视化的红、黄、黑三种颜色的灯光，提示湿度等级，当户外型采集箱内部湿度超过设定值时，除湿器开机工作。除湿器用于保证户外型采集箱内湿度符合电气元器件工作条件。振动信号采集处理单元9具体由嵌入式模块、FPGA模块、光纤收发模块组成，嵌入式模块与FPGA模块连接，FPGA模块连接光纤收发模块，FPGA模块通过光纤收发模块与服务器模块连接。数据采集模块的各个振动加速度传感器7的线缆就地接入振动信号采集处理单元9，振动信号采集处理单元9的主要作用在于就地接收振动加速度传感器7采集到的数字信号，并及时转换成模拟信号，最后将其上传给服务器模块。振动信号采集处理单元9的作用在于能够及时处理信号，避免由于长距离传输时造成信号的失真和不准确。户外型采集箱内还设有接地端子和电流端子，接地端子用于提供各电气器件需要使用的接地线连接端子。电流端子用于提供各电气器件需要使用的控制线路连接端子。

在本实施例中，作为优选方案，户外型采集箱整体使用不锈钢机箱设计，箱体上部加装遮阳部件，能够起到隔热作用。

服务器模块主要负责接收、记录和反馈由数据就地处理模块传入的振动加速度、电流和电压数据。在达到设定阈值时，触发对各项数据的纸质记录，进行留档保存。同时将接收到的数据传输到可视化屏幕上。

服务器模块包括主控单元(MCU)4、与主控单元4连接的数据接收单元、分析处理单元、信号采集单元12、显示单元3、ARM处理器，以及电压、电流端子和电源端子。振动信号采集处理单元9的线缆穿过线缆沟接入系统，通过光纤11 连接主控单元4。

信号采集单元12作用与数据就地处理模块中的振动信号采集处理单元9作用相同，负责接收、处理和上传传感器监测到的电气参数。就服务器模块中的信号采集单元12而言，其同样由嵌入式模块和FPGA模块构成，负责接收电压电流互感器5信号端子上的数据，将其处理后上传到主控单元4中。优选地，信号采集单元12采用16位差分ADC芯片，结合FPGA时序控制，实现电流、电压量的高速、同步采集。

主控单元4是核心，由集成电路、可视化屏幕组成。主控单元4通过铠装光纤 11接收1号主变和2号主变的数据就地处理模块中上传的振动信号，同时通过数据就地处理模的光纤收发单元接收同一电气屏柜中的振动信号采集处理单元9上传的电力变压器8的二次侧电流电压信号。主控单元4主要作用为将接收到的振动、电压、电流信号进行分析和比对，通过运行算法，由振动信号初步判断电力变压器 8是否故障，其后拟合电流电压信号判断电力变压器8的故障类型，作为辅助判据判断电力变压器8故障状态。主控单元4包括一个可视化屏幕，可订制工况可视化界面显示电力变压器8工作状态。

数据接收单元的处理器采用Spartan-6XC6SLX16芯片，分析处理单元采用 OMAPL-138高性能DSP+ARM双核处理器，显示单元3采用带有显示屏的显示设备，如PC机、工业控制计算机等。数据就地处理模块的振动信号采集处理单元9 与数据接收单元连接，数据接收单元、分析处理单元、显示单元3依次连接，数据接收单元连接信号采集单元12。

电压、电流端子提供电流互感器5和电压互感器6的电压电流信号转接端口。电源端子同样为接线端子排，为供电线提供转接端子。

当下位机(数据就地处理模块)完成一次信号采集后，主控单元4发送传输启动指令至下位机，下位机开始以一定速率向上位机发送信息。上位机(服务器模块) 在接收到信息后，需要对数据进行暂存，然后通过处理器对所得到的电压电流信号进行分析后通过显示屏显示，整个上位机的流程图如图4所示。

本实用新型系统在变压器上设施振动加速度传感器7、电流传感器、电压互感器6，能够通过获取变压器振动信号、各绕组电流、电压信号，进而能够有效反映变压器内部绕组状态情况，操作简单且效率高。数据就地处理模块设置在一个箱体内，能够降低设备成本，且保护各器件的有效运作。

本实用新型系统能够实时显示各变压器、各绕组三个线电流测量值；且能够根据选定的变压器及其相应绕组，实时通过服务器模块能够通过后台查看系统的电压、电流、振动信号实时采样数据，且能够查看系统的电压、电流、振动信号实时采样波形，减少了人工工作量、大幅提升了试验效率，能够为带来显著的经济效益。

以上所述，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工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，包括依次连接的数据采集模块、数据就地处理模块和服务器模块，所述的数据采集模块包括用以获取电力变压器箱壁的振动加速度的振动加速度传感器，用以采集电力变压器的每相的一次侧三相电压的电压互感器和用以采集电力变压器的每相的一次侧电流信号的电流互感器，所述振动加速度传感器、所述电流互感器和所述电压互感器分别装设于电力变压器的箱壁上，所述数据就地处理模块设有振动信号采集单元，所述服务器模块设有依次连接的数据接收单元、分析处理单元和显示单元。

2.根据权利要求1所述的一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，所述的数据就地处理模块包括户外型采集箱、设于户外型采集箱内的机箱电源及分别于机箱电源连接的温度及防凝露控制器、除湿单元以及振动信号采集处理单元，所述户外型采集箱安装在控制室外的电力变压器旁，所述振动信号采集处理单元连接数据采集模块的振动加速度传感器。

3.根据权利要求2所述的一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，所述的振动信号采集处理单元包括嵌入式模块、FPGA模块和光纤收发模块，所述嵌入式模块与所述FPGA模块连接，所述FPGA模块连接所述光纤收发模块，所述FPGA模块通过光纤收发模块与服务器模块连接。

4.根据权利要求2所述的一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，所述的户外型采集箱采用不锈钢机箱，该机箱的顶部设有遮阳部件。

5.根据权利要求2所述的一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，所述的除湿单元包括湿度传感器和与湿度传感器连接的除湿器。

6.根据权利要求2所述的一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，所述的服务器模块包括主控单元、与主控单元连接的数据接收单元、分析处理单元、信号采集单元、显示单元和ARM处理器，所述振动信号采集处理单元通过光纤连接主控单元，数据接收单元、分析处理单元、显示单元依次连接。

7.根据权利要求6所述的一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，所述的服务器模块还包括用以为电流互感器和电压互感器提供电压电流信号转接端口的电压段子和电流端子。

8.根据权利要求6所述的一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，所述的信号采集单元采用十六位差分ADC芯片，所述的主控单元包括集成电路和可视化屏幕。

9.根据权利要求6所述的一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，所述的数据接收单元的处理器采用Spartan-6XC6SLX16芯片，所述分析处理单元采用OMAPL-138高性能DSP+ARM双核处理器，所述显示单元采用带有显示屏的显示设备。

10.根据权利要求9所述的一种电力变压器机械状态检测系统，其特征在于，所述的显示单元采用PC机或工业控制计算机。

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