技术领域本实用新型属于变压器故障在线监测装置技术领域，具体涉及一种基于红外测温的柱上变压器套管发热故障在线诊断系统。
背景技术：
随着我国电力工业的发展，供电量逐年上升，电力变压器也逐渐向高电压、大容量方向发展。变压器套管是变压器绕组引线引出到变压器箱外的装置，起着引线对地以及引出线与油箱之间的绝缘保护作用，又是载流元件之一，因此应具有规定的电气强度和良好的热稳定性。变压器在运行过程中，由于套管会长期承受工作电压、负荷电流以及在故障中出现的短时过电压、故障电流的作用，套管常常因劣化或损坏严重发热，导致电网事故。而套管接头发热引起的故障在变压器故障中占了很大的比例，为了保证其安全运行，往往需对套管进行预防性试验。而套管预防性试验必须停运主设备，会降低设备的运行效率及可靠性，而且有时因为运行方式的限制无法停运主设备，导致套管无法进行定期预试。带电检测工作由于可实现对电气设备进行不停电测试，因此极大提高工作效率，其随着检测技术的日益成熟，已广泛的应用于电力系统中。现有的变压器套管发热故障检测方法是通过人工定期巡检，利用红外热成像仪监测套管温度分布，进行故障诊断，其达不到在线实时监测的效果，不能进行故障预判和提前预警，往往存在故障出现后才被发现的缺陷。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种基于红外测温的柱上变压器套管发热故障在线诊断系统，解决了现有技术不能实时在线监测的问题。本实用新型所采用的技术方案是，基于红外测温的柱上变压器套管发热故障在线诊断系统，包括相互连接的非接触式红外测温系统和监测分机，监测分机还连接有电源模块，非接触式红外测温系统包括相互连接的红外温度传感器组和温度数据处理器，温度数据处理器和监测分机连接。本实用新型的特点还在于，红外温度传感器组包括分别安装在柱上变压器A、B、C三相套管的上、下两个表面的红外温度传感器，每个红外温度传感器均通过屏蔽线与温度数据处理器连接，红外温度传感器包括红外热传感器，红外热传感器分别连接有电压获取电路、温度补偿电路，电压获取电路、温度补偿电路还均与差分放大电路连接，差分放大电路与二阶滤波电路连接，二阶滤波电路与温度数据处理器连接。二阶滤波电路的截止频率为fd＝13Hz。温度数据处理器包括第一微控制器，第一微控制器分别连接有多路A/D采样电路、第一RS-485通讯模块，多路A/D采样电路与红外传感器连接，第一RS-485通讯模块与监测分机连接。第一微控制器上还连接有第一指示灯。第一微控制器上还连接有第一ZigBee模块。监测分机包括第二微控制器，第二微控制器上分别连接有第二RS-485通讯模块、LCD液晶显示屏、DTU模块，第二RS-485通讯模块与温度数据处理器连接，DTU模块与后台监控中心的上位机连接。第二微控制器上还连接有第二指示灯和蜂鸣器。第二微控制器上还连接有第二ZigBee模块，第二ZigBee模块与温度数据处理器连接。第二微控制器上还连接有超级网口，超级网口与后台监控中心的上位机连接。本实用新型的有益效果是：①本实用新型基于红外测温的柱上变压器套管发热故障在线诊断系统，采用适用于柱上变压器工作环境的红外温度传感器对套管温度进行测量，具有良好的电气隔离特性，避免了高压强电磁场的干扰，对套管温度反映出来的发热故障具有较高的检测能力，可靠稳定性好，测量精度高；②本实用新型基于红外测温的柱上变压器套管发热故障在线诊断系统，测温节点与测温系统的主机通过RS-485或ZigBee进行数据交互，其避免了高压绝缘和强电磁场干扰问题，进一步提高了数据通讯的可靠性和稳定性；③本实用新型基于红外测温的柱上变压器套管发热故障在线诊断系统，能够替代传统的定期预防性试验和人工巡检，实现故障的实时监测与诊断，对发生故障的具体位置能够进行提前预判和定位，从而排除故障，减少了故障引起的经济损失，极大的提高了工作效率。附图说明图1是本实用新型故障在线诊断系统的结构示意图；图2是本实用新型故障在线诊断系统中非接触式红外测温系统的结构示意图；图3是本实用新型故障在线诊断系统中监测分机的结构示意图。图中，1.红外温度传感器，2.温度数据处理器，3.监测分机，4.电源模块，5.上位机，6.红外热传感器，7.电压获取电路，8.温度补偿电路，9.二阶滤波电路，10.多路A/D采样电路，11.第一指示灯，12.第一微控制器，13.第一ZigBee模块，14.第一RS-485通讯模块，15.第二ZigBee模块，16.第二RS-485通讯模块，17.DTU模块，18.第二微控制器，19.超级网口，20.LCD液晶显示屏，21.蜂鸣器，22.第二指示灯，23.差分放大电路。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。本实用新型基于红外测温的柱上变压器套管发热故障在线诊断系统，如图1所示，包括相互连接的非接触式红外测温系统和监测分机3，监测分机3还连接有电源模块4，非接触式红外测温系统包括相互连接的红外温度传感器组和温度数据处理器2，温度数据处理器2和监测分机3连接。由于在正常情况下，柱上变压器套管的温度分布应遵循以下两点原则：1)柱上变压器A、B、C三相套管温度分布比较均匀，没有断层现象。2)柱上变压器A、B、C三相套管之间对应位置的温度分布相互之间应该比较一致。综合以上两点并考虑在变压器故障中高压侧套管接头发热故障往往占有很大的比例，所以在选择红外温度传感器1的安装位置时，我们确定了在高压侧A、B、C三相套管的上、下两个表面布置测温节点，安装6个红外温度传感器1，即红外温度传感器组包括分别安装在柱上变压器A、B、C三相套管的上、下两个表面的红外温度传感器1，每个红外温度传感器1均通过屏蔽线与温度数据处理器2连接。温度数据处理器2和监测分机3安装于柱上变压器的箱体或安装支架上，方便信号采集处理与数据通讯。其中，红外温度传感器1的安装支架为绝缘材料制成，并固定在柱上变压器的绝缘套管上，安装支架为卡扣式，红外温度传感器固定在安装支架上。如图2所示，红外温度传感器1包括红外热传感器6，红外热传感器6分别连接有电压获取电路7、温度补偿电路8，电压获取电路7、温度补偿电路8还均与差分放大电路23连接，差分放大电路23与二阶滤波电路9连接，二阶滤波电路9与温度数据处理器2连接。红外热传感器6分为两种：红外热电堆传感器和红外热释电传感器。由于我们是用其测量温度数值，且考虑变压器套管所处的特殊工作环境，因此选用OTP-538U红外热电堆传感器。其测温范围为：-20℃～130℃，测量精度为：1℃，测量距离为：3CM。OTP-538U红外热电堆传感器的1、3脚输出的信号是其内部多个热电偶冷热端子两端的电压差之和，此电压差信号通过电压获取电路7实现采集和适当的放大，且由于该信号非常小且随温差变化灵敏，所以在电压获取电路设计中，需充分考虑温漂因素的影响，以减小测量误差。由电压获取电路7输出的冷热端子温差电压是随着两端温差变化而变化的，因此，需借助OTP-538U红外热电堆传感器内置的热敏电阻设计温度补偿电路8。通过将电压获取电路7输出的温差电压与温度补偿电路8输出的环境温度补偿电压叠加，实现将热电偶冷端所处的不同环境温度补偿到0℃，保证环境温度的恒定，使得红外温度传感器1输出的电压信号只随热端变压器套管温度的变化而变化，实现温度的测量。另外，由于红外温度传感器1工作在高压环境下，存在信号干扰，因此设计了二阶滤波电路9，其截止频率为fd＝13Hz，保证了输出直流信号的纯净性。如图2所示，温度数据处理器2包括第一微控制器12，第一微控制器12分别连接有多路A/D采样电路10、第一RS-485通讯模块14、第一指示灯11、第一ZigBee模块13，多路A/D采样电路10与红外传感器1连接，第一RS-485通讯模块14或第一ZigBee模块13与监测分机3连接。其中，第一微控制器12内的主控芯片采用的是STM32F103CBT6，其具有2个12位模数转换器，1μS的转换时间，第一ZigBee模块13选用的是Xbee-Pro射频模块，其功耗极低，为远程设备之间提供可靠的数据传输，第一RS-485通讯模块14的RS-485收发器为RSM3485CHT，其具有很好的隔离特性，电磁抗干扰EMI性极高。红外温度传感器1的输出通过屏蔽线连接到多路A/D采样电路10。为保证输出信号在A/D的采样量程内，在多路A/D采样电路10的设计中，通过给输出叠加一幅值为300mV的直流偏移量，使其变化范围在0～3.3V内，以便于在第一微控制器12上进行A/D采样。第一微控制器12每1s采样128个数据点并对采集到的信号进行计算和软件滤波，并利用分段线性拟合算法实现温度标定，得到的温度数据通过第一ZigBee模块13或第一RS-485通讯模块14发送给监测分机3。当出现故障时，第一指示灯11闪烁，利于检修人员快速查找故障位置。如图3所示，监测分机3包括第二微控制器18，第二微控制器18上分别连接有第二RS-485通讯模块16、LCD液晶显示屏20、DTU模块17、第二指示灯22、蜂鸣器21、第二ZigBee模块15、超级网口19，第二RS-485通讯模块16或第二ZigBee模块15与温度数据处理器2连接，DTU模块17或超级网口19与后台监控中心的上位机5连接。其中，第二微控制器18内的主控芯片采用的是STM32F103VET6，其实时运算速度快，性价比高，DTU模块17采用的是USR-GM1模块，将串口数据转换为IP数据，完成无线数据传输，超级网口19采用的是USR-K3模块，主要是将TCP/UDP数据包与UART接口实现数据的透明传输，其搭载了ARM公司的Cortex-M4处理器，功耗低，速度快，稳定性高。第二RS-485通讯模块16和第二ZigBee模块15用于接收来自非接触式红外测温系统的温升数据，第二微控制器18对接收到的温升数据进行数据处理和故障判断，并通过热分析软件算法对变压器套管的具体故障位置进行准确定位。第二微控制器18通过串口每1s给LCD液晶显示屏20发送一次数据，LCD液晶显示屏20接收到数据后会进行液晶屏数据的刷新，液晶屏数据主要是套管的当前故障信息，如监测位置、当前温度、当前温升和故障状态等信息，实时监测着套管的工作状态。当温度或温升数据到达预警阈值时，LCD液晶显示屏20上的故障状态信息将会立即从“正常”变为“故障”，并且LCD液晶显示屏20背光会从白色变为红色，完成故障的图像预警，同时，蜂鸣器21也会断续发出报警声音，使得故障更易被工作人员察觉，进而完成故障的语音预警，第二指示灯22闪烁，完成故障的光线预警。所有的故障信息数据会通过DTU模块17或超级网口19上传至后台监控中心的上位机5。上位机5可以同时监测多个柱上变压器上的故障在线诊断系统，如图1所示。并且，上位机5可实现预警阈值的设定、数据收集和查询及故障消除等功能。通过接收来自各个监测分机3的故障信息，并建立每一个变压器套管的温度、温升数据曲线，实时监测套管的工作状态，当出现预警信息时，监测人员可立即通知检修队对出现报警的位置进行检查与维修，从而提前消除故障。上位机5中还建立了专用的数据库，利用大量的数据以及专用算法分析柱上变压器套管本身设计的缺陷，为优化设计提供理论依据和方法。