专利名称：电力变压器铁芯松动故障诊断装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种输变电设备状态在线监测技术，尤其涉及一种电力变压器铁芯松动的故障诊断装置，属于智能变电站技术领域。
背景技术：
引起变压器器身的振动原因主要有变压器本体的振动及冷却系统装置的振动。冷却装置引起的基本振动频率较低，与变压器本体振动有明显不同；本体振动包括铁芯和绕组的振动。变压器通电运行后，绕组中流过电流，在铁芯和绕组中产生电磁场；铁芯硅钢片材料在磁场作用下发生磁致伸缩，即原子的尺寸发生微小形变，引起铁芯振动。图I中的实线描述了磁致伸缩形变与铁芯中磁通密度的关系。为了简化将其用二次曲线代替，即图中虚线。可以看出，磁致伸缩形变量与磁通密度大小的平方成线性关系。已知负载电压和磁 通密度之间的关系为
f _ Φ _
A 2ηβ Α式中Φ j分别为主磁通和磁通密度;A为铁芯的横截面积#为负载电压的有效值;/为负载电压的频率为原边绕组的匝数。结合图I可以得到磁致伸缩引起的铁芯振动大小与负载电压平方存在正比关系，由于电压的2倍频为100 Hz，故磁致伸缩力的基频为100 Hz。铁芯由硅钢片叠加而成，每片硅钢片表层均有绝缘涂层，因此存在片间缝隙，产生漏磁，引起铁芯和箱体的振动。但是这种振动比磁致伸缩引起的振动小，可以忽略，认为铁芯的振动主要取决于硅钢片的磁致伸缩，因此铁芯振动频率基频为100Hz。由于磁致伸缩的非线性及铁芯内外框磁路长短不同，铁芯振动除基频外，还应包含基频整数倍的高次谐波。绕组的振动是在漏感的影响下，绕组中的电流相互作用产生电动力引起的，电动力正比于电流的平方。空载时绕组电流为零，绕组对铁芯振动基本无影响，变压器的振动主要取决于铁芯。根据以上分析，空载时的油箱振动主要与铁芯磁致伸缩有关，即与电压有关；由变压器产生的振动通过变压器油和固体结构传递到油箱表面，受各种因素影响，振动信号在传递过程中发生衰减、相移等变化，到达油箱表面是十分复杂的信号。铁芯松动后，硅钢片接缝处和叠片之间的漏磁变大，导致电磁吸引力变大，铁芯振动变大。变压器的振动信号属于非平稳信号。信号处理的方法包括傅立叶变换、小波变换、希尔伯特黄变换。傅立叶变换是最经典的信号处理方法。它适用于平稳信号，可实现信号的时域频域的转换，在工程中的应用十分广泛。小波降噪原理如图2。通过对信号的分解和重构可滤去高频信号，重组低频信号，达到滤波的效果。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对当前技术中变压器铁芯松动故障诊断技术存在的缺陷，提出一种实现容易、诊断准确的电力变压器铁芯松动故障诊断装置。本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置，其特征在于包括至少三个振动传感器、转换接口、数据采集仪和单片机模块，其中，所述振动传感器采集电力变压器的振动信号，然后将该振动信号通过所述转换接口传送至数据采集仪，并且在所有振动传感器中，有三个振动传感器分别设置在电力变压器油箱顶面与电力变压器三相绕组对应的三个位置；所述数据采集仪的输出端通过通信接口连接单片机模块，所述单片机模块根据数据采集仪输出的振动信号数据进行分析处理，最终得出诊断结果。 作为本实用新型的一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置的进一步优化，所述振动传感器采用CA-YD-103振动加速度传感器。作为本实用新型的一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置的进一步优化，所述转换接口采用BNC电气转换接口。作为本实用新型的一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置的进一步优化，所述数据采集仪采用的型号为NicOlet7700。本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果本实用新型利用安装在变压器顶面的3个振动传感器测量振动信号，对信号进行傅立叶分析，得到绕组匝间短路的故障特征量，在单片机模块中将采集的振动信号与故障特征量进行对比，如果上升，则说明发生铁芯松动故障。本实用新型易于实现，并可初步定位电力变压器铁芯松动故障。
图I是本实用新型中铁芯磁致伸缩形变随磁通密度变化示意图；图2是本实用新型所应用的小波降噪的原理图；图3是本实用新型的结构框图；图4本实用新型的装置中振动传感器的安装位置示意图；图5是本实用新型单片机模块的工作流程图；图6 (a)是本实用新型实施例采集到的振动原始信号示意图；图6 (b)是本实用新型实施例降噪后的振动信号示意图；图7 (a)是本实用新型实施例故障点处在故障前的频谱示意图；图7 (b)是本实用新型实施例故障点处在故障后的频谱示意图；图8 Ca)是本实用新型实施例非故障点之一处在故障前的频谱示意图；图8 (b)是本实用新型实施例非故障点之一处在故障后的频谱示意图；图9 (a)是本实用新型实施例非故障点之二处在故障前的频谱示意图；图9 (b)是本实用新型实施例非故障点之二处在故障后的频谱示意图。
具体实施方式
[0031]
以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明首先如图3所示，本实用新型提供一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置，包括振动传感器、转换接口、数据采集仪和单片机模块。其中，振动传感器的输入端借助磁铁牢固地吸附在变压器油箱顶面与三相绕组对应的三个位置，配合图4所示，图中的A、B、C分别表示变压器高压侧三相，a、b、c分别表示变压器低压侧三相，O表示变压器的零线，1、2、3分别表示安装在变压器顶部的3个振动传感器测量位置。振动传感器的输出端则通过转换接口连接数据采集仪的输入端，数据采集仪的输出端通过网线接口连接单片机模块。配合图5所示，是本实用新型单片机模块工作时的方法流程图，包括如下步骤第一，在变压器稳定运行时，根据一定的采样频率和采样时间对变压器的振动信息进行采样，同一情况下进行不少于3次采样；第二，在采样数据中，根据采样时间、采样频率、采样点数，整周期截取变压器振动信号; 第三，对数据采集仪输出的振动信号进行小波降噪处理，然后对处理后的振动信号进行傅立叶变换，得到振动信号的频谱数据；第四，将振动信号的频谱数据中位于300Hz的频谱分量幅值与预先存储的第一故障阈值比较，当振动传感器在同一情况下进行不少于3次振动信号采样，而至少有2次振动信号的频谱数据位于300Hz处的频谱分量幅值大于第一故障阈值时，再计算振动信号的频谱数据分别位于50Hz、150Hz处的频谱分量幅值之和，将其与预先存储的第二故障阈值对t匕，当3次振动信号中至少有2次位于50Hz、150Hz处的频谱分量幅值之和大于第二故障阈值时，判断采集该振动信号的振动传感器位置附近的铁芯发生松动故障，将该诊断结果输出。其中第一故障阈值、第二故障阈值在电力变压器空载时获得，具体获得步骤如下步骤(1)，根据预定的采样频率和采样时间，采用三个振动传感器分别对电力变压器的振动信息进行采样，同一情况下进行不少于3次采样；所述三个振动传感器分别设置在电力变压器油箱顶面与电力变压器三相绕组对应的三个位置；步骤(2)，在每个振动传感器的采样数据中，根据采样频率、采样时间或采样点数，整周期截取变压器振动信号；步骤(3)，对步骤(2)截取的振动信号进行小波降噪处理，再进行傅立叶频谱分析，得到振动信号分别位于50Hz、150Hz、300Hz处的频谱分量幅值；步骤(4)，将振动信号位于300Hz处的频谱分量幅值乘以一定倍数作为第一故障阈值CR1 ;计算振动信号分别位于50Hz、150Hz处的频谱分量幅值之和，以此乘以一定倍数作为第二故障阈值CR2。所述一定倍数一般的范围是I. 2至2. 5倍。
实施例对一台电力变压器进行铁芯松动故障设置，验证本实用新型的正确性，并按照上述步骤进行实验。该变压器由江苏宏源电气有限责任公司生产，其参数如表I。表I
权利要求1.一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置，其特征在于包括至少三个振动传感器、转换接口、数据采集仪和单片机模块，其中，所述振动传感器采集电力变压器的振动信号，然后将该振动信号通过所述转换接口传送至数据采集仪，并且在所有振动传感器中，有三个振动传感器分别设置在电力变压器油箱顶面与电力变压器三相绕组对应的三个位置；所述数据采集仪的输出端通过通信接口连接单片机模块，所述单片机模块根据数据采集仪输出的振动信号数据进行分析处理，最终得出诊断结果。
2.如权利要求I所述的一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置，其特征在于所述振动传感器采用CA-YD-103振动加速度传感器。
3.如权利要求I所述的一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置，其特征在于所述转换接口采用BNC电气转换接口。
4.如权利要求I所述的一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置，其特征在于所述数据采集仪采用的型号为NicOlet7700。
专利摘要本实用新型公开了一种电力变压器铁芯松动故障诊断装置，包括至少三个振动传感器、转换接口、数据采集仪和单片机模块，其中，所述振动传感器采集电力变压器的振动信号，然后将该振动信号通过所述转换接口传送至数据采集仪，并且在所有振动传感器中，有三个振动传感器分别设置在电力变压器油箱顶面与电力变压器三相绕组对应的三个位置；所述数据采集仪的输出端通过通信接口连接单片机模块，所述单片机模块根据数据采集仪输出的振动信号数据进行分析处理，最终得出诊断结果。本实用新型易于实现，并可初步定位电力变压器铁芯松动故障。
文档编号G01H17/00GK202734953SQ20122027759
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, 李凯, 吴益明, 高鹏, 刘洪涛, 张赢, 王惠庆 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