一种变压器噪音检测减震系统的制作方法

本发明涉及一种变压器噪音检测减震系统，属于噪音检测减震技术领域。

背景技术：

变压器减震台是降低变压器振动噪音的有效技术手段，已在配电台区有一定应用。但目前的变压器减震台均不具备噪音监测功能，无法对自身的噪音抑制效果及运行状态进行有效监测与评估；另一方面，配电变压器每年均存在大量的故障现象，严重时会造成变压器本体的烧毁，甚至引发居民楼的火灾。目前，对于配变变压器的运行亦缺乏监控手段。

由于目前缺乏针对配变运行状态的，可方便操作的技术检测手段，有经验的现场运维人员往往通过用耳听，来初步判断变压器的运行状态，参见的变压器异常声音包括：

1、变压器通电正常运行情况下，因电流流过线圈在铁芯产生交变的磁通，这时变压器内声音较为均匀发出“嗡嗡”的电磁声，声音的响度随着负荷电流增加而变强； 当过负荷时，线圈电流增大磁通密度也增大，导致铁芯的硅钢片振动变强烈“嗡、 嗡„„”且有沉闷感。

2、铁芯上有洒落的铁器零件或者用于固定夹紧铁芯的穿心螺杆有松动，螺杆在振动 时发生移动等情况，可听到类似锤击声或强风吹的声音，如有“叮、叮、当、当”，“呼 呼”声。

3、变压器负载出现急剧变化的情况时，铁芯便会出现振荡，同时发出“咯、咯、咯、咯”的间断性声音，还可观察到变压器的监视测量仪表上指针出现摆动。

4、变压器的高压套管因出现污秽，表面的光面釉质材料发生脱落或出现裂痕，遇到 雾、露等潮湿天气时发生表面发电或闪络，这是在变压器旁可听到“嘶、嘶”的 电晕声，夜晚还可发现有丝状的火花。

5、变压器内部绕组间或线圈间发生短路故障时， 箱体内会产生“噼噼啪啪”的放电声响；放电时间过长，强度较大还会出现巨大的轰鸣声，甚至会出现冒烟着火的严重事故。

6、变压器内部有部件接触不良、接头松动以及有部分绝缘部件击穿时，变压器内传 出“吱、吱”或者是“噼啪”的放电声；变压器的跌落式熔断器以及分接头开关出现接触不良，也会发出“吱、吱”声。变压器内部严重的放电现象会产生气体导致瓦斯保护动作。

由以上可知变压器发出的噪音特征频谱与其运行状态有着必然的联系，对变压器噪音进行实时监测、分析与远程管理，可实现变压器运行状态的远程监控。

技术实现要素：

本发明的目的在于：本发明的目的在于；提出一种变压器噪音检测减震系统，在实现变压器减震的同时，做到对变压器运行状态的简单定性分析与粗略的定量分析，可实现变压器异常的及时报警，以指导运维人员及时至现场进行处理，将变压器的故障消灭在萌芽状态。

本发明所采用的技术方案是：一种变压器噪音检测减震系统，包括减震单元、声音测量单元、通讯单元与主站系统，所述的减震单元是对变压器进行减震的装置，声音测量单元通过对变压器在运行中的运行声音的监测，并通过通讯单元传递给主站系统，由主站系统对反馈的信息进行处理。

在本发明中：所述的减震单元包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体之间设有隔板，隔板的上端面和下端面分别设有弹簧组件，隔板上端面和下端面的弹簧组件呈相互对应排列，其中弹簧组件是由锥形弹簧交错排列而成，上壳体和下壳体内填充有阻尼材料组成的阻尼层，阻尼层内设有钢板；所述的阻尼层由四层阻尼材料构成，依次包括发泡材料层、橡胶材料层、环氧树脂层以及橡胶和泡沫塑料混合层。

在本发明中：所述的声音测量单元包括声音采集模块和数据分析模块，通过实时采集、分析变压器声音，根据 FFT 变换将声信号的时域图转化成频谱图，可较清晰地判别声源信号中的主要成分，无论是变压器正常运行还是发生故障其声音信号的主要频率是特定的，通过主频率可判别故障类型，当监测分析到的现场声信号频谱为正常范围，本单元将按照固定存储间隔（存储间隔可调）记录数据，并定时上传至主站系统，当现场声音频谱出现非特征频谱时，该频谱作为事件实时上传至主站系统，同时测量期间记录到的频谱数据作为历史数据定时上传至主站系统。

在本发明中：所述声音测量单元的电路包括信号检测模块电路和数据存储通讯模块电路，所述的信号检测模块电路包括多路AD部分、CPLD控制部分、SRAM存储部分和DSP数字信号处理部分，其中所述的多路AD部分对前端声音采集模块转换的电信号进行模数转换，所述的CPLD控制部分控制AD采样的时序，同时对采样信号通过并行总线存储在SRAM中，待到SRAM半满，通过SPI接口将信号传送给DSP，CPLD通过外扩SRAM来模拟双端口RAM的功能，所述的DSP硬件上通过SPI总线和CPLD通信，同并且通过一个I2C总线作为辅助总线防止异常事件的发生。

在本发明中：所述信号检测模块电路包括声音信号处理电路、信号AD采样电路、CPLD协处理电路、CPLD外扩SRAM电路和DSP核心板；所述的声音信号处理电路采用AD622作为第一级运放，包含对信号的收集、滤波和放大；所述的信号AD采样电路以16位的AD6255作为AD采样芯片，同时内部集成了两个采样保持开关，可对两路信号进行同时采样；所述的CPLD协处理电路采用EPM240T100C5N，EPM240集成了一套SPI, SPI来实现CPLD与DSO的数据交换；所述的CPLD外扩SRAM电路包括64KSRAM，当SARM半满的时候,CPLD向DSP发送中断信号，DSP将SRAM中的数据取走；所述的DSP核心板为十层板设计、 200个引脚接口和高性能的32位处中央理器TMS320C6747。

在本发明中：所述的数据存储通讯模块电路包括以S3C6410芯片为核心的主控板，主控板采用底板加核心板的设计方式，其中所述的核心板主要包括ARM核芯片S3C6410、两片16位128M的mobile DDR、1G的NAND Flash K9G8G08、电源模块、时钟模块、100M以太网芯片DM9000AEP。

在本发明中：所述的主站系统由应用服务器、通信服务器、数据库服务器与WEB服务器构成，上述服务器部署于同一网段，通过交换机进行数据交换，所述的通信服务器通过固定IP地址接收现场测量装置上传的声信号数据，现场测量装置至通信服务器的通信方式为GPRS或4G的公网无线通讯，通信服务器将现场数据传送至数据库服务器，数据库服务器将实时报警数据实时转发至应用服务器，将固定间隔测量的统计数据进行数据存储；所述的应用服务器调取数据库服务器的声信号测量数据，进行分析计算、报表生成；所述的WEB服务器以WEB服务方式为操作者提供人机界面，实现报警管理、数据查看、报表管理、台帐管理、用户管理、系统管理的功能。

在本发明中：所述的主站系统还包括故障信息智能数据库，所述的故障信息智能数据库包括知识库、推理机、工作存储区及解释接口。

本发明的有益效果：

1、本发明有效降低配电变压器对邻近居民的噪声污染，同时可持续监测配电变压器运行状态，为提高供电可靠性、降低配电变压器各类运行故障提供重要支撑；

2、减震单元能够有效的解决变压器运行过程中的噪音，对变压器产生噪音的有效控制率达到99%以上，同时避免了变压器在工作中产生的共振现象，不仅改善了周围居民的生活环境，而且确保了变压器的安全运行；

3、对变压器噪音进行实时监测与分析，根据变压器运行时的噪音频谱分析，结合变压器各类故障的噪音特征频谱值，可实现基于声音频谱分析的变压器运行状态实时监控，在变压器故障初期可及时诊断故障类型并实时报警，指导相关人员及时运维。

附图说明

图1为本发明的系统拓扑示意图；

图2为本发明中的减震单元的结构示意图；

图3为本发明中的声音测量单元数据处理逻辑示意图；

图4为本发明中的信号检测模块整体功能图；

图5为本发明中的声音信号处理电路图；

图6为本发明中的信号AD采样电路图；

图7为本发明中的CPLD协处理电路图；

图8为本发明中的CPLD外扩SRAM电路图；

图9为本发明中的数据存储通讯模块功能示意图；

图10为本发明中的核心板的示意图；

图11为本发明中的主站系统各服务器数据流示意图；

图12为本发明中的故障信息智能数据库框图；

图13为本发明中的故障信息智能数据库的处理逻辑示意图。

图中：1.上壳体；2.下壳体；3.隔板；4.钢板；5.锥形弹簧；6.阻尼层。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明。

由图1可见，一种变压器噪音检测减震系统，包括减震单元、声音测量单元、通讯单元与主站系统，所述的减震单元是对变压器进行减震的装置，声音测量单元通过对变压器在运行中的运行声音的监测，并通过通讯单元传递给主站系统，由主站系统对反馈的信息进行助理。

如图2所示，所述的减震单元包括上壳体1和下壳体2，上壳体1和下壳体2之间设有隔板3，隔板3的上端面和下端面分别设有弹簧组件，隔板3上端面和下端面的弹簧组件呈相互对应排列，其中弹簧组件是由锥形弹簧5交错排列而成，上壳体1和下壳体2内填充有阻尼材料组成的阻尼层6，阻尼层6内设有钢板4。所述锥形弹簧5的一端焊接在隔板3上，锥形弹簧5的另一端焊接在阻尼层6包裹的钢板4上；所述的阻尼层6由四层阻尼材料构成的阻尼层6；所述四层阻尼材料依次包括发泡材料层、橡胶材料层、环氧树脂层以及橡胶和泡沫塑料混合层。

如图3-4所示，所述的声音测量单元包括声音采集模块和数据分析模块，通过实时采集、分析变压器声音，根据 FFT 变换将声信号的时域图转化成频谱图，可较清晰地判别声源信号中的主要成分，无论是变压器正常运行还是发生故障其声音信号的主要频率是特定的，根据试验数据，变压器正常运行时发出的声信号主频率是 100HZ 或者是其倍频 200Hz、300Hz、400Hz、500Hz等，通过主频率可判别故障类型，当监测分析到的现场声信号频谱为正常范围，本单元将按照固定存储间隔（存储间隔可调）记录数据，并定时上传至主站系统，当现场声音频谱出现非特征频谱时，该频谱作为事件实时上传至主站系统，同时测量期间记录到的频谱数据作为历史数据定时上传至主站系统。

所述声音测量单元的电路包括信号检测模块电路和数据存储通讯模块电路，所述的信号检测模块电路包括多路AD部分、CPLD控制部分、SRAM存储部分和DSP数字信号处理部分，其中所述的多路AD部分对前端声音采集模块转换的电信号进行模数转换，所述的CPLD控制部分控制AD采样的时序，同时对采样信号通过并行总线存储在SRAM中，待到SRAM半满，通过SPI接口将信号传送给DSP，CPLD通过外扩SRAM来模拟双端口RAM的功能，所述的DSP硬件上通过SPI总线和CPLD通信，同并且通过一个I2C总线作为辅助总线防止异常事件的发生。

如图5-8所示，所述信号检测模块电路包括声音信号处理电路、信号AD采样电路、CPLD协处理电路、CPLD外扩SRAM电路和DSP核心板；所述的声音信号处理电路采用AD622作为第一级运放，包含对信号的收集、滤波和放大；所述的信号AD采样电路以16位的AD6255作为AD采样芯片，同时内部集成了两个采样保持开关，可对两路信号进行同时采样；所述的CPLD协处理电路采用EPM240T100C5N，EPM240集成了一套SPI, SPI来实现CPLD与DSO的数据交换，当SRAM的数据半满的时候，CPLD通过SPI总线一起将数据传送给DSP进行数据运算，因此，采用CPLD+SRAM的模式能够充分发挥CPLD时序处理的能力来代替以前的双端口RAM；所述的CPLD外扩SRAM电路包括64KSRAM，当SARM半满的时候,CPLD向DSP发送中断信号，DSP将SRAM中的数据取走；所述的DSP核心板为十层板设计、 200个引脚接口和高性能的32位处中央理器TMS320C6747。

如图9-10所示，所述的数据存储通讯模块电路包括以S3C6410芯片为核心的主控板，主控板采用底板加核心板的设计方式，其中所述的核心板主要包括ARM核芯片S3C6410、两片16位128M的mobile DDR、1G的NAND Flash K9G8G08、电源模块、时钟模块、100M以太网芯片DM9000AEP，了方便核心板与底板的连接，定义了一组信号接口，信号接口采用直插封装（2mm标准直插），每座分三排，每排24pin，合计144pin。所述的电源模块采用5V/2A电源供电，S3C6410芯片各个管脚对应不同的电源域，以便与外设连接；所述的时钟模块包括三个片上PLL 、ARM PLL、main PLL 和extra PLL；APLL 生成一个独立ARM 操作时钟，MPLL产生HCLK（AXI/AHB总线）和PCLK（APB总线），EPLL 产生用作外设IP 的时钟，比如为USB提供48MHz时钟；接AXI和AHB总线的外设最大时钟为133MHz，接APB总线的外设最大时钟为66MHz。本系统中需要32.768Khz的晶振产生实时时钟，27MHz的晶振产生LCD显示时钟，48MHz的晶振产生USB模块时钟，12MHz的晶振产生系统时钟，25MHz的晶振产生以太网时钟。

S3C6410支持Mobile DDR, DDR, SDRAM和DDRI。选择Mobile DDR（mDDR）做内存，其优点有：低功耗，低电压，1.8V，支持SLEEP功能，BGA封装，有效降低PCB面积，端口不需要串端电阻和上拉电阻，设计方便。S3C 6410有两个总线接口，其中Xm1端口连接mDDR，Xm0端口连接NAND FLASH；在Xm1 接口信号中，Xm1SCLK和 Xm1SCLKn 组成差分时钟信号，用以连接内存的时钟端 CLK和/CLK端。在布线时要注意CLK信号是很容易受到干扰的，一定要走成差分对，并且要求不要穿越不同的 GND和电源平面，6410的Xm1 接口提供两路片选信号以供连接内存，在设计上我们虽然采用的是两片内存，但是由于数据线的低16位接在U9上，而高16位接在 U10上，这样一个字(4个字节)的存储方式为低16位存在U9上，高16位存在U10上。很明显，两片内存的片选应当是一样的，接在 Xm1CS0上，对应的时钟使能信号为Xm1CLKE0。

NAND Flash非易失闪存技术能提供极高的存储单元密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理和需要特殊的系统接口。S3C6410支持MLC和SLC型 NAND FLASH，NAND FLASH接在6410的Xm0总线上，数据线为8位，使用Xm0DATA0-Xm0DATA7，由于NAND是非线型寻址，故不用连接地址线。MLC型FLASH采用的是3.3V供电，接到VDDIO。FALE为NAND FLASH的地址使能端，当此信号为高时，表示送的是地址，此时NAND FLASH通过N次送址，这里的N次为NAND FLASH的总的空间大小的字节数/每次1Byte，FCLE表示送的是命令，例如Erase命令；FREn和FWEn接NAND的读写信号，FRnB是NAND FLASH忙判断。

如图11所示，所述的主站系统由应用服务器、通信服务器、数据库服务器与WEB服务器构成，上述服务器部署于同一网段，通过交换机进行数据交换。首先通信服务器通过固定IP地址接收现场测量装置上传的声信号数据，声信号数据包括基于声信号特征频谱突变阈值捕捉到的实时报警数据，以及按照固定时间间隔（如15分钟）测量的现场声信号频谱数据，现场测量装置至通信服务器的通信方式为GPRS或4G的公网无线通讯。通信服务器将现场数据传送至数据库服务器，数据库服务器将实时报警数据实时转发至应用服务器，将固定间隔测量的统计数据进行数据存储。应用服务器调取数据库服务器的声信号测量数据，进行分析计算、报表生成。WEB服务器以WEB服务方式为操作者提供人机界面，实现报警管理、数据查看、报表管理、台帐管理、用户管理、系统管理等功能。同理，操作者可以通过WEB服务器以反向的数据流对现场装置进行操作，实现装置参数变更（如阈值修改、存储间隔修改、实时数据召测等）等功能。

如图12-13所示，所述的主站系统还包括故障信息智能数据库，所述的故障信息智能数据库包括知识库、推理机、工作存储区及解释接口。

故障信息知识库是基于声学特征故障诊断系统的核心之一，知识库的信息储备量的大小决定了系统诊断效果，有经验专家的启发性知识和事实性数据是知识库的主要构成。主站系统将通过不断完善相关变压器声信号诊断和预警知识，实时自动预警任何可能直接或间接影响配电变压器可靠运行的关键信息点；在发生障碍时自动智能分析故障的根源，从而有效协助管理者智能、主动、高效地维护配电变压器健康、可靠运行。

以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本发明并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。