一种变压器绕组变形故障检测装置的制作方法

本实用新型属于高压电力设备检测装置领域，具体涉及一种变压器故障检测装置。

背景技术：

变压器作为电网的重要组成部分，对电网的安全运行尤为重要。

近些年来，相关学者针对变压器故障检测提出了很多方法，典型的有谐波阻抗法、短路阻抗法、超声波法、低压脉冲法、频率响应法和振动频响法等。在这些方法里，频率响应法是应用最为广泛、效果最为理想的一种，并且该方法已有了相关国家标准（《DL/T911-2004电力变压器绕组变形的频率响应分析法》）和国际标准，并在电网公司里有了配套检测设备（变压器绕组变形测试仪）。

频率响应法测试原理（载自见《DL/T911-2004电力变压器绕组变形的频率响应分析法》第2页）是：在较高频率的电压作用下，变压器的每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感 (互感)、电容等分布参数构成的无源线性双口网络，其内部特性可通过传递函数 H (jw)) 描述，参见本说明书附图1所示。如果绕组发生变形，绕组内部的分布电感、电容等参数必然改变，导致其等效网络传递函数 H (jw)) 的零点和极点发生变化，使网络的频率响应特性发生变化。

用频率响应分析法检测变压器绕组变形，是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的差异，判断变压器可能发生的绕组变形。

现有技术中，采用频率响应法的测试结构示意图参见本说明书附图2所示。但现有的频率响应法的使用虽然较为有效，但测试信号容易受到各种不确定因素的影响，例如，测试信号对导线所具有杂散电容异常敏感，当杂散电容发生变化时，频响曲线易发生明显变化，从而引发误诊断。即使用同一检测设备测试同一台变压器，当测试所用的信号传输线（导线）的分布走向发生变化时，就会导致导线的杂散电容发生变化，从而使得测得的频响曲线发生变化，影响测试准确性。

基于此，申请人考虑设计一种结构可靠合理，检测更为准确的变压器绕组变形故障检测装置。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种结构可靠合理，检测更为准确的变压器绕组变形故障检测装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种变压器绕组变形故障检测装置，包括信号发生器、信号采集卡和工控机；所述信号发生器用于输出正弦波激励源；

所述信号采集卡具有两个输入接口和一个输出接口，且所述信号采集卡的两个输入接口中的一个为用于与待测变压器绕组的输入端相连接的激励接口，另一个为用于与待测变压器绕组的输出端相连接的检测接口；所述信号采集卡的输出接口用于输出待测变压器绕组的幅频响应曲线；

所述工控机用于显示出幅频响应曲线；其特征在于：

还包括信号采集发射模块和信号接收模块；

所述信号采集发射模块包括模数转换电路、衰减电路、信号采集用单片机、信号发射用功放电路和信号发射天线；所述模数转换电路的输入端口采用通信线缆与所述信号采集卡的输出接口相连接，所述模数转换电路的输出端口与所述衰减电路的输入端口相连接，所述衰减电路的输出端口与所述信号采集用单片机的输入引脚相连接，所述信号采集用单片机的输出引脚与所述信号发射用功放电路的输入端口相连接，所述信号发射用功放电路的输出端口与所述信号发射天线相连接；

所述信号接收模块包括信号接收天线、信号接收用功放电路、检波电路和信号接收用单片机；所述信号接收天线与所述信号发射天线无线耦合相连，所述信号接收天线的输出端口与所述信号接收用功放电路的输入端口相连接，所述信号接收用功放电路的输出端口与所述信号接收用单片机的输入引脚相连接，所述信号接收用单片机的输出引脚与所述工控机的输入端口相连接。

本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置的工作过程为：

首先，通过现有的的频响法采集到幅频响应曲线（信号）以后，输出信号到模数转换电路，经模数转换后再输出信号到衰减电路，信号衰减到正常大小后输入单片机。

然后，再由单片机输出信号到功放电路输入端口，功率放大后的信号输出到天线，以电磁波形式发射出信号后，通过电磁感应在接收端的天线感应电流信号，感应出的电流信号后经功放电路放大后，解调后输入到单片机里，单片机再把信号输入到工控机里分析。

本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置的工作原理为：

因为，本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置无线通信的方式来传输测试信号，这样一来，就能够大幅缩短工控机与信号采集卡之间传输电缆的使用量，有效降低传输电缆中杂散电容对测试信号的干扰，从而使得检测的结果更为准确，提高频响法对于变压器绕组变形的诊断准确程度。

作为优选，所述衰减电路包括电阻，所述电阻的输入端构成所述衰减电路的输入端口，所述电阻的输出端构成所述衰减电路的输出端口。

衰减电路的作用为令模数转换后的幅度较高的信号转换为适合单片机输入的信号，一般采用频响法检测的激励信号的幅度为20V，而单片机的输入信号一般低于5V，所以采用衰减电路对信号进行衰减能够避免烧毁单片机，确保本实用新型变压器绕组变形故障检测装置能够持久可靠的使用。

且在采用本优选技术方案后，可使得本变压器绕组变形故障检测装置的结构更为简化，价格更为低廉。

作为优选，所述信号采集用单片机和信号接收用单片机为同一个单片机。

单块单片机上均具有多组相对应的输入/输出引脚，故能够满足信号接收与信号采集的数据传输要求。

且在采用本优选技术方案后，可使得本变压器绕组变形故障检测装置的结构更为简化，价格更为低廉。

作为优选，所述同一个单片机为型号为MSP430的单片机。

这样一来，即可利用型号MSP430单片机具备超低功耗和高可靠性的特点，能够使得本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置的测试更为节能可靠。

与此同时，当本技术方案以MSP43系列单片机（具体型号可选择0F5438）作为控制核心，分别调控两个信号终端，一个终端用作采集发射信号，另一个终端用作接收信号。

采集发射信号的终端通过串口输出的电平控制本振（即：LC振荡器）的开断以实现OOK调制（即：二进制启闭键控(OOK：On-Off Keying)又名二进制振幅键控(2ASK),是载波的振幅随着数字基带信号（数字基带信号为二进制）而变化的数字调制），然后再通过功放发射出去，发射处的信号在接受信号的天线耦合出感应电流；

接收信号的终端将感应电流进行放大，再通过检波电路对放大后的信号解调，解调后的信号输入单片机转换后再输入工控机里分析。

无线传输的信号通过电磁波的耦合传播，当电磁波在空间传播时，参数匹配的天线间耦合出电流，从而实现了信号由一个天线传递为另一个天线的功能。

综上也可以看出，本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置在使用时，采用OOK的调制方式，该方式的调制度为100%，电路组成简单，解调容易实现且准确可靠。

作为优选，所述信号发射用功放电路和信号接收用功放电路均采用相同的功放电路结构，所述功放电路结构包括2SC3355三极管，所述2SC3355三极管的集电极与发射极之间构成该功放电路结构的输出端口，所述2SC3355三极管的基极与发射极之间构成该功放电路结构的输入端口。

采用上述优选技术方案后，可具有电路放射功率高，价格便宜，转换效率高，容易调谐，能符合测试要求的距离和功耗的优点。

本实用新型在使用时的无线通信协议为：由信号采集节点主动发起传输，信号接收终端收集探测节点发送的信息。该协议的通信宽带利用高，且更为省电。载波信号频率约为10.7MHZ，功放激励信号为正弦波。

同现有技术相比较，本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置具有以下有益技术效果：

①本实用新型不涉及复杂的电路结构，工作原理简单，并且，所使用的元件价格低廉，可以直接应用在变压器频响法的测试设备中。

②本实用新型用无线传输的方案代替测试线路，以避免测试线路分布变化所出现的杂散电容的影响，以便提高测试的准确程度，有较好的创新性。

③本实用新型仍是基于频率响应法来获得幅频响应曲线，频率响应法是低电压测试方法，测试环境无能量较大的电磁脉冲，所以不会对无线传输造成电磁干扰，更好地确保本实用新型的检测结果的准确性。

④本实用新型所用元件的功耗较低，有利于节约能源，绿色环保，所以本实用新型经济性好。

附图说明

图1为频率响应分析法的基本检测回路。

图2为现有采用频率响应法的检测设备的接线示意图。

图3为本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置的原理图。

图4为本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置中所采用的功放电路结构的电路图。

图5为本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置中信号采集发射模块中的74HC00芯片的接线图。

图6为本实用新型的变压器绕组变形故障检测装置中信号接收模块的局部电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。其中，针对描述采用诸如上、下、左、右等说明性术语，目的在于帮助读者理解，而不旨在进行限制。

一种变压器绕组变形故障检测装置，包括信号发生器、信号采集卡和工控机；所述信号发生器用于输出正弦波激励源；

所述信号采集卡具有两个输入接口和一个输出接口，且所述信号采集卡的两个输入接口中的一个为用于与待测变压器绕组的输入端相连接的激励接口，另一个为用于与待测变压器绕组的输出端相连接的检测接口；所述信号采集卡的输出接口用于输出待测变压器绕组的幅频响应曲线；

所述工控机用于显示出幅频响应曲线；

如图3所示，还包括信号采集发射模块和信号接收模块；

所述信号采集发射模块包括模数转换电路、衰减电路、信号采集用单片机、信号发射用功放电路和信号发射天线；所述模数转换电路的输入端口采用通信线缆与所述信号采集卡的输出接口相连接，所述模数转换电路的输出端口与所述衰减电路的输入端口相连接，所述衰减电路的输出端口与所述信号采集用单片机的输入引脚相连接，所述信号采集用单片机的输出引脚与所述信号发射用功放电路的输入端口相连接，所述信号发射用功放电路的输出端口与所述信号发射天线相连接；

所述信号接收模块包括信号接收天线、信号接收用功放电路、检波电路和信号接收用单片机；所述信号接收天线与所述信号发射天线无线耦合相连，所述信号接收天线的输出端口与所述信号接收用功放电路的输入端口相连接，所述信号接收用功放电路的输出端口与所述信号接收用单片机的输入引脚相连接，所述信号接收用单片机的输出引脚与所述工控机的输入端口相连接。

其中，所述衰减电路包括电阻，所述电阻的输入端构成所述衰减电路的输入端口，所述电阻的输出端构成所述衰减电路的输出端口。

其中，所述信号采集用单片机和信号接收用单片机为同一个单片机。

其中，所述同一个单片机为型号为MSP430的单片机。

如图4所示，其中，所述信号发射用功放电路和信号接收用功放电路均采用相同的功放电路结构，所述功放电路结构包括2SC3355三极管，所述2SC3355三极管的集电极与发射极之间构成该功放电路结构的输出端口，所述2SC3355三极管的基极与发射极之间构成该功放电路结构的输入端口。

实施时（如图5所示），所述信号发射用功放电路还包括74HC00芯片。74HC00为一高频cmos元件，可以对输入的信号实现与运算、非运算等数字运算，采用该芯片能够可使得本实用新型使用时的功耗更低。

实施时（如图6所示），信号接收用功放电路通过两个反接电容限幅，再由谐振电路放大后包络检波。

上述变压器绕组变形故障检测装置的工作过程为：

首先，通过现有的的频响法采集到幅频响应曲线（信号）以后，输出信号到模数转换电路，经模数转换后再输出信号到衰减电路，信号衰减到正常大小后输入单片机。

然后，再由单片机输出信号到功放电路输入端口，功率放大后的信号输出到天线，以电磁波形式发出后，通过电磁感应在另一端的天线感应电流信号，感应出的电流信号后经功放电路放大后，解调后输入到单片机里，单片机再把信号输入到工控机里分析。

上述的变压器绕组变形故障检测装置的工作原理为：

因为，上述的变压器绕组变形故障检测装置无线通信的方式来传输测试信号，这样一来，就能够大幅缩短工控机与信号采集卡之间传输电缆的使用量，故能够有效降低传输电缆中杂散电容对测试信号的干扰，使得测试的结果更为准确，提高频响法对于变压器绕组变形的诊断准确程度。

同现有技术相比较，上述的变压器绕组变形故障检测装置具有以下有益技术效果：

①上述不涉及复杂的电路结构，工作原理简单，并且，所使用的元件价格低廉，可以直接应用在变压器频响法的测试设备中。

②上述用无线传输的方案代替测试线路，以避免测试线路分布变化所出现的杂散电容的影响，以便提高测试的准确程度，有较好的创新性。

③上述仍是基于频率响应法来获得幅频响应曲线，频率响应法是低电压测试方法，测试环境无能量较大的电磁脉冲，所以不会对无线传输造成电磁干扰，更好地确保上述的检测结果的准确性。

④上述所用元件的功耗较低，有利于节约能源，绿色环保，所以上述经济性好。

以上仅是本实用新型优选的实施方式，需指出是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，上述变形和改进的技术方案应同样视为落入本申请要求保护的范围。