專利名稱：一種基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型電カ變壓器在運(yùn)行中故障的檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
大型電カ變壓器是整個(gè)電カ系統(tǒng)中最重要、造價(jià)最高的設(shè)備之一，也是變電站的核心設(shè)備，是系統(tǒng)間連接及各個(gè)區(qū)域配送電的樞紐，它的運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到整個(gè) 電カ系統(tǒng)的運(yùn)行。由于長期運(yùn)行過程中，變壓器發(fā)生故障是不可避免的，而變壓器的故障有多種，其中機(jī)械故障是變壓器故障的主要原因之一，機(jī)械故障是指繞組和鐵心變形，其中繞組的變形和扭曲會(huì)導(dǎo)致變壓器的抗短路能力下降，容易引發(fā)重大的故障。隨著時(shí)間的變化，繞組和鐵心的變形會(huì)更加厲害，對(duì)電カ系統(tǒng)的影響也隨之加深。因此通過研究變壓器的振動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器，這對(duì)國家電カ系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義。目前，對(duì)變壓器故障的檢測(cè)方法主要是油色譜分析法，通過分辨變壓器運(yùn)行時(shí)內(nèi)部故障產(chǎn)氣與正常產(chǎn)氣在技術(shù)上的區(qū)別，從而達(dá)到故障診斷的目的。此方法需要定期對(duì)變壓器充油設(shè)備的油進(jìn)行油色譜分析，具有一定的局限性，也只能在一定程度上判斷變壓器的故障，并且不能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)變壓器，及時(shí)反饋?zhàn)儔浩鞯倪\(yùn)行狀況。因此該方案并不能真正解決電カ變壓器在運(yùn)行過程中故障的精確判斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種檢測(cè)精度高、實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為
ー種基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，包括傳感測(cè)量模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、輸出模塊；
所述傳感測(cè)量模塊的信號(hào)輸出端與信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸入端連接；信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸出端與信號(hào)處理模塊的信號(hào)輸入端連接；信號(hào)處理模塊的信號(hào)輸出端分別與信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸入端及輸出模塊的信號(hào)輸入端連接。所述傳感測(cè)量模塊包括加速度傳感器、緩沖放大濾波電路，所述加速度傳感器的信號(hào)輸出端與緩沖放大濾波電路的信號(hào)輸入端連接，緩沖放大濾波電路的信號(hào)輸出端與信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸入端連接。所述信號(hào)采集模塊包括模擬開關(guān)組、放大電路、低通濾波電器、絕對(duì)值檢波電路、方波轉(zhuǎn)換電路、峰值檢測(cè)電路；
信號(hào)處理模塊的信號(hào)輸出端與模擬開關(guān)組的信號(hào)輸入端連接，模擬開關(guān)組的信號(hào)輸出端與放大電路的信號(hào)輸入端連接，緩沖放大濾波電路的信號(hào)輸出端與放大電路的輸入端連接，放大電路的信號(hào)輸出端與低通濾波器的信號(hào)輸入端連接，低通濾波器的信號(hào)輸出端分別與絕對(duì)值檢波電路、峰值檢測(cè)電路的信號(hào)輸入端連接，絕對(duì)值檢波電路的信號(hào)輸出端與方波轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)輸入端連接，所述低通濾波器、方波轉(zhuǎn)換電路及峰值檢測(cè)電路的信號(hào)輸出端與信號(hào)處理模塊的信號(hào)輸入端連接。所述模擬開關(guān)組為高速模擬開關(guān)組；所述模擬開關(guān)組中不同的模擬開關(guān)帶有不同的偏置電壓。放大電路為普通運(yùn)放構(gòu)成的小信號(hào)放大電路；低通濾波器為四階低通濾波器。所述信號(hào)處理模塊包括用于轉(zhuǎn)換模擬量信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、用于處理數(shù)字信號(hào)的處理模塊；
所述低通濾波器、方波轉(zhuǎn)換電路及峰值檢測(cè)電路的信號(hào)輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸出端與 處理模塊的信號(hào)輸入端連接，處理模塊的信號(hào)輸出端分別與模擬開關(guān)組、輸出模塊的信號(hào)輸入端連接。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為10位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述輸出模塊包括液晶顯示模塊和/或發(fā)送模塊。所述信號(hào)處理模塊還連接有用于保存采集數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)器。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)在技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
(1)通過貼在變壓器箱壁的加速度傳感測(cè)量模塊來檢測(cè)變壓器的振動(dòng)信號(hào)，可根據(jù)實(shí)際情況改變傳感器的安裝位置，具有很大的靈活性和通用性；
(2)能在線監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀況，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的故障；
(3)采集裝置與電カ變壓器沒有電氣上的連接，避免磁性干擾的問題。


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)框 圖2是本發(fā)明所述的加速度傳感測(cè)量模塊安裝示意 圖3是本發(fā)明所述的ADXL50加速度傳感器電路 圖4是本系統(tǒng)所述的小信號(hào)放大電路 圖5是本發(fā)明所述的四階低通濾波電路 圖6是本發(fā)明所述的絕對(duì)值檢波電路 圖7是本發(fā)明所述的峰值檢測(cè)電路 圖8是本發(fā)明所述的方波轉(zhuǎn)換電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。如圖I所示，本發(fā)明的基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，包括傳感測(cè)量模塊I、信號(hào)采集模塊2、信號(hào)處理模塊3、輸出模塊4 ；
所述傳感測(cè)量模塊I的信號(hào)輸出端與信號(hào)采集模塊2的信號(hào)輸入端連接；信號(hào)采集模塊2的信號(hào)輸出端與信號(hào)處理模塊3的信號(hào)輸入端連接；信號(hào)處理模塊3的信號(hào)輸出端分別與信號(hào)采集模塊2的信號(hào)輸入端及輸出模塊4的信號(hào)輸入端連接。傳感測(cè)量模塊I包括加速度傳感器11、緩沖放大濾波電路12，加速度傳感器11的信號(hào)輸出端與緩沖放大濾波電路32的信號(hào)輸入端連接，緩沖放大濾波電路32的信號(hào)輸出端與信號(hào)采集模塊2的信號(hào)輸入端連接。
信號(hào)采集模塊2包括模擬開關(guān)組21、放大電路22、低通濾波電器23、絕對(duì)值檢波電路24、方波轉(zhuǎn)換電路25、峰值檢測(cè)電路26 ；
信號(hào)處理模塊3的信號(hào)輸出端與模擬開關(guān)組21的信號(hào)輸入端連接，模擬開關(guān)組21的信號(hào)輸出端與放大電路22的信號(hào)輸入端連接，緩沖放大濾波電路32的信號(hào)輸出端與放大電路22的輸入端連接，放大電路22的信號(hào)輸出端與低通濾波器23的信號(hào)輸入端連接，低通濾波器23的信號(hào)輸出端分別與絕對(duì)值檢波電路24、峰值檢測(cè)電路26的信號(hào)輸入端連接，絕對(duì)值檢波電路24的信號(hào)輸出端與方波轉(zhuǎn)換電路25的信號(hào)輸入端連接，所述低通濾波器23、方波轉(zhuǎn)換電路25及峰值檢測(cè)電路26的信號(hào)輸出端與信號(hào)處理模塊3的信號(hào)輸入端連接。模擬開關(guān)組21為高速模擬開關(guān)組；放大電路22為普通運(yùn)放構(gòu)成的小信號(hào)放大電路；低通濾波器23為四階低通濾波器。信號(hào)處理模塊3包括用于轉(zhuǎn)換模擬量信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器31、用于處理數(shù)字信號(hào)的處理模塊32 ；
低通濾波器23、方波轉(zhuǎn)換電路25及峰值檢測(cè)電路26的信號(hào)輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器31的信號(hào)輸入端連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器31的信號(hào)輸出端與處理模塊32的信號(hào)輸入端連接，處理模塊32的信號(hào)輸出端分別與模擬開關(guān)組21、輸出模塊4的信號(hào)輸入端連接。模數(shù)轉(zhuǎn)換器31為10位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述輸出模塊4包括液晶顯示模塊41和/或發(fā)送模塊42。在本實(shí)施例中傳感測(cè)量模塊采用型號(hào)為ADXL50的加速度傳感器，顯示模塊41采用128*64液晶顯示屏，其中信號(hào)處理模塊3采用型號(hào)為STM32F103VET6的單片機(jī)。如圖2所示，ADXL50的加速度傳感器均勻分布的安裝在電カ變壓器的箱壁上，各ADXL50的加速度傳感器的安裝位置都是鐵心相交處對(duì)應(yīng)的箱體位置，兩側(cè)各6路，共12路。ー種基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)方法，包括以下步驟
1)加速度傳感器11獲取變壓器箱壁上的變壓器振動(dòng)信號(hào)，輸出模擬電壓值至放大電路22 ;信號(hào)處理模塊2控制模擬開關(guān)組21中模擬開關(guān)的開關(guān)，改變放大電路22的參考電壓；
2)經(jīng)放大電路22輸出的模擬電壓值經(jīng)濾波、峰值檢測(cè)、方波轉(zhuǎn)換后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器31，將獲得的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)教幚砟K32 ；
3)處理模塊32對(duì)保存的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行小波變換獲得實(shí)際頻域圖；比較實(shí)際頻域圖與變壓器正常頻域圖，判斷變壓器是否有故障。本發(fā)明的工作流程包括(I) STM32單片機(jī)控制集成在片內(nèi)的10位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并儲(chǔ)存在外部的存儲(chǔ)設(shè)備上，通過利用小波分析變換，把電カ變壓器的振動(dòng)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域；(2)在電カ變壓器空載的情況下，經(jīng)過多次測(cè)量，得出變壓器正常狀態(tài)下鐵心的振動(dòng)頻域圖，并儲(chǔ)存在Flash內(nèi)存設(shè)備上；(3)利用鉄心的振動(dòng)信號(hào)，從檢測(cè)的變壓器振動(dòng)信號(hào)中分離出繞組的振動(dòng)信號(hào)；(4)通過分別比較變壓器鉄心和繞組實(shí)際的振動(dòng)信號(hào)與正常狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)，可判斷變壓器的運(yùn)行狀況。判斷變壓器故障包括以下情況
11)正常狀態(tài)下非晶合金鉄心變壓器振動(dòng)信號(hào)的基頻主要集中在IOOHz處，并伴有高次諧波(200Hz，，300 Hz, 400 Hz-),在I. 5kHz左右，頻率分量已基本衰減至O。當(dāng)測(cè)得變壓器振動(dòng)信號(hào)在IOOHz基頻處幅值大于正常值50mv的七倍以上吋，則說明繞組發(fā)生短路；
12)當(dāng)鉄心與繞組的振動(dòng)信號(hào)的頻域圖中持續(xù)出現(xiàn)5次以上高次諧波，并集中在200Hz到I. 5kHz范圍內(nèi)時(shí)，則變壓器可能出現(xiàn)故障，應(yīng)作進(jìn)一步檢測(cè)； 13)當(dāng)鉄心振動(dòng)信號(hào)的頻域圖的幅值與正常振動(dòng)信號(hào)的頻域圖幅值相差10%時(shí)發(fā)出警告，相差20%時(shí)變壓器應(yīng)退出工作。
權(quán)利要求
1.ー種基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，其特征在于包括傳感測(cè)量模塊(I)、信號(hào)采集模塊(2)、信號(hào)處理模塊(3)、輸出模塊(4); 所述傳感測(cè)量模塊(I)的信號(hào)輸出端與信號(hào)采集模塊(2)的信號(hào)輸入端連接；信號(hào)采集模塊(2 )的信號(hào)輸出端與信號(hào)處理模塊(3 )的信號(hào)輸入端連接；信號(hào)處理模塊(3 )的信號(hào)輸出端分別與信號(hào)采集模塊(2)的信號(hào)輸入端及輸出模塊(4)的信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，其特征在于所述傳感測(cè)量模塊(I)包括加速度傳感器(11 )、緩沖放大濾波電路(12 )，所述加速度傳感器(11)的信號(hào)輸出端與緩沖放大濾波電路(12)的信號(hào)輸入端連接，緩沖放大濾波電路(12)的信 號(hào)輸出端與信號(hào)采集模塊(2)的信號(hào)輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，其特征在于所述信號(hào)采集模塊(2)包括模擬開關(guān)組(21)、放大電路(22)、低通濾波電器(23)、絕對(duì)值檢波電路(24),方波轉(zhuǎn)換電路(25)、峰值檢測(cè)電路(26); 信號(hào)處理模塊(3)的信號(hào)輸出端與模擬開關(guān)組(21)的信號(hào)輸入端連接，模擬開關(guān)組(21)的信號(hào)輸出端與放大電路(22)的信號(hào)輸入端連接，緩沖放大濾波電路(32)的信號(hào)輸出端與放大電路(22)的輸入端連接，放大電路(22)的信號(hào)輸出端與低通濾波器(23)的信號(hào)輸入端連接，低通濾波器(23)的信號(hào)輸出端分別與絕對(duì)值檢波電路(24)、峰值檢測(cè)電路(26)的信號(hào)輸入端連接,絕對(duì)值檢波電路(24)的信號(hào)輸出端與方波轉(zhuǎn)換電路(25)的信號(hào)輸入端連接，所述低通濾波器(23)、方波轉(zhuǎn)換電路(25)及峰值檢測(cè)電路(26)的信號(hào)輸出端與信號(hào)處理模塊(3)的信號(hào)輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，其特征在于所述模擬開關(guān)組(21)為高速模擬開關(guān)組；放大電路(22)為小信號(hào)放大電路；低通濾波器(23)為四階低通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，其特征在于所述信號(hào)處理模塊(3)包括用于轉(zhuǎn)換模擬量信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(31)、用于處理數(shù)字信號(hào)的處理模塊(32)； 所述低通濾波器(23)、方波轉(zhuǎn)換電路(25)及峰值檢測(cè)電路(26)的信號(hào)輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(31)的信號(hào)輸入端連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(31)的信號(hào)輸出端與處理模塊(32)的信號(hào)輸入端連接，處理模塊(32)的信號(hào)輸出端分別與模擬開關(guān)組(21)、輸出模塊(4)的信號(hào)輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(31)為10位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述輸出模塊(4)包括液晶顯示模塊(41)和/或發(fā)送模塊(42)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，其特征在于所述信號(hào)處理模塊(3)還包括用于保存采集數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于振動(dòng)信號(hào)分析的變壓器故障檢測(cè)裝置，其檢測(cè)裝置包括傳感測(cè)量模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、輸出模塊；傳感測(cè)量模塊的信號(hào)輸出端與信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸入端連接；信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸出端與信號(hào)處理模塊的信號(hào)輸入端連接；信號(hào)處理模塊的信號(hào)輸出端分別與信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸入端及輸出模塊的信號(hào)輸入端連接。本發(fā)明涉及的信號(hào)處理模塊采用型號(hào)為STM32F103VET6的單片機(jī)作為核心運(yùn)算單元，完成12路振動(dòng)傳感信號(hào)頻譜分析，所得頻譜特征與變壓器正常狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)的頻譜特征進(jìn)行比較，通過查找電力變壓器故障對(duì)照表確定變壓器的故障類型。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102706443SQ20121018058
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者吳黎明, 唐露新, 梁長旺, 王桂棠, 鄧耀華 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)