专利名称：一种变压器绕组振动的在线监测及故障诊断方法
技术领域：
本发明涉及一种电力变压器运行状态的监测及故障诊断方法，主要是通过在线监测变压器的振动，再做必要诊断的方法。
背景技术：
变压器电力系统中非常重要的设备，它的可靠运行对于电力系统的稳定运行至关重要。随着负载容量的大量增加，变压器出口短路形成的冲击力对绕组造成很大危害，会导致绕组变形，虽然，绕组受到冲击后还能运行一段时间，可是由于绕组的形变有累积效应， 当达到一定程度时会导致绕组绝缘损坏，破坏绕组的机械稳定性，给变压器的运行造成潜在隐患。电流经过变压器绕组后，会在绕组所在的空间及其所包络的空间的介质中建立起漏磁场；处于这个磁场中的绕组本身又受到力的作用，这个力称为“洛伦兹力，，或者称为电动力。电动力在变压器绕组材料中产生机械应力。变压器绕组是以绕组垫块隔开的铜线段所构成的，因为绝缘垫块的弹性与压紧程度有关，即与作用力有关。电动力本身也不是恒定不变的，而是按照规律变化的。绕组具有几个固有振荡频率，如果电动力的一个频率与固有振荡频率相重合，便产生共振。近年来，统计表明变压器的绕组故障是经常出现的问题。因此，对变压器绕组的检测是非常必要的。目前，已有的检测变压器绕组振动的方法有阻抗法和频响法。阻抗法的实质是通过测量变压器绕组短路阻抗来表征漏抗的变化，可以得到绕组匝间开路和短路，绕组的变形、移位等缺陷。阻抗法能够检测出严重的绕组变形，但是灵敏度很低。频响法比阻抗法的灵敏度要高很多，但是这些方法都是在离线状态下检测的。
发明内容
本发明提出了一种用于电压器绕组振动在线检测及故障诊断的方法，可以实时、 长期的对变压器的运行情况进行监测，提供预警，同时对绕组的故障进行分析判断。这样保证变压器能稳定安全的工作。本发明利用检测振动来判断变压器绕组的运行状态，选用以下设备压电式加速度传感器，用来检测变压器外壳的振动，以此来分析诊断变压器绕组的工作状态或机械故障。电荷放大器，和上述的加速度传感器之间以电缆相连接，用于对加速度传感器的测得信号做放大、滤波，输出电压信号。采集模块，和上述的电荷放大器相连接，用于信号的采集、模/数转换、报警、数据传输、处理和保存。分析诊断终端，和所述的信号采集模块之间通过以太网和SCI串行通讯接口相连接，实现双向实时通讯，对信号采集得到的数据做波形、频谱分析，以此对变压器绕组的工作状态做分析和诊断。
本发明所采用的技术方案是在线监测变压器绕组的振动，其特征是通过安装在变压器上的多个监测传感器同时进行采样；把采样信号送给信号处理电路，在信号处理电路中完成对信号的滤波、放大、转换；然后，转换的信号在采集模块中实现模/数转换，数据传输，处理并保存；当采集到的信号打包送到后台分析诊断端口，分析诊断终端利用分析软件对送来的信息进行分析，建立监测参数数据库和特征数据库，来分析诊断变压器绕组的工作状态或者故障类型和严重的程度。所述的监测传感器是压电式加速度传感器，压电式加速度传感器是基于“压电效应”工作原理；所谓“压电效应”就是“对于不存在对称中心的异极晶体，加在晶体上的外力除了使晶体发生形变，还改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象，压电加速度传感器的内部由于加速度作用而产生形变，然后产生电压”，即将加速度转变成电压输出；所述的变压器表面的振动是变压器表面振动加速度。所述的信号处理电路是电荷放大器，电荷放大器的电荷变换极把电荷变换成与它之正比的电压。所述的采集模块是TMS320F2812自带的12位ADC进行数据采集。所述的分析诊断终端，通过SCI串联通讯接口对采样电路的频率、电荷放大器的灵敏度等参量进行设置；通过以太网从采集电路模块获得数据，并进行显示、分析；所述的分析主要是对波形进行分解和特征值的提取，如最大值、最小值、平均值和对应的频谱，然后，用计算得到的变压器振动峰峰值和预先设定的变压器峰峰报警阀值进行比较，如果大于报警阀值，则发出报警信号，保存报警时数据和报警前后10次采样的静态数据，通过对报警时刻的波形和频谱分析得到的特征值进行比对，诊断变压器出现故障的种类和原因。所述的监测参数数据库可对所述的处理电路和采集模块的监测参量、采集方式等进行设置。所述的特征数据库，用于保存实时监测的变压器油箱表面振动的峰峰报警阀值和特定变压器的特定参数。
图1本发明的结构组成示意图；图2本发明的故障分析和诊断流程示意图。
具体实施例方式参照图1，本发明的结构组成包括检测传感器、信号处理电路、采集模块和分析诊断终端；监测传感器是压电式振动传感器，选用6个压电式传感器，通过磁力座贴在变压器的不同位置，检测变压器的振动状态，所述的检测变量是变压器表面的振动加速度。 通过电缆把加速度传感器的检测量传给电荷放大器，电荷放大器把压电传感器输出的电压信号做放大、滤波处理，得到另一组电压信号；所述的电荷放大器，需要用USB和控制计算机相连，通过计算机对灵敏度和滤波常数进行调整。 采集模块采集电压信号，利用TMS320F2812的12位ADC模块；在设定的时间内(一般为1到3天，根据当地负荷变化情况确定)，根据设定的采样间隔、采样频率(采样间隔不小于3分钟即可；采样频率一般为2. 5KHz-5KHz ；由于变压器振动频率一般在50-1000HZ内，根据采样定理，采样频率至少要达到该采样频率的2倍以上约为2. 5KHz,由于采样设备频率限制，最高可达到6KHz)；根据采样数据确定信号变化最大的振动传感器的位置作为振动信号的监测点；采集模块和分析诊断终端之间采用实时双向通信模块，通过以太网和 SCI串行通讯接口联接。即采用以太网进行远程网络通讯，采用SCI串行通讯接口用于现场通讯，包括采样频率设置等；AD模块对监测参量实现信号采集，采集方式采用同步采样；计算机控制AD以20秒为间隔进行连续采集。 参照图1、图2，在分析诊断终端中建立监测参数数据库和和特征数据库；在监测传感器、信号处理、采集模块各环节，记录同步波形数据的静态数据，包含变压器表面振动的峰峰值、有效值、1 6次谐波值；监测参量的静态数据以20分钟和2小时为间隔，记录最大值、最小值和平均值；在分析诊断终端，用计算得到的变压器表面振动的峰峰值和设定的变压器振动信号的峰峰报警阀值进行比较，如果超过报警阀值，发出报警信号，保存报警时刻的波形信号和报警前后10次采样得到的静态数据，分析诊断终端带有特征数据库，用分解的到的波形和频谱与特征数据库的波谱进行比对，判断变压器的工作状态或故障种类和严重程度。
权利要求
1.一种变压器绕组振动的在线监测及故障诊断方法，其特征在于所采用的技术方案包括以下内容通过监测传感器对变压器检测，经过信号处理电路、采集模块，最后把采集信号送分析诊断终端处理，以此作为变压器运行状态或故障的判断依据(1)通过安装在变压器上的监测传感器对变压器表面的振动同步进行采样；(2)把采样信号送信号处理电路，在信号处理电路中完成对信号的滤波、放大、转换，输出另一组电压信号；(3)转换的电压信号经采集模块，在采集模块中实现模/数转换，数据传输，处理并保存；(4)把采集到的信号打包送到后台分析诊断端口，分析诊断终端对这些信息进行分析， 诊断变压器绕组的工作状态或者故障类型和严重的程度。
2.根据权利1要求所述的变压器绕组振动在线监测方法，其特征在于在步骤(1)中， 所述的监测传感器是压电式加速度传感器，所述的变压器表面的振动是变压器表面振动加速度。
3.根据权利1要求所述的变压器绕组振动在线监测方法，其特征在于，在步骤( 中所述的信号处理电路是电荷放大器，电荷放大器的电荷变换极把电荷变换成与之成正比的电压。
4.根据权利2要求所述的变压器绕组振动在线监测的方法，其特征在于，所述的压电式加速度传感器是基于“压电效应”原理工作的。
5.根据权利1要求所述的变压器的绕组振动在线监测方法，其特征在于，在步骤(3)中所述的采集模块是TMS320F2812自带的12位ADC数据采集模块。
6.根据权利1要求所述的变压器振动在线监测及诊断方法，在步骤中所述的分析诊断终端，通过SCI串联通讯接口对采样电路的频率、电荷放大器的灵敏度等参量进行设置，通过以太网从采集电路模块获得数据，并进行显示、分析；所述的分析主要是对波形进行分解和特征值的提取，如最大值、最小值、平均值和相应的频谱；所述的监测参数数据库作为对所述的处理电路和采集模块的监测参量、采集方式等进行设置的依据；所述的特征数据库，用于保存实时监测的变压器油箱表面振动的峰峰报警阀值和变压器的特定参数。
7.根据权利5所述的变压器绕组振动在线监测的方法，其特征在于，所述的采集模块每20秒采集一次；采集的数据在故障诊断端的计算机上实时显示，对经计算机处理后的静态数据进行以20分钟为间隔的当前M小时的最大值、最小值和平均值趋势数据作分析，用计算得到的变压器振动峰峰值和预先设定的变压器峰峰报警阀值进行比较，如果大于报警阀值，则发出报警信号，保存报警时数据和报警前后10次采样的静态数据，通过对报警时刻的波形和频谱分析得到的特征值进行比对，诊断变压器出现故障的种类和原因。
全文摘要
本发明公开了一种变压器绕组振动在线监测及故障诊断的方法，该方法包括振动监测单元、信号处理单元、采集模块单元和分析诊断单元。其中振动监测单元采用加速度传感器来采集变压器的振动数据；信号处理单元采用电荷放大器，对采样数据进行放大、滤波等处理；采集单元采用TMS320F2812的ADC采集模块；采集模块和分析诊断端口之间通过以太网和SCI串行通讯接口来实时双向通讯；在分析诊断模块中，用变压器振动峰峰值与报警阀值比较，判断是否发生报警，发生报警时，用静态数据的波谱和特征波形、频谱进行比对，确定变压器发生故障并提供预警，保证变压器的安全稳定运行。
文档编号G01R31/06GK102331547SQ20111019314
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者刘国海, 叶小松, 吴振飞, 廖志凌, 梅从立, 邢鸣 申请人:江苏镇安电力设备有限公司