用于求解变压器绕组材质电阻温度系数的信号采集装置的制作方法

本发明属于电力设备的校验检测装置技术领域，特别是涉及一种用于求解变压器绕组材质电阻温度系数的信号采集装置。

背景技术：

在现代电气测量技术中，需要应用大量的数字或者模拟电路对待采信号进行采集，这些技术被系统化称为数模混合采集技术。在现代信号采集系统里，经常用到数字电路与模拟电路相结合的采样电路，这样的电路具有一个普遍的特点，即至少都有一个模拟信号输入，一个控制信号输入和一个模拟信号输出。该电路的作用是在某个规定的时刻接收输入电压，并在输出端保持该电压直至下次采样开始为止。采样电路通常由一个模拟开关、一个保持电容和一个单位增益为1的同相电路构成。采样工作在采样状态和保持状态的两种状态之一。在采样状态下，开关接通，它尽可能快地跟踪模拟输入信号的电平变化，直到保持信号的到来；在保持状态下，开关断开，跟踪过程停止，它一直保持在开关断开前输入信号的瞬时值。这样的采样电路可以精准地采集到所需要的各项信号，并即时传达给预设的记录模块，由此完成对变压器绕组的即时辨识。

同时，无损检测技术是建立在现代信号采集技术基础上的一门综合性、应用性技术。它以不破坏被测对象内部结构和保证实用性能为前提，应用物理和化学的方法，对被测对象内部或表面的物理性能、状态特性进行检测，从而判断被测对象是否合格，进而评价其适用性、可靠性等其他特性。当前已发展了几十上百种无损检测方法，其中以材料电磁性能变化为判断依据，来对材料及构件实施缺陷检测和性能测试的一类方法统称为电磁检测技术。它以电磁基本原理为理论基础，主要包括涡流法、磁粉法、漏磁法、微波法、电流扰动法、巴克豪森噪声法、磁记忆法、太赫兹法、电磁超声法和涡流热成像法等。航空、航天、铁路、核电、新材料等领域的快速发展为无损检测既提供了很好的机遇，同时也提出了极大的挑战。放眼国内外，瞬态式电磁检测技术是最具发展前景的一类无损检测技术，具有检测速度快、深度大、灵敏度高、频谱宽、易定量等优势，在金属和复合材料的检测评估中扮演着非常重要的角色。脉冲涡流检测技术属于瞬态式电磁检测技术中的一种，其核心为涡流脉冲热成像检测技术，用于变压器绕组材质的无损检测主要用到该技术的以下特点：

1)通过对比材料属性脉冲涡流时域和频域响应信号的影响，可体现出不同材料磁导率和电导率的特征值，既可以区分不同材料的构成，又解决了多种材料和结构中典型缺陷的检测评估问题。该技术从时域响应中提取可表征材料电导率和磁导率(磁场强度)的特征值，使用可表征材料电导率的特征值对金属材料的应力变化、复合材料中的分层缺陷和金属结构中的腐蚀缺陷进行了检测和评估。

2)通过分析方向性脉冲涡流传感器的时频域响应，得到可表征纵深位置信息的特征值，抑制了提离和层间隙的负面影响，解决了多层结构中缺陷的分类识别问题。利用方向性脉冲涡流传感器，可分析多层结构中提离和层间隙对该类型特征值用于缺陷分类的影响。

另外一种技术为红外热波无损检测技术，它的优点有：非接触、检测速度快、受曲率影响小，适用于大部分材料，成为一项非常有发展前景的无损检测新技术。但由于前期缺乏国产设备，而进口设备昂贵，加上缺少应用标准，红外热波技术的推广应用受到了一定的限制，用户基本都在航空、航天等高端领域。

除以上根据电磁检测及红外检测方法以外，直接利用电气量测量方法确定变压器内部构造与故障诊断也是可行的。回复电压法(Recovery Voltage Measurement,RVM)是一种新近提出的、能够在不破坏变压器固体绝缘的前提下对变压器进行状态检测的无损式检测手段。其主要优点是不需对绝缘油或绝缘纸进行采样,即可利用绝缘材料在直流电压下的极化特性,测量得到回复电压曲线和参数,并通过测得的曲线和参数对绝缘纸的受潮和老化的总体状态做出诊断,可以方便地应用于现场测试。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于求解变压器绕组材质电阻温度系数的信号采集装置。

为了达到上述目的，本发明提供的用于求解变压器绕组材质电阻温度系数的信号采集装置包括：电压信号检测电路、电流信号检测电路、温度检测电路、AD转换电路和微控制器，其中：电压信号检测电路的输入端与电压传感器相连接、输出端与AD转换电路的第一模拟输入端连接，电流信号检测电路的输入端与电流传感器相连接、输出端与AD转换电路的第二模拟输入端连接；温度检测电路的输出端与AD转换电路的第三输模拟入端连接，AD转换电路的数字输出端与微控制器连接。

所述的电压传感器为并联安装在变压器绕组两端的电压互感器，用于检测变压器绕组的相电压信号。

所述的电流传感器为串联在变压器绕组回路上的电流互感器，用于检测变压器绕组的电流信号。

所述的AD转换电路为具有至少三路模拟输入端的模数转换电路，型号为AD7656。

所述的微控制器的型号为MB91F467DA。

所述的电压信号检测电路和电流信号检测电路为模拟信号输入电路，其包括：第一电阻R33、第二电阻R34、第三电阻R35、第四电阻R14、第一电容C29、第二电容C30、第三电容C108、第四电容C109、第五电容C55和第一运放D7；

其中：第一电阻R33的一端与输入信号端Id连接、另一端与第一地线端连接，第二电阻R34的一端与输入信号端Id连接、另一端通过第三电阻R35与第一运放D7的同相输入端连接，第四电阻R14的一端与第一运放D7的输出端连接、另一端与本电路的输出端I1连接，第一电容C29一端与第二电阻R34和第三电阻R35的连接点相连接、另一端与第一地线端连接，第二电容C30的一端与第一运放D7的同相输入端连接、另一端与第一地线端连接、第三电容C108的一端与第一运放D7的正电源端连接、另一端与第一地线端连接，第四电容C109的一端与第一运放D7的负电源端连接、另一端与第一地线端连接，第五电容C55的一端与本电路的输出端I1连接、另一端与第一地线端连接，第一运放D7的正电源端与电源+12V连接，第一运放D7的负电源端与电源-12V连接。

所述的温度检测电路包括：第五电阻R41、第六电阻R42、第七电阻R43、第八电阻R44、第九电阻R45、第十电阻R46、第十一电阻R47、第十二电阻R48、第一电位器VR41、第二电位器VR42、第六电容C41、第七电容C42、第八电容C43、第九电容C44、稳压二极管D41、三端稳压器U46、第二运放D8和热敏电阻RT；

其中：第五电阻R41的一端与三端稳压器U46的K端连接、另一端与热敏电阻RT的2端连接，第六电阻R42的一端与第二电位器VR42的滑动端连接、另一端与三端稳压器U46的K端连接，第七电阻R43的一端与热敏电阻RT的2端连接、另一端与第二运放D8的同相输入端连接，第八电阻R44的一端与第二电位器VR42的滑动端连接、另一端与第二运放D8的反相输入端连接，第九电阻R45的一端与第二运放D8的同相输入端连接、另一端通过第六电容C41与+12V电源连接，第十电阻R46的一端与第二运放D8的反相输入端连接、另一端与第二运放D8的输出端连接，第十一电阻R47的一端与第二运放D8的输出端连接、另一端与本检测电路的输出端W1连接，第十二电阻R48的一端与三端稳压器U46的K端连接、另一端与+12V电源连接，第一电位器VR41的两个固定端分别与三端稳压器U46的K端以及第二地线端相连接、第一电位器VR41的滑动端与三端稳压器U46的R端连接，第二电位器VR42的一个固定端与热敏电阻RT的1端连接、另一个固定端与自身的滑动端相连接，第八电容C43的一端与第二运放D8的反相输入端连接、另一端与第二地线端连接，第七电容C42的一端与本检测电路的输出端W1连接、另一端与第二地线端连接，第九电容C44的一端与第二运放D8的同相输入端连接、另一端与第二地线端连接，稳压二极管D41的阴极与本检测电路的输出端W1连接、阳极与第二地线端连接，三端稳压器U46的A端与第二地线端连接，第二运放D8的正电源端与+12V电源连接、负电源端与第二地线端连接，热敏电阻RT的1端与第二地线端连接。

所述的温度检测电路上的热敏电阻RT为安装在变压器绕组上的感温器件，用于检测变压器绕组的温度信息，型号为pt100。

本发明提供的用于求解变压器绕组材质电阻温度系数的信号采集装置的有益效果：能够对变压器绕组材质进行无损检测，这样可以方便运维人员在变压器检测中对采用劣质材料的变压器进行排查，为配电网变压器的入网检测提供重要技术支持，同时也为建立配电网变压器的准入机制提供了相应判据，也为正在运行中的变压器早发现事故隐患，保证电网的安全可靠运行提供重要参考，具有重大的意义和经济效益。

附图说明

图1为本发明提供的用于求解变压器绕组材质电阻温度系数的信号采集装置组成框图；

图2为本信号采集装置中电压和电流信号检测电路原理图；

图3为本信号采集装置中温度检测电路原理图。

具体实施方式

变压器绕组电阻及传热特性遵循一定物理规律，例如当温度改变1度时，绕组电阻会随温度相应变化，单位为ppm/℃(即10-6/℃)，这一变化趋势可用电阻温度系数进行描述，而不同的导电材料在不同温度下所呈现的导电特性不同，但与导体的形状等特性无关，导体自身电导率与其温度有着十分密切的关系，通过对导体在不同温度的电阻进行测量，从而测定出它的电阻温度系数，这就是电阻温度系数测试法所依据的基本原理。如表1所示，利用电阻温度系数，对典型导电材料电阻进行测量，依据电路欧姆定律即可得出相应材料特性，同理，导热系数也可以采用类似方法求出。对上述物理过程相应的信号做好采集，并分析其变化规律就能进一步得到相应绕组的参数，进而实现对变压器绕组的无损检测。

表1不同材质的常温电阻及温度系数

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的用于求解变压器绕组材质电阻温度系数的信号采集装置进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的用于求解变压器绕组材质电阻温度系数的信号采集装置包括：

电压信号检测电路1、电流信号检测电路2、温度检测电路3、AD转换电路4和微控制器5，其中：电压信号检测电路1的输入端与电压传感器相连接、输出端与AD转换电路4的第一模拟输入端连接，电流信号检测电路2的输入端与电流传感器相连接、输出端与AD转换电路4的第二模拟输入端连接；温度检测电路3的输出端与AD转换电路4的第三输模拟入端连接，AD转换电路4的数字输出端与微控制器5连接。

所述的电压传感器为并联安装在变压器绕组两端的电压互感器，用于检测变压器绕组的相电压信号。

所述的电流传感器为串联在变压器绕组回路上的电流互感器，用于检测变压器绕组的电流信号。

所述的AD转换电路4为具有至少三路模拟输入端的模数转换电路，型号为AD7656。

所述的微控制器5的型号为MB91F467DA。

如图2所示，所述的电压信号检测电路1和电流信号检测电路2为模拟信号输入电路，其包括：第一电阻R33、第二电阻R34、第三电阻R35、第四电阻R14、第一电容C29、第二电容C30、第三电容C108、第四电容C109、第五电容C55和第一运放D7；

其中：第一电阻R33的一端与输入信号端Id连接、另一端与第一地线端连接，第二电阻R34的一端与输入信号端Id连接、另一端通过第三电阻R35与第一运放D7的同相输入端连接，第四电阻R14的一端与第一运放D7的输出端连接、另一端与本电路的输出端I1连接，第一电容C29一端与第二电阻R34和第三电阻R35的连接点相连接、另一端与第一地线端连接，第二电容C30的一端与第一运放D7的同相输入端连接、另一端与第一地线端连接、第三电容C108的一端与第一运放D7的正电源端连接、另一端与第一地线端连接，第四电容C109的一端与第一运放D7的负电源端连接、另一端与第一地线端连接，第五电容C55的一端与本电路的输出端I1连接、另一端与第一地线端连接，第一运放D7的正电源端与电源+12V连接，第一运放D7的负电源端与电源-12V连接。

对于电压信号检测电路1，所述的输入信号端Id与电压传感器连接、输出端I1与AD转换电路4的第一模拟输入端连接；对于电流信号检测电路2，所述的输入信号端Id与电流传感器连接、输出端I1与AD转换电路4的第二模拟输入端连接。

如图3所示，所述的温度检测电路3包括：第五电阻R41、第六电阻R42、第七电阻R43、第八电阻R44、第九电阻R45、第十电阻R46、第十一电阻R47、第十二电阻R48、第一电位器VR41、第二电位器VR42、第六电容C41、第七电容C42、第八电容C43、第九电容C44、稳压二极管D41、三端稳压器U46、第二运放D8和热敏电阻RT；

其中：第五电阻R41的一端与三端稳压器U46的K端连接、另一端与热敏电阻RT的2端连接，第六电阻R42的一端与第二电位器VR42的滑动端连接、另一端与三端稳压器U46的K端连接，第七电阻R43的一端与热敏电阻RT的2端连接、另一端与第二运放D8的同相输入端连接，第八电阻R44的一端与第二电位器VR42的滑动端连接、另一端与第二运放D8的反相输入端连接，第九电阻R45的一端与第二运放D8的同相输入端连接、另一端通过第六电容C41与+12V电源连接，第十电阻R46的一端与第二运放D8的反相输入端连接、另一端与第二运放D8的输出端连接，第十一电阻R47的一端与第二运放D8的输出端连接、另一端与本检测电路的输出端W1连接，第十二电阻R48的一端与三端稳压器U46的K端连接、另一端与+12V电源连接，第一电位器VR41的两个固定端分别与三端稳压器U46的K端以及第二地线端相连接、第一电位器VR41的滑动端与三端稳压器U46的R端连接，第二电位器VR42的一个固定端与热敏电阻RT的1端连接、另一个固定端与自身的滑动端相连接，第八电容C43的一端与第二运放D8的反相输入端连接、另一端与第二地线端连接，第七电容C42的一端与本检测电路的输出端W1连接、另一端与第二地线端连接，第九电容C44的一端与第二运放D8的同相输入端连接、另一端与第二地线端连接，稳压二极管D41的阴极与本检测电路的输出端W1连接、阳极与第二地线端连接，三端稳压器U46的A端与第二地线端连接，第二运放D8的正电源端与+12V电源连接、负电源端与第二地线端连接，热敏电阻RT的1端与第二地线端连接。

所述的温度检测电路3的输出端W1与AD转换电路4的第三模拟输入端连接。

所述的温度检测电路3上的热敏电阻RT为安装在变压器绕组上的感温器件，用于检测变压器绕组的温度信息，型号为pt100。

现将本发明提供的用于求解变压器绕组材质电阻温度系数的信号采集装置工作原理阐述如下：利用电压信号检测电路1实时采集电压传感器检测的变压器绕组的相电压信号；利用电流信号检测电路2实时采集电流传感器检测的变压器绕组的电流信号；同时利用温度检测电路3实时采集热敏电阻RT检测的变压器绕组的温度信息，然后分别传送给AD转换电路4，之后由AD转换电路4将上述输入的模拟量电压、电流和温度信号转换成数字量信号并传送给微控制器5；微控制器5根据温度与电阻(电压、电流)之间的线性函数关系即可获得变压器绕组的电阻温度系数，进而用于评估变压器绕组的材质。