本申请涉及电气设备在线监测技术领域,特别涉及一种有载分接开关状态监测装置。
背景技术:
有载分接开关作为变压器内部唯一可动的部件,其准确及时动作,不仅可以改善电压偏移,提高电能质量,还能改变电力系统潮流分布,增加电网调度的灵活性。伴随动作次数的增多,其故障率也相应增加,直接威胁到变压器的寿命。据国内数据表明,有载分接开关的故障约占变压器故障的30%,机械性故障是有载分接开关的主要故障类型,如开关切换不到位、制动失效、紧固件松动、弹簧动能不足等。目前,电网针对有载分接开关故障,采用预防性试验、定期检修和故障维修,其工作量大、效率低和测量精度不高,由此所带来的弊端日益凸显。因此,对有载分接开关进行状态监测,以预知其故障可能性,实现故障监测智能化,对电网安全可靠运行意义重大,应用前景广阔。
在过去的研究中,针对有载分接开关的状态监测主要方法是油中溶解气体分析(DGA)和动态阻抗测量,其监测过程需要介入变压器本体,影响有载分接开关的正常运行。
因此,如何非介入性地监测有载分接开关状态,实现对有载分接开关的故障诊断是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现要素:
本申请的目的是提供一种有载分接开关状态监测装置,能够非介入性地监测有载分接开关状态,实现对有载分接开关的故障诊断。
为解决上述技术问题,本申请提供一种有载分接开关状态监测装置,包括:
与有载分接开关连接,将特征信号转换为电压信号,并将电压信号发送至数据采集转换装置的传感测量装置;
与传感测量装置连接,将电压信号转换为数字信号,并将数字信号发送至信号处理装置的数据采集转换装置;
与数据采集转换装置连接,对数字信号进行处理得到处理数据,并将处理数据发送至以太网处理器的信号处理装置;
与信号处理装置连接,对处理数据进行分析得到分析结果的以太网处理器。
优选地,数据采集转换装置通过总线与信号处理装置连接。
优选地,数据采集转换装置,包括:
A/D转换器和CPLD芯片;其中,A/D转换器连接于CPLD芯片。
优选地,A/D转换器通过总线中的数据总线与信号处理装置中的DSP芯片连接。
优选地,以太网处理器通过以太网与信号处理装置连接。
优选地,该有载分接开关状态监测装置还包括:
分别与传感测量装置以及数据采集转换装置连接,用于对电压信号进行低通滤波的信号调理装置。
优选地,该有载分接开关状态监测装置还包括:
与信号处理装置连接,用于存储数据的存储芯片。
优选地,该有载分接开关状态监测装置还包括:
与信号处理装置连接的电源装置。
优选地,传感测量装置,包括:
电流互感器和振动传感器;其中,电流互感器和振动传感器均与数据采集转换装置连接。
优选地,信号处理装置,包括:
DSP芯片和ARM芯片;其中,DSP芯片通过HPI连接于ARM芯片。
本申请所提供的本申请提供一种有载分接开关状态监测装置,包括:与有载分接开关连接,将特征信号转换为电压信号,并将电压信号发送至数据采集转换装置的传感测量装置;与传感测量装置连接,将电压信号转换为数字信号,并将数字信号发送至信号处理装置的数据采集转换装置;与数据采集转换装置连接,对数字信号进行处理得到处理数据,并将处理数据发送至以太网处理器的信号处理装置;与信号处理装置连接,对处理数据进行分析得到分析结果的以太网处理器。
可见,该装置中传感测量装置将特征信号转换成电压信号,数据采集转换装置再将电压信号转换成数字信号,信号处理装置再对数字信号进行处理得到处理数据,最后通过以太网处理器对处理数据进行分析得到分析结果。该装置只需获取有载分接开关的特征信号并对其进行转换、处理和分析,并不需要介入变压器本体对有载分接开关进行状态监测,能在变压器带电的情况下进行,实现对有载分接开关的故障诊断,有效解决定期检修和故障检修存在的检测周期长、浪费人力物力等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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申请的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种有载分接开关状态监测装置结构示意图;
图2为本申请实施例所提供的信号采集控制流程图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种有载分接开关状态监测装置,能够非介入性地监测有载分接开关状态,实现对有载分接开关的故障诊断。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
请参考图1,图1为本申请实施例所提供的一种有载分接开关状态监测装置结构示意图。该有载分接开关状态监测装置,包括:与有载分接开关连接,将特征信号转换为电压信号,并将电压信号发送至数据采集转换装置102的传感测量装置101;与传感测量装置101连接,将电压信号转换为数字信号,并将数字信号发送至信号处理装置103的数据采集转换装置102;与数据采集转换装置102连接,对数字信号进行处理得到处理数据,并将处理数据发送至以太网处理器104的信号处理装置103;与信号处理装置103连接,对处理数据进行分析得到分析结果的以太网处理器104。
传感测量装置101通常与有载分接开关电连接,用于将从有载分接开关传输来的特征信号转换为电压信号,并将电压信号发送至数据采集转换装置102。其中,特征信号通常包括有载分接开关的振动信号和驱动电机电流信号,所以将特征信号转换为电压信号,通常需要将振动信号和驱动电机电流信号均转换为电压信号。故传感测量装置101通常包括振动传感器和电流互感器,用于分别将振动信号和驱动电机电流信号转换为电压信号,电流互感器和振动传感器均与数据采集转换装置102连接,用于将电压信号发送至数据采集转换装置102。进一步地,通常还设置信号调理装置,分别与传感测量装置101以及数据采集转换装置102连接,用于对电压信号进行低通滤波和限压保护。
在此,对振动传感器和电流互感器的型号以及数量均不作限定,应由本领域技术人员根据实际情况进行相应的设定。电流互感器通常为电机电流互感器中的5A/5mA的开口式互感器,安装于分接开关控制箱内,取一相电机电流,易于安装。振动传感器通常选用DH186E压电式加速度传感器,通常在振动传感器前端设有绝缘陶瓷线缆外包裹金属波纹管,主要性能参数详见表1,表1为DH186E压电式加速度传感器的主要性能参数。
表1DH186E压电式加速度传感器的主要性能参数
数据采集转换装置102通常与传感测量装置101电连接,用于对采集到的电压信号进行模数转换,将电压信号转换为数字信号,并将数字信号发送至信号处理装置103。其中,进行模数转换需对电压信号进行抽样、量化和编码三个处理过程。其中,抽样过程中抽样时间间隔需满足奈奎斯特定律,具体抽样时间间隔数值多少在此不作限定;量化过程中采用何种量化方式在此不作限定,通常采用均匀间隔量化方式;编码过程中编码方式在此也不作限定,通常采用二进制编码的方式。数据采集转换装置102通常包括模数转换装置以及控制模数转换装置的时序控制装置,进一步地,模数转换装置通常为A/D转换器,时序控制装置通常为CPLD芯片。CPLD芯片控制A/D转换器的时序完成通路选择和模数转换等数据采集和转换的过程,该过程为较为成熟的现有技术,在此不再赘述。在此,对CPLD芯片和A/D转换器的型号均不作限定,应由本领域技术人员根据实际情况进行相应的设定。
信号处理装置103与数据采集转换装置102连接,用于对数字信号进行处理得到处理数据,并将处理数据发送至以太网处理器104。信号处理装置103通常包括DSP芯片和ARM芯片,所以对数字信号需经过DSP芯片和ARM芯片的处理,最终得到处理数据。在此,对DSP芯片和ARM芯片的型号均不作限定,应由本领域技术人员根据实际情况进行相应的设定。
以太网处理器104与信号处理装置103连接,对处理数据进行分析得到分析结果。其中,以太网处理器104对处理数据进行分析的分析方式在此不作限定,例如可以是将处理数据与预存的结果数据进行比对,最终得到分析结果。在此,对以太网处理器104的型号不作限定,应由本领域技术人员根据实际情况进行相应的设定,通常以太网处理器104为MPI-131以太网处理器。以太网处理器104与信号处理装置103的连接方式在此不作具体限定,通常以太网处理器104通过以太网与信号处理装置103的连接。
该装置中传感测量装置将特征信号转换成电压信号,数据采集转换装置再将电压信号转换成数字信号,信号处理装置再对数字信号进行处理得到处理数据,最后通过以太网处理器对处理数据进行分析得到分析结果。该装置只需获取有载分接开关的特征信号并对其进行转换、处理和分析,并不需要介入变压器本体对有载分接开关进行状态监测,能在变压器带电的情况下进行,实现对有载分接开关的故障诊断,有效解决定期检修和故障检修存在的检测周期长、浪费人力物力等问题。在抗干扰方面,根据现场情况可以在振动传感器前端定制了绝缘陶瓷线缆外包裹金属波纹管,两路信号经软硬件双重滤波,硬件电路也增加信号隔离模块,以此保证能准确拾取到与有载分接开关动作相关的各种信号。
基于上述实施例,本实施例中数据采集转换装置102通常通过总线与信号处理装置103连接。其中,采用总线用来传输数据的优势在于:总线上可以连接多个器件或设备且总线传送数据多为双向的。在此,对总线的种类不作限定,应由本领域技术人员根据实际情况进行相应的设定,例如可以为数据总线,也可为控制总线,通常对不同种类总线的选择应根据传送的内容来定,这样传输数据的效果最好。此外,对于每种总线的型号也不作具体限定,应根据实际情况进行相应的设定。
基于上述实施例,本实施例中数据采集转换装置102,通常包括:A/D转换器和CPLD芯片;其中,A/D转换器连接于CPLD芯片。在此,对A/D转换器和CPLD芯片的型号均不作限定,例如A/D转换器可以为高速高精度模数转换器,不仅模数转换的速度快而且得到的数字信号质量更好,如数字信号中噪声信号更少。CPLD芯片可以为MAX3000CPLD芯片,其对A/D转换器进行时序控制效果很好。CPLD芯片控制A/D转换器的时序完成通路选择和模数转换等数据采集和转换的过程后,A/D转换器会发送中断信号至CPLD芯片,CPLD芯片接收到中断信号后向A/D转换器发送读指令,同时发送INT信号通知DSP芯片读取A/D转换器转换出的数字信号。上述A/D转换器和CPLD芯片之间的交互过程为较为成熟的现有技术,在此不再赘述。其中,CPLD芯片通常通过控制总线连接于DSP芯片,用于发送INT信号。在此对A/D转换器与CPLD芯片的连接方式不作限定,例如A/D转换器也可通过控制总线连接于CPLD芯片。
基于上述实施例,本实施例中A/D转换器通常通过总线中的数据总线与信号处理装置中的DSP芯片连接。对不同种类总线的选择应根据传送的内容来定,数据总线是双向三态形式的总线,能够决定每次传输数据的大小,传输数据的效果好。在此,对于数据总线的型号和长度均不作具体限定,应由本领域技术人员根据实际情况进行相应的设定。
基于上述任意实施例,本实施例中信号处理装置103通常包括:DSP芯片和ARM芯片;其中,DSP芯片通过HPI连接于ARM芯片。当DSP读取完数字信号后,针对不同的电压信号进行相应的算法处理,然后将处理后的数据传给ARM芯片进行处理,得到处理数据。ARM芯片可以通过实时操作系统实现了多任务的操作与管理、人机交互与通信和数据交换等功能。上述DSP芯片和ARM芯片的处理过程,均为较为成熟的现有技术,在此不再赘述。其中,DSP芯片具有运算与数据处理能力较强的优点,可以用来快速的实现各种数字信号算法处理,ARM芯片具有面积最小、接口丰富、控制能力强等优点。在此,对DSP芯片和ARM芯片的型号均不作限定,通常使用的DSP芯片为TMS320VC5402芯片,通常使用的ARM芯片为ARM968E-S芯片。
TMS320VC5402芯片是TI公司生产的从属于TMS320C54x系列的一个工作灵活、高速、性价比高、低功耗的16位定点通用DSP芯片。其主要特点包括:采用改进的哈佛结构,1条程序总线(PB),3条数据总线(CB、DB、EB)和4条地址总线(PAB,CAB,DAB,EAB),带有专用硬件逻辑CPU、片内存储器,片内外围专用的指令集,专用的汇编语言工具等。TMS320VC5402芯片含4K字节的片内ROM和16K字节的双存取RAM,1个HPI(Host Port Interface)接口,2个多通道缓冲单口MCBSP(Multi-Channel Buffered Serial Port),单周期指令执行时间10ns,双电源(1.8V和3.3V)供电,带有符合IEEE1149.1标准的JTAG边界扫描仿真逻辑,且有两个McBSP多通道缓存串行口。
ARM968E-S芯片基于ARMv5TE体系结构,高效的5阶段管道,可增加吞吐量和提高系统性能,双存储TCM,同时支持ARM和Thumb®指令集,高效ARM-Thumb交互操作允许最佳组合性能和代码密度,哈佛体系结构即独立的指令和数据内存接口,增加了可用内存带宽,同时访问I&D内存,32位ALU和桶式移位器,增强型32位MAC块,协处理器接口内存控制器。
进一步地,本实施例中通常还包括与信号处理装置103连接,用于存储数据的存储芯片。通常信号处理装置103中的DSP芯片和ARM芯片分别与一个存储芯片连接,除了存储数据之外还可以调用存储芯片中的数据。在此,对于存储芯片的型号和数量均不作具体限定,存储芯片通常为IDT72V3680存储芯片,属于IDT公司的高密度supersyncTMⅡ36位系列存储器IDT72V3640~3690中的一种,其存储结构为16384×36。
进一步地,本实施例中通常还包括与信号处理装置103连接的电源装置,在此对于电源装置的种类和数量均不作限定。通常信号处理装置中的DSP芯片和ARM芯片均和电源装置连接,具体连接方式在此也不作限定。
以上对一种有载分接开关状态监测装置进行了详细的介绍,下面将介绍信号采集系统的软件设计。
在启动系统进行信号采集时,首先使用默认配置参数来设定系统的存储器资源和总线占用资源,以及中进入主程序的入口设置,所有寄存器清零,断矢量的设置等主程序运行前的准备工作。进入系统软件的主程序运行,控制A/D转换器的时序完成信号采样的过程。其中,通过计数器判断A/D转换器的采样次数是否达到设定的次数,若未达到则继续进行采样,反之则进行A/D数据转换。当A/D转换器完成数据转换工作后将输出低电平有效的中断信号,通过判断中断输出端口的信号是否为低电平来确定A/D转换器是否完成了数据转换。当中断信号端口输出低电平信号时,即INT为零时,表示A/D转换器已完成数据转换,A/D转换器读数据,将14位转换后的数字量存储在SRAM中,最终读取SARM中数据。信号采集控制流程图如图2所示,图2为本申请实施例所提供的信号采集控制流程图。
以上对本申请所提供的有载分接开关状态监测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以对本申请进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。