非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，该系统包括：下位机系统和上位机系统，下位机系统包括A/D转换模块，所述A/D转换模块输入端连接有分别与穿心式电流互感器、光纤光栅传感器和超高频局放传感器连接的三个信号调理电路。本实用新型通过穿心式电流互感器、光纤光栅传感器和超高频局放传感器分别检测信号，再分别通过三个信号调理电路进行信号调理后通过A/D转换，再完成信号处理，处理后的信号传输到上位机系统中，上位机系统对三种信号分别进行分析处理，并通过LED显示屏显示，如果检测的信号超过阈值，则控制报警模块进行报警，从而实现对非晶合金立体卷铁芯变压器的实时在线监测。
【专利说明】非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及变压器监测系统，具体地指一种非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，属于电力行业输变电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，它的运行状况直接关系到整个电力系统的安全和稳定。而非晶合金立体卷铁芯作为非晶合金变压器的核心组件，若出现故障会对变压器带来严重的后果，进而对整个电力系统造成损失，因此对非晶合金变压器本体以及其非晶合金立体卷铁芯在运行中可能出现的故障进行实时在线监测，对于保证变压器的安全运行有重要的意义。
[0003]变压器故障包括过热故障和绝缘故障，其中，过热故障包括铁芯多点接地会引起变压器的过热故障和变压器内部产生的过热故障。目前针对上述故障主要采用以下方法:
[0004]一、目前判断铁芯是否多点接地的方法主要有钳形电流表法、铁芯对地绝缘的电阻法以及气相色谱分析法，这三种方法均不能实时判断铁芯的多点接地故障，且不能实现在线监测。
[0005]二、为发现变压器内部是否有过热故障，主要采用电信号传感器以及红外温度传感器的测量方法以实现对变压器的温度测量，这两种方法均会使用传感器与铁芯直接接触，因此存在一定误差。
[0006]三、变压器发生绝缘故障时，变压器本体中会有局部放电现象的产生，因此对变压器是否具有局部放电现象的产生进行监测，可以判断变压器内部的绝缘情况，目前监测变压器的局部放电的主要方法有脉冲电流法、超声波监测法、化学检测法，其中脉冲电流法是最常用的一种方法，但由于其受电磁干扰严重，在现场提取有效的电脉冲信号困难，该方法的可靠性较低，因此无法进行在线监测；超声波监测法由于易受到现场噪声等声音干扰，其系统的有效性与可靠性较低，不能满足在线监测要求；化学检测法不是实时监测方法，其只能描述近期内变压器内部的情况，且其导致油中溶解气体的原因较多，也不能排除该方法对变压器内部运行状态的误判。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，该在线监测系统能够实时监测变压器在多点接地、温度以及局部放电的情况，为保证变压器的良好运转提供实时准确的数据。
[0008]实现本实用新型目的采用的技术方案是:一种非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，包括:
[0009]下位机系统，包括A/D转换模块，以及分别连接所述A/D转换模块输入端的第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路，所述第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路分别连接穿心式电流互感器、光纤光栅传感器和超高频局放传感器；所述A/D转换模块输出端连接有信号处理模块；以及
[0010]上位机系统，与所述信号处理模块连接。
[0011]在上述技术方案中，所述信号处理模块包括:
[0012]DSP芯片,用于处理第一信号调理电路输出的信号；
[0013]ARM芯片，用于处理第二信号调理电路输出的信号；以及
[0014]后台机系统,用于处理第三信号调理电路输出的信号。
[0015]进一步地，所述第一信号调理电路包括依次电信号连接的第一放大电路、滤波电路和隔尚电路。
[0016]进一步地，所述第二信号调理电路包括第二放大电路，所述第二放大电路的输入端分别连接由边缘滤波器与第一光电探测器连接而成的光电转换电路，以及第二光电探测器；所述第二放大电路的输出端依次电信号连接减法电路和有源二阶滤波电路。
[0017]进一步地，所述第三信号调理电路包括依次电信号连接的带通滤波器、前置放大器、混频器、频率综合器、低通滤波器和后置放大器，所述带通滤波器与所述超高频局放传感器连接。
[0018]更进一步地，所述混频器还连接有频率综合器，所述频率综合器与所述后台机系统连接，所述后台机系统控制频率综合器产生所需的本振信号。
[0019]在上述技术方案中，所述上位机系统包括:控制计算机，以及分别与所述控制计算机连接的LED显示器和报警模块。
[0020]本实用新型下位机系统采用穿心式电流互感器可以获取准确的电流信号以便正确反映铁芯接地电流的变化情况；采用光纤光栅传感器实时测量绕组温度；采用超高频局放传感器在超高频范围内提取局部放电产生的电磁波信号，以实现对变压器局部放电的检测。
[0021]下位机系统再分别对上述穿心式电流互感器、光纤光栅传感器和超高频局放传感器检测的信号进行处理后传输至上位机系统，上位机系统分析下位机传输来的数据，并在LED屏上显示，如果超过安全范围则启动报警系统。
[0022]本实用新型具有以下优点:
[0023]( I)所用穿心式电流互感器具有精度高的优点，且与变压器没有电气连接，对变压器的运行不会产生任何影响。
[0024](2)所用光纤光栅传感器能够粘贴在变压器绕组上测量绕组温度，与传统的方法相比可以保证测得温度为实际的绕组温度。此外，光纤光栅传感器输出为光信号，抗电磁干扰能力强，绝缘性能高，灵敏度和测量精度都有所提高。
[0025](3)由于变压器油箱中油放电上升沿很陡，脉冲宽度多为纳米级，所用超高频局放传感器能激励起IGHz以上的超高频信号。因此，在超高频范围内提取局部放电产生的电磁波信号，外界干扰几乎不存在，抗干扰能力强，有力的提高了局部放电在线监测的可靠性和灵敏度。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统的结构框图；
[0027]图2为图1中第一信号调理电路的结构框图；[0028]图3为图1中第二信号调理电路的结构框图；
[0029]图4为图1中第三信号调理电路的结构框图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0031]如图1所示，本实用新型非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统包括上位机系统和下位机系统。
[0032]其中，上位机系统包括控制计算机、LED显示器和报警模块。
[0033]下位机系统包括A/D转换模块，A/D转换模块的输入端连接有信号调理电路，信号调理电路包括第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路，第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路分别与穿心式电流互感器、光纤光栅传感器和超高频局放传感器连接；A/D转换模块的输出端连接有信号处理模块，信号处理模块包括DSP芯片、ARM芯片和后台机系统。信号处理模块与上位机系统连接。信号调理电路、A/D转换模块和信号处理模块连接有电源和时钟模块。
[0034]本实施例中，下位机系统和信号处理模块通过RS485报文协议进行数据传输，传输协议中加入校验，以保证数据的可靠传输。
[0035]本实施例所用第一信号调理电路的结构如图2所示，该第一信号调理电路包括依次电信号连接的第一放大电路、滤波电路和隔离电路。
[0036]穿心式电流互感器通过套装在变压器铁芯接地线上来获取铁芯接地电流信号，因此能够获取真实的电流信号以此反映铁芯接地电流的变化情况。穿心式电流互感器与放大电路连接，将获取铁芯接地电流信号输入放大电路，第一放大电路将微弱的电信号放大后通过滤波电路，滤波电路滤除杂波后输入隔离电路，隔离电路用于将铁芯接地电流信号与电路处理后的信号进行隔离。
[0037]隔离电路输出的模拟电信号通过A/D转换模块后，转换为数字信号，转换得到的数字信号进入DSP芯片进行数据处理，数据处理是基于将时域信号变换至频域信号的FFT(快速傅立叶变换)算法，FFT算法是由傅里叶级数得来，表征了各个采样点是由不同频率成分的波形组成的，其公式表示为:
[0038]
【权利要求】
1.一种非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，其特征在于，包括: 下位机系统，包括A/D转换模块，以及分别连接所述A/D转换模块输入端的第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路，所述第一信号调理电路、第二信号调理电路和第三信号调理电路分别连接穿心式电流互感器、光纤光栅传感器和超高频局放传感器；所述A/D转换模块输出端连接有信号处理模块；以及 上位机系统，与所述信号处理模块连接。
2.根据权利要求1所述非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，其特征在于，所述信号处理模块包括: DSP芯片,用于处理第一信号调理电路输出的信号； ARM芯片,用于处理第二信号调理电路输出的信号；以及 后台机系统，用于处理第三信号调理电路输出的信号。
3.根据权利要求1或2所述非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，其特征在于:所述第一信号调理电路包括依次电信号连接的第一放大电路、滤波电路和隔离电路。
4.根据权利要求1或2所述非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，其特征在于:所述第二信号调理电路包括第二放大电路，所述第二放大电路的输入端分别连接由边缘滤波器与第一光电探测器连接而成的光电转换电路，以及第二光电探测器；所述第二放大电路的输出端依次电信号连接减法电路和有源二阶滤波电路。
5.根据权利要求2所述非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，其特征在于:所述第三信号调理电路包括依次电信号连接的带通滤波器、前置放大器、混频器、频率综合器、低通滤波器和后置放大器，所述带通滤波器与所述超高频局放传感器连接。
6.根据权利要求5所述非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，其特征在于:所述混频器还连接有频率综合器，所述频率综合器与所述后台机系统连接，所述后台机系统控制频率综合器产生所需的本振信号。
7.根据权利要求1所述非晶合金立体卷铁芯变压器的在线监测系统，其特征在于，所述上位机系统包括:控制计算机，以及分别与所述控制计算机连接的LED显示器和报警模块。
【文档编号】G01K11/32GK203551678SQ201320520068
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】王珊珊, 梁嗣元, 肖黎, 杜振波 申请人:国家电网公司, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司