专利名称：基于振动的电力变压器故障检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及输变电设备的在线监测技术领域，尤其涉及一种基于振动的电力变压器故障检测系统。
背景技术：
随着电力工业的发展，电力设备容量和电网的规模不断扩大，为了降低电力设备故障引发的巨大经济损失和社会影响，提高电能质量，保证电力设备和系统安全、可靠、经济、稳定、优质的运行，基于在线监测与故障诊断技术的状态维修策略将成为未来发展的必然趋势。变压器的稳定性和可靠性极大影响着整个电网的安全运行。目前，常用于检测变压器故障的有FRA法以及短路阻抗法等方法。这些方法均是建立在变压器绕组的电气模型基础上，在变压器绕组发生显著变形或铁芯明显松动时可进行准确的判断，但在检测变压器绕组变形、垫块掉落扭曲或轻微变形等绕组缺陷时灵敏度不高。为了解决现有基于电气模型的故障检测方法的不足，部分研究者提出了基于振动信号分析的电力变压器绕组变形故障检测方法，该方法基本原理如下电力变压器稳定运行时，硅钢片的磁致伸缩引起了铁心振动，绕组在负载电流的电场力作用下产生振动，绕组及铁心的振动通过变压器器身和油传递到变压器的油箱，引起油箱的振动，变压器油箱表面的振动与变压器绕组及铁心的压紧状况、位移及变形状态密切相关，通过对变压器振动信号进行频谱分析，来判断是否存在绕组变形、铁芯松动等故障。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种能够进行实时在线检测，且实现简单的基于振动的电力变压器故障检测系统。具体而言，本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题。基于振动的电力变压器故障检测系统，包括固定于所述电力变压器表面的至少一个振动传感器，以及与所述振动传感器依次连接的第一信号采集模块、计算处理模块、显示输出模块；第一信号采集模块采集振动传感器输出的振动信号；计算处理模块对第一信号采集模块所采集的振动信号进行计算处理，检测是否存在绕组变形故障，并通过显示输出模块输出检测结果。为了进一步提高检测精度，作为本实用新型的进一步改进方案，所述振动传感器为多个，分别对多个振动传感器采集的振动信号进行频谱分析并提取特征，只要任意一个振动传感器所采集振动信号的特征满足所述条件，即判定该电力变压器出现绕组变形故障。优选地，所述振动传感器固定于所述电力变压器油箱顶部表面，位于变压器绕组的正上方，最好采用三个振动传感器，分别位于电力变压器各相高压绕组与低压绕组之间中间位置的正上方，这样，其检测灵敏度更高。进一步地，该系统还包括用于采集电力变压器输出电流信号的电流传感器，以及与电流传感器连接的第二信号采集模块，第二信号采集模块的输出端与所述计算处理模块连接。[0010]进一步地，该系统还包括用于监测电力变压器温度的数字温度传感器，数字温度传感器的输出端与所述计算处理模块连接。[0011]进一步地，该系统还包括与所述计算处理模块连接的通信模块，优选无线通信模块。[0012]相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果[0013]一、本实用新型不需要与变压器进行任何电气连接，可实现变压器故障的实时在线检测；[0014]二、本实用新型实现简单，对于绕组变形、铁芯松动等故障的检测准确率高。
[0015]图I为本实用新型的基于振动的电力变压器故障检测系统结构示意图；[0016]图2为具体实施方式
中三个振动传感器的安装位置示意图；[0017]图3为具体实施方式
中本实用新型进行绕组变形故障检测的流程示意图；[0018]图4 (a)和图4 (b)分别为实验一中变压器在设置绕组变形故障前、后通过设置在位置I的振动传感器所检测到的振动频谱；[0019]图5 (a)和图5 (b)分别为实验二中变压器在设置绕组变形故障前、后通过设置在位置I的振动传感器所检测到的振动频谱。
具体实施方式
[0020]
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明[0021]本实用新型的基于振动的电力变压器故障检测系统，包括固定于所述电力变压器表面的至少一个振动传感器，以及与所述振动传感器依次连接的第一信号采集模块、计算处理模块、显示输出模块；第一信号采集模块采集振动传感器输出的振动信号；计算处理模块对第一信号采集模块所采集的振动信号进行计算处理，检测是否存在绕组变形故障，并通过显示输出模块输出检测结果。振动传感器所接收的电力变压器的振动信号通过第一信号采集模块传输至计算处理模块，计算处理模块对振动信号进行频谱分析，然后从振动信号频谱中提取故障特征，并根据提取的故障特征判断是否存在故障，最后通过显示输出模块将检测结果进行可视化输出。故障特征提取可采用现有的各种算法，例如对振动信号进行小波分解，然后根据小波分解后的频幅曲线中是否出现不同于正常情况下的高频分量，来判断是否存在故障；或者，根据振动信号的傅里叶频谱中各频率分量与正常情况下的区别来进行判断。[0022]本实用新型可使用多个振动传感器来提高检测精度分别对多个振动传感器采集的振动信号进行频谱分析并提取特征，只要任意一个振动传感器所采集振动信号的特征满足条件，即判定该电力变压器出现绕组变形故障。[0023]通过实验发现，振动传感器的安装位置对故障特征的显著性有所影响，当振动传感器固定于所述电力变压器油箱顶部表面，位于变压器绕组的正上方时，故障特征比较显著；而当振动传感器位于电力变压器故障相高压绕组与低压绕组之间中间位置的正上方时，故障特征最显著。因此本实用新型优选采用三个振动传感器，其安装位置如图2所示， 图中1、2、3分别为三个振动传感器的安装位置，A、B、C分别为变压器三相高压端绕组位置，a、b、c、0分别变压器三相低压端绕组及零线位置，1、2、3分别位于A和a、B和b、C和c的中点位置。[0024]由于振动信号通常与电力变压器的工作电流相关，为了保证检测精度，本实用新型还包括用于采集电力变压器输出电流信号的电流传感器，以及与电流传感器连接的第二信号采集模块，第二信号采集模块的输出端与所述计算处理模块连接。计算处理模块根据电流传感器所采集到的变压器输出电流对振动信号进行修正。[0025]本实用新型还可以集成温度检测功能，通过数字温度传感器采集电力变压器的温度，计算处理模块根据数字温度传感器采集温度判断是否存在变压器过热的故障。[0026]本实用新型的一种优选结构如图I所示，包括[0027]振动传感器，用于采集电力变压器油箱表面的振动信号；[0028]电流传感器，用于测量反映变压器负荷的电流信号；[0029]信号调理电路I，其作用为为振动加速度信号提供电源；放大幅值较低的振动信号，从而提高振动信号测量的灵敏度；[0030]信号调理电路Π，其作用为对电流信号进行大小变换、滤波、保护等；[0031]数字温度传感器，用于测量变压器顶部振动传感器附近油箱表面的温度；[0032]A/D转换电路，用于实现信号的模数转换；[0033]ARM处理器，用于实现模拟量采集、数字量输入/出、数据存储、信号处理与分析、 GPRS通信等功能；[0034]存储模块(SD卡)，用于将采集到的数据以及分析结果进行长时间保存，以便需要的时候进行数据，支持热插拔功能；[0035]GPRS无线通信模块，用于将检测结果及时发送给客户；[0036]显示模块，用于故障诊断结果的可视化输出。[0037]本实用新型采用三个型号为CA-YD-103的振动传感器，其主要性能参数如表I所示，[0038]表I
权利要求1.一种基于振动的电力变压器故障检测系统，其特征在于，包括固定于所述电力变压器表面的至少一个振动传感器，以及与所述振动传感器依次连接的第一信号采集模块、计算处理模块、显示输出模块；第一信号采集模块采集振动传感器输出的振动信号；计算处理模块对第一信号采集模块所采集的振动信号进行计算处理，检测是否存在绕组变形故障，并通过显示输出模块输出检测结果。
2.如权利要求I所述基于振动的电力变压器故障检测系统，其特征在于，所述振动传感器为3个，固定于所述电力变压器油箱顶部表面，分别位于电力变压器各相高压绕组与低压绕组之间中间位置的正上方。
3.如权利要求I或2所述基于振动的电力变压器故障检测系统，其特征在于，所述振动传感器粘接或者通过磁铁吸附于电力变压器表面。
4.如权利要求I所述基于振动的电力变压器故障检测系统，其特征在于，该系统还包括用于采集电力变压器输出电流信号的电流传感器，以及与电流传感器连接的第二信号采集模块，第二信号采集模块的输出端与所述计算处理模块连接。
5.如权利要求I所述基于振动的电力变压器故障检测系统，其特征在于，该系统还包括用于监测电力变压器温度的数字温度传感器，数字温度传感器的输出端与所述计算处理模块连接。
6.如权利要求I所述基于振动的电力变压器故障检测系统，其特征在于，该系统还包括与所述计算处理模块连接的通信模块。
7.如权利要求6所述基于振动的电力变压器故障检测系统，其特征在于，所述通信模块为无线通信模块。
8.如权利要求7所述基于振动的电力变压器故障检测系统，其特征在于，所述无线通信模块为GPRS无线通信模块。
专利摘要本实用新型公开了一种基于振动的电力变压器故障检测系统。本实用新型包括固定于所述电力变压器表面的至少一个振动传感器，以及与所述振动传感器依次连接的第一信号采集模块、计算处理模块、显示输出模块；第一信号采集模块采集振动传感器输出的振动信号；计算处理模块对第一信号采集模块所采集的振动信号进行计算处理，检测是否存在绕组变形故障，并通过显示输出模块输出检测结果。相比现有基于电气模型的电力变压器故障检测系统，本实用新型可对绕组变形、铁芯松动等故障进行准确检测，且不需要与变压器进行电气连接，结构简单。
文档编号G01R31/00GK202735425SQ20122027663
公开日2013年2月13日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者陈楷, 王春宁, 马宏忠, 耿志慧, 李凯, 李勇, 赵宏飞, 陈静民 申请人:江苏省电力公司南京供电公司, 河海大学, 国家电网公司, 江苏省电力公司