一种配电变压器运行状态的监测装置的制作方法

本新型涉及变压器监测领域，特别是涉及一种配电变压器运行状态的监测装置。

背景技术：

配电变压器若是长期处于超过正常功率工作状态或负载不平衡的情况下，造成所述配电变压器超负荷运行，由此产生过高的温度将导致绝缘过早老化。当所述配电变压器的绝缘纸板老化后，纸板强度会降低，一旦再次出现过负荷后，其电磁冲击力就可能导致绝缘破损，进而发生故障。严重时可能导致所述配电变压器烧毁。因此在发现运行温度超限时，需要及时切除部分负荷，在所述配电变压器运行过程中，若出现所述配电变压器各分支回路上承载的负荷严重不平衡时也会影响到配电网的安全经济运行。另外，在所述配电变压器各分支回路所承载的负荷均在正常范围内时，所述配电变压器自身可能因为长时间运行出现铁芯和绕组发生变形、移位或松动以及出现裂纹等情况。在现有技术中，对于配电变压器的监测是依靠现场巡检人员去对设备测试，该方法并不能实时了解配电变压器的情况，因此，不能第一时间进行故障排查。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种配电变压器运行状态监测装置，能够检测线路负荷过载或严重不平衡时，给配电变压器带来的安全隐患。在线路负载正常时，还能通过器身振动情况来诊断配电变压器自身有无内部安全问题，无需依靠巡检人员现场进行检查才能得知配电变压器的运行状态，能够实时的检测配电变压器的运行状态，能够第一时间进行故障排查。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种配电变压器运行状态监测装置包括有电压检测模块、电流检测模块、温度传感器、振动传感器、信号采集模块、微控制器、通讯模块、存储模块和操作模块，其中，所述电压检测模块、所述电流检测模块、所述温度传感器和 所述振动传感器分别与所述信号采集模块相连，所述信号采集模块与微控制器相连，所述微控制器与所述通讯模块、所述存储模块和所述操作模块相连；

所述电压检测模块包括三个电压互感器，分别监测并获取配电变压器的三相电路中A相、B相、C相的电压模拟信号；

所述电流检测模块包括设置在所述配电变压器不同分支回路上不同相线的电流互感器，监测并获取配电变压器的每一分支回路的电流模拟信号；

所述温度传感器，用于测量获取所述配电变压器的运行温度和所处环境温度；

所述振动传感器，用于监测获取所述配电变压器器身各处的振动频率与幅值。

可选的，所述信号采集模块由两个采集芯片构成，一个是电能测量芯片，一个是采集卡，其中所述电压检测模块、所述电流检测模块、所述温度传感器与所述电能测量芯片相连，所述振动传感器与所述采集卡中间连接了一个信号调理器。

可选的，所述微控制器为STM32F103单片机。

可选的，所述通讯模块具体用于将配电变压器每一分支回路的每相电网负荷参数、实际环境温度值、实际运行温度值以及实际振动频率与幅值输送至终端系统。

可选的，所述存储模块具体用于存储配电变压器每一分支回路的每相电网负荷参数、实际环境温度值、实际运行温度值以及实际振动频率与幅值。

可选的，所述操作模块，操作配电变压器运行状态监测装置的运行工况，当发现配电变压器运行时有参数异常时，及时做出相应的操作将异常结果反馈到所述微控制器。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过对电压电流的监测，检测配电变压器所承载的负载分配是否平衡，若发现所承载负载分配严重不平衡时，应及时切掉所承载的多余负荷，使之尽量维持平衡；通过温度传感器测量获取配电变压器的运行温度和所处环境温度，当发现温升超 出正常范围时，应通过操作单元对配电变压器的运行工况进行调控；通过振动传感器监测配电变压器器身各处的振动频率与幅值，当发现振动频率或幅值不在正常范围时，可能是配电变压器因长时间工作致使器身出现裂纹，或是配电变压器铁芯或绕组发生的变形、移位、松动所引起，可派工作人员前去检测具体故障。并且能将所出现的故障记录在存储单元，形成一专家系统，方便以后出现相似故障时用作参考。能监测线路负载不均和过载给配电变压器带来的安全隐患，也能监测器身的内部安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的配电变压器检测装置的结构示意图。

图2为本申请实施例的信号采集模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种配电变压器运行状态监测装置，其中包括有电压检测模块、电流检测模块、温度传感器、振动传感器、信号采集模块、微控制器、通讯模块、存储模块和操作模块。能监测线路负载不均和过载给配电变压器带来的安全隐患，也能监测器身的内部安全隐患。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种配电变压器运行状态监测装置，图1为本申请实施例的配电变压器检测装置模块图，如图1所示，所述装置包括有电压检测模块101、电流检测模 块102、温度传感器103、振动传感器104、信号采集模块、微控制器108、通讯模块109、存储模块110和操作模块111，其中，所述电压检测模块101、所述电流检测模块102、所述温度传感器103和所述振动传感器104分别与所述信号采集模块相连，所述信号采集模块与微控制器108相连，所述微控制器108与所述通讯模块109、所述存储模块110和所述操作模块111相连；

所述电压检测模块101包括三个电压互感器，分别监测并获取配电变压器的三相电路中A相、B相、C相的电压模拟信号；

所述电流检测模块102包括设置在所述配电变压器不同分支回路上不同相线的电流互感器，监测并获取配电变压器的每一分支回路的电流模拟信号；

所述温度传感器103，用于测量获取所述配电变压器的运行温度和所处环境温度；

其中，所述温度传感器103包括PT100温度传感器，其优点是制作方便，使用简单，而且容易替换，此外还有稳定性高灵敏度好等特性。根据引线的不同接法，可将其分为二线制、三线制、四线制PT100温度传感器，随着线制的增加，其测量精度会相应变高，在本申请中即采用四线制PT100温度传感器。因既要测配电变压器运行温度，也要测环境温度，故需要投入两个四线制PT100温度传感器。

所述振动传感器104，用于监测获取所述配电变压器器身各处的振动频率与幅值。

其中，振动传感器104包括三到六个振动传感器YT-JB3，分别放置于配电变压器起身的各处，其振动传感器优点是可靠性强、抗干扰力高、灵敏度高低可调、外观小巧，而且安装调试方便、信号的后期处理简单，测量的频率范围为0.04—1500HZ。

可选的，图2为本申请实施例的信号采集模块连接关系图，如图2所示，所述信号采集模块由两个采集芯片构成，一个是电能测量芯片106，一个是采集卡107，其中所述电压检测模块101、所述电流检测模块102、所述温度传感器103与所述电能测量芯片106相连，所述振动传感器104与所述采集卡107中间连接了一个信号调理器105。

电能测量芯片106可选用电能测量芯片CS5463，电能测量芯片CS5463具有高精度、高性价比、功耗低的特性。用于接收电压传感器、电流传感器、温度传感器传输的模拟信号，再将其转换为对应的数字信号。其CS5463芯片包含两路及以上的模数转换通道，本申请中采用三条模数转换通道的CS5463，分别对应于电压互感器、电流互感器和温度传感器的接入，从而保证了对三个模拟信号采样的同步性，避免了因某一个采样值采样延迟导致的电网负荷参数或温升计算的延迟和错误。其中，电网负荷参数包括电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率等。

采集卡107可选用PC104采集卡，PC104采集卡由多个模块通过针孔结构堆叠而成，形成的系统结构紧凑，其优点有抗冲击性能好，功耗低，精度高，对于振动信息的采集，是一个不错的选择。信号调理器105将采集到的振动信号中的噪声等干扰因素过滤掉后，再将其传送给PC104采集卡。

可选的，与信号采集模块相连的微控制器108，对收集到的各个数字信号进行处理，从而得到实际的配电变压器每一分支回路的每一相线的电网负荷参数、环境温度、配电变压器运行温度以及振动频率与幅值情况，所述微控制器108可选用STM32F103单片机，属于中低端的32位ARM微控制器，其优点是运行速度快、性价比高、配置丰富灵活、功耗低等。

可选的，所述通讯模块109具体用于将配电变压器每一分支回路的每相电网负荷参数、实际环境温度值、实际运行温度值以及实际振动频率与幅值输送至终端系统。

可选的，所述存储模块110具体用于存储配电变压器每一分支回路的每相电网负荷参数、实际环境温度值、实际运行温度值以及实际振动频率与幅值。

可选的，所述操作模块111，操作配电变压器运行状态监测装置的运行工况，当发现配电变压器运行时有参数异常时，及时做出相应的操作将异常结果反馈到所述微控制器。

通过信息采样模块对电压、电流检测单元的输出信号进行综合处理，得到每一分支回路的每一相线的电网负荷数字信号；通过对温度传感器103的输出信号进行处理，得到运行温度数字信号与环境温度数字信号；通过对振动传感 器104的输出信号经信号调理器除去噪声等杂音后进行处理，得到变压器器身振动频率与幅值数字信号。然后将这些数字信号均传送给微控制器108，微控制器108读取这些数字信号后，将其转换为相应的实际值。微控制器108将上述信号传输给通讯单元能通过器身振动情况来诊断配电变压器自身有无内部安全问题，无需依靠巡检人员现场进行检查才能得知配电变压器的运行状态，能够实时的检测配电变压器的运行状态，能够第一时间进行故障排查反馈至终端，监测人员通过分析每一分支实际电网负荷参数，从而算出各条支路所承载的电力负荷；通过得到的实际运行温度和环境温度，从而算出温度差，以此判断配电变压器温升是否超出范围；通过得到的配电变压器振动频率与幅值，在终端使用小波算法提取振动信号特征，将不同频段的振动信号通过小波变换构成一个特征矢量，然后利用支持向量机(SVM)算法求出各个频段能量对应的权重，作为变压器器身是否故障的依据。

当监测人员发现配电变压器所承载负载分配严重不平衡时，应及时切掉所承载的多余负荷，使之尽量维持平衡；当发现温升超出正常范围时，应通过操作单元对配电变压器的运行工况进行调控；当发现振动频率或幅值不在正常范围时，可能是配电变压器因长时间工作致使器身出现裂纹，或是配电变压器铁芯或绕组发生的变形、移位、松动所引起，可派工作人员前去检测具体故障。并且能将所出现的故障记录在存储单元，形成一专家系统，方便以后出现相似故障时用作参考。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。