一种基于变压器故障模拟的智能实训装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于变压器故障模拟的智能实训装置，包括上位机、通讯转换控制模块、无线数据收发模块、故障模拟器、程控电源模块、测试线智能检测模块、测试仪器模块和电源模块；所述上位机分别与通讯转换控制模块、无线数据收发模块相连接；通讯转换控制模块与故障模拟器、程控电源模块两两相连接，通讯转换控制模块控制故障模拟器、程控电源模块的工作状态，同时，通讯转换控制模块接收故障模拟器、程控电源模块上传的数据；无线数据收发模块与测试线智能检测模块、测试仪器模块两两相连接，其中任意两者之间可进行数据传输；本实用新型提供一种安全性高、可靠性好、功能多样化、智能化的变压器故障模拟的智能实训装置。
【专利说明】—种基于变压器故障模拟的智能实训装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电气设备【技术领域】，特别是一种基于变压器故障模拟的智能实训 装直。
【背景技术】
[0002]国内外对变压器相关技能的教学与培训方法，目前仅限于对变压器原理的讲解和对某一类型变压器进行解剖观察，不能够对变压器运行中可能发生的故障现象进行再现，同时由于培训用的变压器一旦选定，在变压器相关性能测试和试验中，只要变压器本身电气特性没有变化，测试数据具有唯一性，无法实现对多位学员进行个性化测试考核，这种培训方式不利于学员的理解和学习，在教学实践中诟病颇多。为了提高学员实际操作技能以及维护、检修和测试技术水平，改进现有教学与培训方式势在必行。
[0003]变压器在出厂试验和正常运行以及故障发生时的电气参数检测中需要进行绝缘耐压试验、绝缘电阻试验、直流电阻测试、容量测试、变比及连接组别等测试试验，该类试验如绝缘耐压试验在实际进行时危险性较大，技术要求也较高，一般在实验室环境下均不进行该类试验；绝缘电阻试验在实际试验中，无法模拟多种绝缘特性，使用真实变压器作为试验对象，测试数据单一，变压器故障发生时的参数变化无法模拟；直流电阻和变压器容量参数在不同变压器上体现不同的测试电阻值，电阻值从毫欧到几十欧不易模拟；变比及连接组别无法加载实际电压实现变比测试。针对以上变压器试验存在的问题，对现有变压器进行模拟实训具有一定的现实必要性。
[0004]实际现场教学中，通常是将实际应用的某一型号配电变压器搬到实训室，让学员进行测试实训，实训变压器到位后，各类参数均恒定不变，学员很难从变压器参数的变化中判别故障状态和故障类型，非常不利于教学及考核。因此，为了便于教学与考核，减少操作时的危险性，需要对现有变压器实训装置进行改进。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种安全性高、可靠性好、功能多样化、智能化的变压器故障模拟的智能实训装置，以满足变压器试验教学与培训的需求。
[0006]实现本实用新型目的的技术解决方案为:一种基于变压器故障模拟的智能实训装置，包括上位机、通讯转换控制模块、无线数据收发模块、故障模拟器、程控电源模块、测试线智能检测模块、测试仪器模块和电源模块；所述上位机分别与通讯转换控制模块、无线数据收发模块相连接，将上位机指令传输给通讯转换控制模块和无线数据收发模块，同时，上位机接收通讯转换控制模块和无线数据收发模块回传的信号；通讯转换控制模块与故障模拟器、程控电源模块两两相连接，通讯转换控制模块控制故障模拟器、程控电源模块的工作状态，同时，通讯转换控制模块接收故障模拟器、程控电源模块上传的数据；无线数据收发模块与测试线智能检测模块、测试仪器模块两两相连接，其中任意两者之间可进行数据传输；电源模块与其它模块相连接，为其提供电源。[0007]本实用新型与现有技术相比，其显著优点为:本实用新型一种基于变压器故障模拟的智能实训装置从根本上解决变压器培训技术难题，通过计算机设置真实变压器运行中的常见故障，对变压器故障进行重现，有助于学员对变压器原理有更深入的理解，使学员能够真实地感受到各种故障，更加逼真地接近现场的真实情况，可以增强学员对变压器类相关产品的认识，使更多的学员了解不同变压器装置的设计方法及实现方式，能够使变压器培训更加便捷化与深刻化，使变压器培训设备上的教学与培训效果大大加强，能够进一步提高变电站检修人员的技术水平，从而提高电力供电的可靠性与供电效率，本实用新型一种基于变压器故障模拟的智能实训装置具有安全性高、可靠性好、功能多样化、智能化的特点。
[0008]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型一种基于变压器故障模拟的智能实训装置的原理框图。
[0010]图2为本实用新型一种基于变压器故障模拟的智能实训装置中直流电阻试验模拟模块的高压侧电路图。
[0011]图3为本实用新型一种基于变压器故障模拟的智能实训装置中直流电阻试验模拟模块的低压侧电路图。
[0012]图4为本实用新型一种基于变压器故障模拟的智能实训装置中容量测试模拟模块电路图。
[0013]图5为本实用新型一种基于变压器故障模拟的智能实训装置中变压器绝缘试验模拟模块电路图。
[0014]图6为本实用新型一种基于变压器故障模拟的智能实训装置中变比试验模拟模块电路图。
【具体实施方式】
[0015]本实用新型一种基于变压器故障模拟的智能实训装置，包括上位机、通讯转换控制模块、无线数据收发模块、故障模拟器、程控电源模块、测试线智能检测模块、测试仪器模块和电源模块；所述上位机分别与通讯转换控制模块、无线数据收发模块相连接，将上位机指令传输给通讯转换控制模块和无线数据收发模块，同时，上位机接收通讯转换控制模块和无线数据收发模块回传的信号；通讯转换控制模块与故障模拟器、程控电源模块两两相连接，通讯转换控制模块控制故障模拟器、程控电源模块的工作状态，同时，通讯转换控制模块接收故障模拟器、程控电源模块上传的数据；无线数据收发模块与测试线智能检测模块、测试仪器模块两两相连接，其中任意两者之间可进行数据传输；电源模块与其它模块相连接，为其提供电源。
[0016]所述通讯转换控制模块包括通讯模块、控制模块和FPGA模块，通讯模块依次连接控制模块和FPGA模块，通讯模块将上位机指令转换后传输给控制模块，控制模块控制FPGA模块的输出。
[0017]所述无线数据收发模块、测试线智能检测模块和测试仪器模块都包括控制模块、A/D转换模块、zigbee模块,控制模块分别依次连接A/D转换模块、zigbee模块相连接。[0018]所述故障模拟器包括故障模拟通讯模块、主控制模块、故障控制模块和故障模拟模块；故障模拟通讯模块依次连接主控制模块、故障控制模块和故障模拟模块，故障模拟通讯模块将信号传输给主控制模块，主控制模块通过故障控制模块控制故障模拟模块的切换。
[0019]所述故障模拟模块包括变压器绝缘试验模拟模块、直流电阻试验模拟模块、容量测试模拟模块、变比试验模拟模块和分接开关位置检测模块。
[0020]所述直流电阻试验模拟模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第四十六电阻R46、第四十七电阻R47、第四十八电阻R48、第四十九电阻R49、第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第五十三电阻R53、第五十四电阻R54、第五十五电阻R55、第五十七电阻R57、第五十八电阻R58、第五十九电阻R59、第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3、第四继电器J4、第五继电器J5、第六继电器J6、第七继电器J7、第八继电器J8、第九继电器J9、第十继电器J10、第十一继电器J11、第十二继电器J12、第十三继电器J13、第十四继电器J14、第十五继电器J15、第十六继电器J16、第十七继电器J17、第十八继电器J18、第十九继电器J19、第二十继电器J20、第二十一继电器J21、第二十二继电器J22、第二十三继电器J23、第二十四继电器J24、第二十五继电器J25、第二十六继电器J26、第二十七继电器J27、第二十八继电器J28、第二十九继电器J29、第三十继电器J30、第三十一继电器J31、`第三十二继电器J32、第三十三继电器J33、第三十四继电器J34、第三十五继电器J35、第三十六继电器J36、第三十七继电器J37、第三十八继电器J38、第三十九继电器J39、第四十继电器J40、第四十一继电器J41、第四十二继电器J42、第四十三继电器J43、第四十四继电器J44、第四十五继电器J45、第四十六继电器J46、第四十七继电器J47、第四十八继电器J48、第四十九继电器J49、第五十继电器J50、第五十一继电器J51、第五十二继电器J52、第五十三继电器J53、第五十四继电器J54、第五十五继电器J55、第五十六继电器J56、第五十七继电器J57、第五十八继电器J58、第五十九继电器J59、第六十继电器J60、第六十一继电器J61、第一熔断器FU1、第二熔断器FU2、第三熔断器FU3、第一滑动变阻器RP1、第二滑动变阻器RP2和第三滑动变阻器RP3 ;高压侧A相与第五十五继电器J55的一端相连接,第五十五继电器J55的另一端与第一熔断器FUl的一端相连接,第一熔断器FUl的另一端与第一继电器Jl的一端相连接，同时，第一熔断器FUl的另一端分别与第二继电器J2、第三继电器J3、第十三继电器J13、第十四继电器J14、第十五继电器J15、第十六继电器J16、第三十一继电器J31、第三十二继电器J32、第三十三继电器J33、第四十六继电器J46、第四十七继电器J47、第四十八继电器J48的一端相连接，第一继电器Jl的另一端与第一电阻Rl的一端相连接，第一电阻Rl的另一端与第二电阻R2的一端相连接，同时，第一电阻Rl的另一端与第二继电器J2的另一端相连接，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端相连接，同时，第二电阻R2的另一端与第三继电器J3的另一端相连接，第三电阻R3的另一端第四电阻R4的一端相连接，同时，第三电阻R3的另一端分别与第十继电器J10、第二十五继电器J25的一端相连接,第四电阻R4的另一端与第五电阻R5的一端相连接，同时，第四电阻R4的另一端与第十继电器JlO的另一端相连接；第十四继电器J14的另一端与第十六电阻R16的一端相连接,第十六电阻R16的另一端与第十七电阻R17的一端相连接，同时，第十六电阻R16的另一端与第十三继电器J13的另一端相连接,第十七电阻R17的另一端与第十八电阻R18的一端相连接，同时，第十七电阻R17的另一端与第十五继电器J15的另一端相连接，第十八电阻R18的另一端与第十九电阻R19的一端相连接，同时第十八电阻R18的另一端与第十六继电器J16的另一端相连接，第十九电阻R19的另一端与第二十六继电器J26的一端相连接，同时，第十九电阻R19的另一端与第二十五继电器J25的另一端相连接,第三^ 继电器J31的另一端与第二十八电阻R28的一端相连接，第二十八电阻R28的另一端与第二十九电阻R29的一端相连接，同时，第二十八电阻R28的另一端分别与第二十六继电器J26的另一端、第三十二继电器J32的另一端相连接，第二十九电阻R29的另一端与第三十电阻R30的一端相连接，同时，第二十九电阻R29的另一端分别与第三十三继电器J33的另一端、第四十继电器J40的一端相连接，第三十电阻R30的另一端与第三十一电阻R31的一端相连接，第三十一电阻R31的另一端与第三十二电阻R32的一端相连接，第三十二电阻R32的另一端与第三十三电阻R33的一端相连接，同时，第三十二电阻R32的另一端与第四十继电器J40的另一端相连接，第三十三电阻R33的另一端与第三十四电阻R34的一端相连接，同时，第三十三电阻R33的另一端与第五电阻R5的另一端相连接；第四十六继电器J46的另一端与第四十九电阻R49的一端相连接，第四十九电阻R49的另一端与第五十电阻R50的一端相连接，同时，第四十九电阻R49的另一端与第四十七继电器J47的另一端相连接，第五十电阻R50的另一端与第五十一电阻R51的一端相连接，同时，第五十电阻R50的另一端分别与第四十八继电器J48的另一端、第四十三继电器J43的一端相连接，第五十一电阻R51的另一端与第四十三继电器J43的另一端相连接，同时，第五十一电阻R51的另一端与第三十四电阻R34的另一端相连接；高压侧B相、C相所连接的电路与A相所连接的电路相同，其中，第五十一电阻R51的另一端分别与第五十五电阻R55的另一端、第五十九电阻R59的另一端相连接；低压侧a相与第五十八继电器J58的一端相连接，第五十八继电器J58的另一端与第一滑动变阻器RPl的一端相连接，低压侧b相与第五十九继电器J59的一端相连接,第五十九继电器J59的另一端与第二滑动变阻器RP2的一端相连接，低压侧c相与第六十继电器J60的一端相连接，第六十继电器J60的另一端与第三滑动变阻器RP3的一端相连接，低压侧N相与第六十一继电器J61的一端相连接，第六十一继电器J61的另一端分别于第一滑动变阻器RPl的另一端、第二滑动变阻器RP2的另一端、第三滑动变阻器RP3的另一端相连接。[0021]所述容量测试模拟模块包括第六十一电阻R61、第六十二电阻R62、第六十三电阻R63、第六十四电阻R64、第六十五电阻R65、第六十六电阻R66、第六十七电阻R67、第六十八电阻R68、第六十九电阻R69、第七十电阻R70、第七十一电阻R71、第七十二电阻R72、第七十三电阻R73、第七十四电阻R74、第七十五电阻R75、第七十六电阻R76、第七十七电阻R77、第七十八电阻R78、第七十九电阻R79、第八十电阻R80、第八十一电阻R81、第六十二继电器J62、第六十三继电器J63、第六十四继电器J64、第六十五继电器J65、第六十六继电器J66、第六十七继电器J67、第六十八继电器J68、第六十九继电器J69、第七十继电器J70、第七十一继电器J71、第七十二继电器J72、第七十三继电器J73、第七十四继电器J74、第七十五继电器J75、第七十六继电器J76、第七十七继电器J77、第七十八继电器J78、第七十九继电器J79、第八十继电器J80、第八十一继电器J81、第八十二继电器J82、第八十三继电器J83、第八十四继电器J84、第八十五继电器J85，高压侧A相与第六十二继电器J62的一端相连接，高压侧B相与第六十三继电器J63的一端相连接，高压侧C相与第六十四继电器J64的一端相连接；容量测试模拟模块设有七个相同继电器控制模块，继电器控制模块包括第六十五继电器J65、第六十六继电器J66、第六十七继电器J67、第六^ 电阻R61、第六十二电阻R62、第六十三电阻R63,其中，第六十五继电器J65的一端与第六^ 电阻R61的一端相连接,第六十六继电器J66的一端与第六十二电阻R62的一端相连接,第六十七继电器J67的一端与第六十三电阻R63的一端相连接；第六十二继电器J62的另一端与第六十五继电器J65的另一端相连接,第六十三继电器J63的另一端与第六十六继电器J66的另一端相连接,第六十三继电器J63的另一端与第六十七继电器J67的另一端相连接，容量测试模拟模块中所有电阻的另一端相连接。
[0022]所述变压器绝缘试验模拟模块包括第八十二电阻R82、第八十三电阻R83、第八十六继电器J86、第八十七继电器J87，高压侧端子与第八十二电阻R82的一端连接，第八十二电阻R82的另一端与第八十三电阻R83的一端连接，第八十三电阻R83的另一端与第八十六继电器J86的一端连接，同时，第八十三电阻R83的另一端与第八十七继电器J87的一端连接，第八十六继电器J86的另一端与低压侧端子连接，第八十七继电器J87的另一端与变压器外壳相连接。
[0023]所述变比试验模拟模块包括第八十八继电器J88、第八十九继电器J89、第九十继电器J90、第九十一继电器J91、第九十二继电器J92、第九十三继电器J93、第九十四继电器J94，高压侧A相与第八十八继电器J88的一端相连接，第八十八继电器J88的另一端与程控电源模块的输入端U相相连接，程控电源模块的输出端U相与第九^ 继电器J91的一端相连接，第九十一继电器J91的`另一端与低压侧的a相相连接；高压侧B相与第八十九继电器J89的一端相连接，第八十九继电器J89的另一端与程控电源模块的输入端V相相连接，程控电源模块的输出端V相与第九十二继电器J92的一端相连接，第九十二继电器J92的另一端与低压侧的b相相连接；高压侧C相与第九十继电器J90的一端相连接，第九十继电器J90的另一端与程控电源模块的输入端W相相连接,程控电源模块的输出端W相与第九十三继电器J93的一端相连接，第九十三继电器J93的另一端与低压侧的c相相连接；低压侧N相与第九十四继电器J94的一端相连接，第九十四继电器J94的另一端与程控电源模块的输出端Un相相连接。
[0024]下面结合实施例对本实用新型做进一步详细的描述:
[0025]所述上位机是一种通用的计算机，主要实现各种软件的操作及控制功能，上位机与通讯转换控制模通过无线网络进行通讯。
[0026]所述通讯转换控制模块包括RS485通讯模块，单片机、FPGA芯片，当通讯转换控制模块发送数据时，通讯转换控制模块通过RS485通讯模块接收上位机发送的数据命令帧，RS485通讯模块将数据帧传输给单片机，单片机将接收到的数据帧通过并口发送到FPGA芯片，FPGA芯片通过内部转换将单片机发送来的数据，转发到不同的串行通讯口，从而实现单串口到多串口的数据转发，完成控制功能。当通讯转换控制模块接收数据时，通讯转换控制模块中FPGA芯片串口接收故障模拟模块和程控电源模块上传的数据，经过转换通讯将数据发送给单片机，单片机通过RS485通讯模块将数据上传给上位机；通讯转换控制模块实现了单设备控制多台设备功能。
[0027]所述无线数据收发模块、测试线智能检测模块和测试仪器模块都包括控制模块、A/D转换模块、zigbee模块，控制模块分别依次连接A/D转换模块、zigbee模块相连接，控制模块选用LPC1313处理器控制模块，A/D转换模块选用18位的A/D转换器AD760，zigbee模块选用CC2480芯片；无线数据接收模块是一种基于Zigbee技术的无线数据接收装置，通过设置数据传输特定的波特率以及所组网络的IP地址，可以使上位机、设备、测试仪器三者之间组成一个无线网络，实现网络内各点之间数据和信息的交互；测试线智能检测模块是一种对仪器测试线是否接入测试点以及接入位置进行智能检测和判断的设备，采用LPC1313处理器单片机和Zigbee技术实现接线位置的智能判断和检测结果信息的交互；测试仪器模块是变压器交接试验所用的相关测试仪器模拟设备，外观和操作方法与真实仪器一致，但测试数据是根据需要所设置的虚拟值。
[0028]所述故障模拟器包括RS485故障模拟通讯模块、主控制模块、故障控制模块和故障模拟模块；RS485故障模拟通讯模块与通讯转换控制模块相连接，通过RS485故障模拟通讯模块实现通讯转换控制模块与主控制模块之间的RS485通讯，实现故障设置命令的接收，主控制模块通过故障控制模块实现故障模拟模块切换，故障模拟模块根据故障控制模块的指令，实现接线方式的切换。
[0029]所述程控电源模块是一种高精密虚负荷电源，通过单片机控制产生独立的电压，给变压器提供变比所需电压，使变压器变比试验功能得以实现，无需实际的电能负载消耗。
[0030]本实用新型工作流程说明:
[0031]1、上位机通过无线网络通讯，经过通讯转换控制模块，控制故障模拟器，设置变压器的一些常见故障。
[0032]2、上位机通过无线网络通讯，经过通讯转换控制模块，控制程控电源的电压输出值，达到变比功能实现的目的。
[0033]3、上位机通过Zigbee无线数据传输，经过无线数据收发模块,给测试线智能检测模块下发相应指令，测试线智能检测模块把检测结果通过Zigbee无线数据传输把检测结果，与上位机和测试仪器模块进行信息交互。
[0034]4、上位机通过Zigbee无线数据传输，经过无线数据收发模块，给测试仪器模块下发相应指令和数据，测试仪器根据数据进行相应显示。
【权利要求】
1.一种基于变压器故障模拟的智能实训装置，其特征在于，包括上位机、通讯转换控制模块、无线数据收发模块、故障模拟器、程控电源模块、测试线智能检测模块、测试仪器模块和电源模块；所述上位机分别与通讯转换控制模块、无线数据收发模块相连接，将上位机指令传输给通讯转换控制模块和无线数据收发模块，同时，上位机接收通讯转换控制模块和无线数据收发模块回传的信号；通讯转换控制模块与故障模拟器、程控电源模块两两相连接，通讯转换控制模块控制故障模拟器、程控电源模块的工作状态，同时，通讯转换控制模块接收故障模拟器、程控电源模块上传的数据；无线数据收发模块与测试线智能检测模块、测试仪器模块两两相连接，其中任意两者之间可进行数据传输；电源模块与其它模块相连接，为其提供电源；所述故障模拟器包括故障模拟通讯模块、主控制模块、故障控制模块和故障模拟模块；故障模拟通讯模块依次连接主控制模块、故障控制模块和故障模拟模块，故障模拟通讯模块将信号传输给主控制模块，主控制模块通过故障控制模块控制故障模拟模块的切换；所述故障模拟模块包括变压器绝缘试验模拟模块、直流电阻试验模拟模块、容量测试模拟模块、变比试验模拟模块和分接开关位置检测模块；所述变比试验模拟模块包括第八十八继电器(J88)、第八十九继电器(J89)、第九十继电器(J90)、第九十一继电器(J91)、第九十二继电器(J92)、第九十三继电器(J93)、第九十四继电器(J94)，高压侧A相与第八十八继电器(J88)的一端相连接，第八十八继电器(J88)的另一端与程控电源模块的输入端U相相连接,程控电源模块的输出端U相与第九^ 继电器(J91)的一端相连接，第九十一继电器(J91)的另一端与低压侧的a相相连接；高压侧B相与第八十九继电器(J89)的一端相连接，第八十九继电器(J89)的另一端与程控电源模块的输入端V相相连接，程控电源模块的输出端V相与第九十二继电器(J92)的一端相连接，第九十二继电器(J92)的另一端与低压侧的b相相连接；高压侧C相与第九十继电器(J90)的一端相连接，第九十继电器(J90)的另一端与程控电源模块的输入端W相相连接，程控电源模块的输出端W相与第九十三继电器(J93)的一端相连接，第九十三继电器(J93)的另一端与低压侧的c相相连接；低压侧N相与第九十四继电器(J94)的一端相连接，第九十四继电器(J94)的另一端与程控电源模块的输出端U n相相连接。
【文档编号】G09B9/00GK203376888SQ201320419646
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年7月15日 优先权日:2013年7月15日
【发明者】张长营, 姜凤宗, 夏振雨, 陈铮, 徐光举, 支长义, 张军照, 朱立位, 尹雷 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司连云港供电公司