专利名称：一种电力变压器绕组变形综合检测仪器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气设备故障诊断技术领域，更具体的说涉及一种电力变压器绕组变形状况的综合检测仪器。
背景技术：
作为电力系统中重要的主设备，电力变压器的安全运行直接关系到电网的安全运行。当变压器遭到突发短路时，如果短路电流过大，继电保护动作的时间长，甚至拒动，则对变压器绕组的影响非常严重，甚至可能造成变压器绕组的直接损坏。对于变压器绕组发生的变形，如果不及时检修，会使变压器损坏。目前，国内外主要采用频率响应分析法和短路阻抗法来进行变压器绕组变形的测试。频率响应分析法一般需要原始的历史记录作为比对，因此在没有原始频率响应特性曲线，仅仅通过频率响应法是无法准确确定变压器绕组是否发生变形以及变形的程度，必须辅以其他诸如短路阻抗法等方法来加以测试判断，否则可能会出现严重的误判、漏判等情况出现，给电力系统的安全运行带来不可忽视的潜在隐患。传统的绕组变形测试仪是采用单一的检测原理，如单一的频率响应法或者单一的短路阻抗法，其用于变压器绕组变形检测都不够完善，容易受到电磁场干扰造成测试结果失真或无法准确判断绕组的位置和故障类型。因此，为了有效检测变压器的绕组变形情况，通常需要采购两套以上不同原理的检测设备并进行前后多次测量。这样需要投入大量的人力和物力，不利于现场开展变压器绕组变形检测诊断工作。有鉴于此，本发明人针对当前电力行业中现有电力变压器绕组变形检测仪器存在的缺点进行深入研究，遂有本案产生。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其具有便携性强、准确性高、抗干扰能力强且兼具频率响应分析法和短路阻抗法两种测量原理的特点。为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其中，包括频响测试单元，具有依次相连的可编程FPGA模块、DDS扫频信号发生模块、滤波模块、宽频放大模块、自适应信号调理模块、A/D转换模块和数字信号处理模块；所述DDS扫频信号发生模块按照可编程FPGA模块传送过来的测试命令产生所需的扫频激励信号，经过滤波模块去除干扰成分和宽频放大模块放大激励信号功率而形成满足测试要求的大功率信号，该宽频放大模块的输出端还与待测变压器相连以将放大后的激励信号施加到待测变压器的绕组上，该自适应信号调理模块的输入端还与待测变压器相连以采集响应端信号，并实现对变压器绕组激励端和响应端信号进行自动调理而消除其中混杂的干扰信号，该A/D转换模块则进行模数转换并送入数字信号处理模块进行处理；阻抗测试单元，具有可编程FPGA模块、数字信号处理模块、A/D转换模块、自适应信号调理模块、电压信号取样模块和电流信号取样模块；所述可编程FPGA模块按命令控制外加工作试验电源对变压器绕组进行加电测试，该电流信号取样模块采集外加试验电源的电流，电压信号取样模块采集待测变压器绕组产生的电压信号，该电流信号取样模块和电压信号取样模块均与自适应信号调理模块相连以将采集到的电流、电压信号通过自适应信号调理模块进行调理而消除其中混杂的干扰信号，该A/D转换模块与自适应信号调理模块相连而进行模数转换，该数字信号处理模块则与A/D转换模块相连；分析处理单元，具有微处理器和DSP模块，该分析处理单元与频响测试单元的数字信号处理模块和阻抗测试单元的数字信号处理模块均相连以对两者发送过来的测试数据进行运算，该分析处理单元还与频响测试单元的可编程FPGA模块和阻抗测试单元的可编程FPGA模块相连；通讯单元，具备USB通讯模块和无线通讯模块，该通讯单元与分析处理单元相连并接收分析处理单元的运算结果，该通讯单元还与个人电脑相连而将运算结果发送至个人电脑；电源模块，为频响测试单元、阻抗测试单元、分析处理单元以及通讯单元供给电倉泛。进一步，该频响测试单元的DDS扫频信号发生模块和A/D转换模块均与频响测试单元的可编程FPGA模块相连。进一步，该DDS扫频信号发生模块产生扫频范围为IOHz IOOOOkHz的扫频信号。进一步，该外加试验电源包括三相测试时的AC380V试验电压以及单相测试时的AC220V试验电压。进一步，该阻抗测试单元的电流信号取样模块采用CT取样方式，电压信号取样模块采用PT取样方式。进一步，该阻抗测试单元的外加试验电源和A/D转换模块均与阻抗测试单元的可编程FPGA模块相连。进一步，该微处理器为ARMll处理器。采用上述结构后，本实用新型涉及一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其工作过程包括频响测试过程和阻抗测试过程，该频响测试过程为个人电脑通过通讯单元向分析处理单元发出测试命令，微处理器和DSP模块在接收到频响测试命令后向频响测试单元的可编程FPGA模块发送开始测试命令，之后该可编程FPGA模块向DDS扫频信号发生模块发出产生相应扫频信号的命令，使DDS扫频信号发生模块按照命令发出扫频激励信号，经过滤波、放大将扫频激励信号施加到变压器绕组上。同时，可编程FPGA模块控制A/D转换模块对经过信号调理处理的绕组响应信号进行模数转换，转换后的数字信号送入数字信号处理模块进行处理，处理结果输入分析处理单元进行运算并将其运算结果通过通讯模块送回个人电脑上，最终由个人电脑进行测试结果的显示、统计分析、输出和存储。该阻抗测试过程为个人电脑通过通讯单元向分析处理单元下发阻抗测试命令和所有的测试参数，微处理器和DSP模块在接收到阻抗测试命令和相关测试参数后向该阻抗测试单元的可编程FPGA模块发送开始测试命令，之后该可编程FPGA模块控制外加试验电源对变压器高压侧绕组进行加电测试，此时变压器低压侧绕组短路；在测试过程中，电流信号取样模块采集外加试验电源的电流信号，电压信号取样模块采集待测变压器绕组产生的电压信号，然后在可编程FPGA模块的控制下，分别由信号调理模块和A/D转换模块实现信号调理、模数转换并得到电压和电流的数字信号，再将数字信号送入数字信号处理模块的处理，处理结果输入分析处理单元进行运算并将其运算结果通过通讯模块送回个人电脑上，最终由个人电脑进行测试结果的显示、统计分析、输出和存储。与现有仪器相比，本实用新型兼具了频率响应法和短路阻抗法两种测量原理，能够克服现有单一频率响应法或短路阻抗法存在的不足，有效提高了变压器绕组变形诊断的效率和准确性，并且具有扫频范围广、频率响应判据丰富、可信度高、操作简便、抗干扰能力强以及便携的特点。
图1是本实用新型涉及一种电力变压器绕组变形综合检测仪器的现场测量方案框图。图2是本实用新型涉及一种电力变压器绕组变形综合检测仪器的工作原理图。图3是本实用新型的现场测量接线图。图中: 个人电脑 I绕组变形综合检测仪器 II待测变压器 III频响测试单元A阻抗测试单元 B分析处理单元C通讯单元 D电源模块EUSB通讯模块 I无线通讯模块2微处理器 3DSP模块4可编程FPGA模块 5、12DDS扫频信号发生模块6滤波模块 7宽频放大模块8自适应信号调理模块9、15A/D转换模块10、14数字信号处理模块 11、13电压信号取样模块16电流信号取样模块 17外加试验电源18交流电源接口 19USB通讯接口20无线通讯 21接地端子22信号端子 23输入端子24输出端子 25电流输入端子26电流输出端子 27电压输入端子28。
具体实施方式
为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。如图1所示，其示出的为本实用新型现场测量方案框图，该测量方案主要包括个人电脑1、绕组变形综合检测仪器II和待测变压器III。其中，该个人电脑I用于运行测试分析软件以及进行数据存储，该测试分析软件可以根据实际需要进行相应设计，其属于本领域常用手段，在此不进行详细说明；该绕组变形综合检测仪器II包括频响测试单元A和阻抗测试单元B，用于完成所有的数据测试及数据原始处理；待测变压器III可以为所有类型的电力变压器。如图2所示，其示出的为本实用新型的具体实施例，该绕组变形综合检测仪器II包括频响测试单元A、阻抗测试单元B、分析处理单元C、通讯单元D以及电源模块E，其中该频响测试单元A，具有可编程FPGA模块5、DDS扫频信号发生模块6、滤波模块7、宽频放大模块8、自适应信号调理模块9、A/D转换模块10以及数字信号处理模块11 ;该可编程FPGA模块5可向DDS扫频信号发生模块6发出测试命令，DDS扫频信号发生模块6接收命令后产生扫频激励信号，具体地，该扫频激励信号的扫频范围为IOHz 10000kHz，并依次经滤波模块7、宽频放大模块8进行信号滤波和放大处理，该宽频放大模块8的输出端还与待测变压器III相连而将处理后的扫频信号施加到待测变压器III中绕组的激励端。同时，该自适应信号调理模块9的输入端还与待测变压器III相连以采集响应端信号，该可编程FPGA模块5控制A/D转换模块10对经自适应信号调理模块9调理的绕组激励信号和响应信号进行模数转换，并送入数字信号处理模块11进行初步处理。该阻抗测试单元B，具有可编程FPGA模块12、数字信号处理模块13、A/D转换模块14、自适应信号调理模块15、电压信号取样模块16以及电流信号取样模块17 ;其中，该可编程FPGA模块12按照命令，具体是按照分析处理单元C的命令来控制外加试验电源18对待测变压器III高压侧绕组进行加电测试，此时待测变压器III低压侧绕组短接。在测试过程中，电压信号取样模块16采集待测变压器III绕组产生的电压信号，电流信号取样模块17采集外加试验电源的电流信号，该电流信号取样模块16和电压信号取样模块17均与自适应信号调理模块15相连，将采集到的电压、电流信号依次经由自适应信号调理模块15、A/D转换模块14进行信号调理和模数转换，之后送入数字信号处理模块13进行初步处理。优选地，该A/D转换模块14受该可编程FPGA模块12的控制。在具体实施时，该阻抗测试单元的电流信号取样模块采用CT取样方式，而该电压信号取样模块则采用PT取样方式。该分析处理单元C，同时与频响测试单元A的数字信号处理模块11和阻抗测试单元B的数字信号处理模块13相连，具有微处理器3和DSP模块4 ;该微处理器3和DSP模块4可接收个人电脑I送过来的测试命令并向频率响应测试单元A和阻抗测试单元B发出测试指令，还可对频响测试单元A和阻抗测试单元B送回来的测试数据做进一步分析和运算。另外，该微处理器3采用ARMll处理器，从而具有较佳的分析运算能力。该通讯单元D，采用USB和无线以太网两种通讯方式，并分别连接个人电脑I和分析处理单元C，其具体包括USB通讯模块I和无线通讯模块2，用于实现个人电脑I和变压器绕组变形综合检测仪器II之间的通讯相连。该电源模块E，用于为频响测试单元A、阻抗测试单元B、分析处理单元C以及通讯单元D供给电能。另外，优选地，该仪器II的分析处理板C可同时分析计算频率响应曲线、相关系数以及任意两条频率响应曲线的标准差。仪器II在进行阻抗测试时，需要外加试验电源18进行辅助测试，通常三相测试时采用AC380V的试验电压，单相测试时采用AC220V的试验电压，且通过一次测试可同时获得三相和单相绕组短路阻抗数据。这样，本实用新型涉及的一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其可通过其内部的频响测试单元A产生扫频激励信号施加到待测变压器III绕组上，并测量绕组响应端的响应信号，从而计算获得待测变压器III绕组的频率响应特征，包括频率响应曲线、相关系数、标准差等，实现待测变压器绕组变形的频率响应法检测；也可通过其内部的阻抗测试单元B和外加试验电源18进行待测变压器绕组短路阻抗法测试，获得各绕组的短路阻抗、漏电感参数，并与铭牌值或历史值进行比较，从而判断待测变压器绕组的变形状况。本实用新型提出了一种兼具频率响应法和短路阻抗法两种测量原理的变压器绕组变形检测仪器，能够较好地克服使用单一频率响应法或短路阻抗法存在的不足，能够有效提高变压器绕组变形诊断的效率和准确性，并且具有扫频范围广、频率响应判据丰富、可信度高、操作简便、抗干扰能力强以及便携性佳的特点。如图3所示，下面以三相电力变压器(Y-Y型)为例，来介绍测试的整个过程，其具体包括如下步骤:①将变压器绕组变形综合检测仪器II的交流电源接口 19接到交流220V的供电电源上，打开电源开关；②使用配套的USB数据线接入USB通讯接口 20，或者打开个人电脑的无线网络连接搜索并连接无线通讯21，打开配套的测试分析软件，连接仪器和个人电脑；③将仪器的接地端子22与待测三相电力变压器的外壳一同接地，确保仪器与大地可靠连接；④频率响应法测试流程:a.将仪器配套的频率响应法测量线和测试钳分别对应接入信号端子23、输入端子24和输出端子25，并与待测变压器绕组的首末端相连，运行测试分析软件进行频率响应法测试，获得频率响应特征。频率响应的计算公式:
权利要求1.一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其特征在于，包括: 频响测试单元，具有依次相连的可编程FPGA模块、DDS扫频信号发生模块、滤波模块、宽频放大模块、自适应信号调理模块、A/D转换模块和数字信号处理模块；所述DDS扫频信号发生模块按照可编程FPGA模块传送过来的测试命令产生所需的扫频激励信号，经过滤波模块去除干扰成分和宽频放大模块放大激励信号功率而形成满足测试要求的大功率信号，该宽频放大模块的输出端还与待测变压器相连以将放大后的激励信号施加到待测变压器的绕组上，该自适应信号调理模块的输入端还与待测变压器相连以采集响应端信号，并实现对变压器绕组激励端和响应端信号进行自动调理而消除其中混杂的干扰信号，该A/D转换模块则进行模数转换并送入数字信号处理模块进行处理； 阻抗测试单元，具有可编程FPGA模块、数字信号处理模块、A/D转换模块、自适应信号调理模块、电压信号取样模块和电流信号取样模块；所述可编程FPGA模块按命令控制外加工作试验电源对变压器绕组进行加电测试，该电流信号取样模块采集外加试验电源的电流，电压信号取样模块采集待测变压器绕组产生的电压信号，该电流信号取样模块和电压信号取样模块均与自适应信号调理模块相连以将采集到的电流、电压信号通过自适应信号调理模块进行调理而消除其中混杂的干扰信号，该A/D转换模块与自适应信号调理模块相连而进行模数转换，该数字信号处理模块则与A/D转换模块相连； 分析处理单元，具有微处理器和DSP模块，该分析处理单元与频响测试单元的数字信号处理模块和阻抗测试单元的数字信号处理模块均相连以对两者发送过来的测试数据进行运算，该分析处理单元还与频响测试单元的可编程FPGA模块和阻抗测试单元的可编程FPGA模块相连； 通讯单元，具备USB通讯模块和无线通讯模块，该通讯单元与分析处理单元相连并接收分析处理单元的运算结果，该通讯单元还与个人电脑相连而将运算结果发送至个人电脑； 电源模块，为频响测试单元、阻抗测试单元、分析处理单元以及通讯单元供给电能。
2.如权利要求1所述的一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其特征在于，该频响测试单元的DDS扫频信号发生模块和A/D转换模块均与频响测试单元的可编程FPGA模块相连。
3.如权利要求1所述的一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其特征在于，该DDS扫频信号发生模块产生扫频范围为IOHz 1OOOOkHz的扫频信号。
4.如权利要求1所述的一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其特征在于，该外加试验电源包括三相测试时的AC380V试验电压以及单相测试时的AC220V试验电压。
5.如权利要求1所述的一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其特征在于，该阻抗测试单元的电流信号取样模块采用CT取样方式，电压信号取样模块采用PT取样方式。
6.如权利要求1所述的一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其特征在于，该阻抗测试单元的外加试验电源和A/D转换模块均与阻抗测试单元的可编程FPGA模块相连。
7.如权利要求1所述的一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，其特征在于，该微处理器为ARMll处理器。
专利摘要本实用新型公开一种电力变压器绕组变形综合检测仪器，包括频响测试单元、阻抗测试单元、分析处理单元、通讯单元和电源模块，该频响测试单元具有可编程FPGA模块、DDS扫频信号发生模块、滤波模块、宽频放大模块、自适应信号调理模块、A/D转换模块和数字信号处理模块，该阻抗测试单元具有可编程FPGA模块、数字信号处理模块、A/D转换模块、自适应信号调理模块、电压信号取样模块和电流信号取样模块；该分析处理单元具有微处理器和DSP模块，该通讯单元具有USB通讯模块和无线通讯模块。本实用新型能够提高变压器绕组变形诊断的效率和准确性，并且具有扫频范围广、频率响应判据丰富、可信度高、操作简便、抗干扰能力强以及便携的特点。
文档编号G01R31/00GK202916357SQ20122053424
公开日2013年5月1日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者郭翔, 林阳坡, 邓敏 申请人:厦门红相电力设备股份有限公司