多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置及診斷方法
【專利摘要】多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置及診斷方法，該裝置包括電壓傳感器、電流傳感器、振動(dòng)加速度傳感器、移相放大電路、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換控制電路、DSP、雙口RAM和MCU，該診斷方法：采集電力變壓器的三相一次側(cè)電壓信號、三相二次側(cè)電壓信號、三相一次側(cè)電流信號和三相機(jī)械振動(dòng)信號，對信號進(jìn)行處理，將各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號通過FFT分解得到各相機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值，建立在線短路電抗模型，計(jì)算電力變壓器各相繞組的短路電抗，利用各相各相繞組的短路電抗和電流有效值與其對應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值擬合結(jié)果來診斷變壓器的機(jī)械振動(dòng)故障。
【專利說明】多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置及診斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力變壓器故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及多信息融合的電力變壓器繞 組在線監(jiān)測裝置及診斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的輸變電設(shè)備之一，連接多個(gè)電壓等級，在電網(wǎng)中 處于樞紐地位。其運(yùn)行的安全可靠性直接影響電網(wǎng)的運(yùn)行安全，提高電力變壓器的運(yùn)行可 靠性，對整個(gè)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。
[0003] 電力變壓器故障包括機(jī)械故障，絕緣故障，過熱故障等，多數(shù)絕緣故障由機(jī)械故障 引起。關(guān)于大型電力變壓器故障的統(tǒng)計(jì)報(bào)告中大約有60% W上屬于繞組內(nèi)部機(jī)械故障，通 過統(tǒng)計(jì)分析得出因繞組變形、繞組壓緊松動(dòng)等引起的機(jī)械故障是變壓器故障的主要組成部 分，因此為了能保證變壓器運(yùn)行的安全可靠性，開展變壓器繞組運(yùn)行狀態(tài)的研究顯得尤為 重要
[0004] 當(dāng)今采用的繞組故障診斷方法主要為頻率響應(yīng)分析法和短路電抗試驗(yàn)法，兩種方 法都要求變壓器退出運(yùn)行后離線檢測，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器運(yùn)行的狀況。振動(dòng)分析法雖然 可W對變壓器進(jìn)行在線監(jiān)測，但該方法對周圍環(huán)境要求高，變壓器運(yùn)行工況及環(huán)境溫度等 因素都會(huì)對變壓器的振動(dòng)信號測量結(jié)果產(chǎn)生很大影響。綜合現(xiàn)有幾種診斷方法可W看出當(dāng) 前電力變壓器繞組在線故障診斷只是利用單一或某幾個(gè)試驗(yàn)參數(shù)得出診斷結(jié)果，存在的診 斷信號單一化，無法全面監(jiān)測電力變壓器繞組運(yùn)行狀況的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置 及診斷方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置，包括電壓傳感器、電流傳感器、振動(dòng) 加速度傳感器、移相放大電路、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換控制電路、DSP、雙口 RAM和MCU (微 控制單元）。
[0008] 電壓傳感器的輸出端、電流傳感器的輸出端和振動(dòng)加速度傳感器的輸出端分別連 接移相放大電路的輸入端，移相放大電路的輸出端連接信號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理 電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸出端連接DSP的輸 入端，DSP與MCU通過雙口 RAM進(jìn)行連接。
[0009] 電流傳感器和電壓傳感器分別連接變電站的電流互感器二次側(cè)、電壓互感器二次 側(cè)。
[0010] 振動(dòng)加速度傳感器安裝于電力變壓器H相繞組在油箱側(cè)壁的對應(yīng)位置。
[0011] 所述的移相放大電路用于將采集的信號進(jìn)行去禪和濾波處理，包括運(yùn)算放大器、 第一電容、第二電容、第H電容、反饋電阻、第一滑動(dòng)變阻器和第二滑動(dòng)變阻器，運(yùn)算放大器 的輸入端并聯(lián)兩個(gè)反接的二極管，運(yùn)算放大器的輸出端連接第H電容的一端，第H電容的 另一端接地，運(yùn)算放大器的輸入端還連接第一滑動(dòng)變阻器的一端，第一滑動(dòng)變阻器的另一 端連接反饋電阻的一端，反饋電阻的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端，運(yùn)算放大器的輸入 端還連接第二滑動(dòng)變阻器的一端，第二滑動(dòng)變阻器的另一端連接第一電容的一端，第一電 容的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端，運(yùn)算放大器的輸入端還連接第二電容的一端，第二 電容的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端。
[0012] 所述的信號調(diào)理電路用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成全差分輸入信號，包括第一運(yùn)算放大 器、第二運(yùn)算放大器、第一電阻、第二電阻、第H電阻、第四電阻、第五電阻和第六電阻，第一 運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接第H電阻的一端，第H電阻的另一端接地，第一運(yùn)算放大器的 正輸入端連接第四電阻的一端，第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端還連接第一電阻的一端，第一 電阻的另一端連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一運(yùn)算放大器的正輸入端還連接第二電阻 的一端，第二電阻的另一端連接第二運(yùn)算放大器的輸出端，第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與 輸出端短接，第一運(yùn)算放大器的輸出端連接第五電阻的一端，第五電阻的另一端連接A/D 轉(zhuǎn)換控制電路的輸入端，第二運(yùn)算放大器的輸出端還連接第六電阻的一端，第六電阻的另 一端連接A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸入端，第二運(yùn)算放大器的正輸入端連接A/D轉(zhuǎn)換控制電路 的輸入端。
[0013] 所述的A/D轉(zhuǎn)換控制電路包括兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片，且兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片級聯(lián)。
[0014] 采用多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置的電力變壓器繞組診斷方法，包 括W下步驟：
[0015] 步驟1 ;電壓傳感器通過變電站的電壓互感器二次側(cè)采集電力變壓器的H相一次 側(cè)電壓信號和H相二次側(cè)電壓信號，電流傳感器通過變電站的電流互感器二次側(cè)采集電力 變壓器的H相一次側(cè)電流信號，振動(dòng)傳感器采集電力變壓器的H相機(jī)械振動(dòng)信號。
[0016] 步驟2 ;移相放大電路將電力變壓器的各相一次側(cè)電壓信號、各相二次側(cè)電壓信 號和各相一次側(cè)電流信號及電力變壓器油箱各相機(jī)械振動(dòng)信號進(jìn)行去禪和濾波處理。
[0017] 步驟3 ;信號調(diào)理電路將去禪和濾波處理后的各相一次側(cè)電壓信號、各相二次側(cè) 電壓信號、各相一次側(cè)電流信號及各相機(jī)械振動(dòng)信號進(jìn)行限幅處理，使其滿足A/D轉(zhuǎn)換控 制電路的輸入范圍。
[001引步驟4 ;A/D轉(zhuǎn)換控制電路將限幅處理后的各相一次側(cè)電壓信號、各相二次側(cè)電壓 信號、各相一次側(cè)電流信號及各相機(jī)械振動(dòng)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到各相一次側(cè)電壓數(shù)字 信號、各相二次側(cè)電壓數(shù)字信號、各相一次側(cè)電流數(shù)字信號及各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號。
[0019] 步驟5 =DSP采用短路電抗法和機(jī)械振動(dòng)法對各相一次側(cè)電壓數(shù)字信號、各相二次 側(cè)電壓數(shù)字信號、各相一次側(cè)電流數(shù)字信號及各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號進(jìn)行處理，對電力變 壓器各相繞組進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)故障診斷。
[0020] 步驟5. 1 ;分別計(jì)算各相一次側(cè)電壓數(shù)字信號的相量、相角和有效值、各相二次側(cè) 電壓數(shù)字信號相量、相角和有效值、各相一次側(cè)電流數(shù)字信號相量、相角和有效值。
[0021] 步驟5. 2 ;將各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號通過FFT分解進(jìn)行頻域特征提取，得到各相機(jī) 械振動(dòng)信號的基頻幅值，將各相機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值作為電力變壓器各相繞組的機(jī)械 振動(dòng)特征值。
[0022] 步驟5. 3 ;建立電力變壓器的在線短路電抗模型，將各相一次側(cè)電壓數(shù)字信號、各 相二次側(cè)電壓數(shù)字信號和各一次側(cè)電流數(shù)字信號作為電力變壓器的在線短路電抗模型的 輸入，計(jì)算出電力變壓器各相繞組的短路電抗，將電力變壓器各相繞組的短路電抗作為電 力變壓器各相繞組的電氣特征值。
[0023] 步驟5. 4 ;計(jì)算電力變壓器各相繞組的短路電抗與歷史無故障的電力變壓器各相 繞組的短路電抗的電抗變化率。
[0024] 步驟5.5 ;設(shè)定電抗變化率的上限闊值和電抗變化率的下限闊值，若得到的電力 變壓器繞組的電抗變化率大于電抗變化率上限闊值，則判定電力變壓器的該相繞組存在機(jī) 械振動(dòng)故障，執(zhí)行步驟6,若得到的電力變壓器繞組的電抗變化率大于電抗變化率下限闊值 且小于電抗變化率上限闊值，則執(zhí)行步驟5. 6,若得到的電力變壓器繞組的電抗變化率小于 電抗變化率下限闊值，則判定電力變壓器的該相繞組正常，執(zhí)行步驟6。
[00巧]步驟5. 6 ;將電力變壓器繞組的各相電流有效值與其對應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)信號的基頻 幅值進(jìn)行擬合，將得到的各相電流有效值與其對應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值擬合結(jié)果與 歷史無故障的電力變壓器繞組的該相電流有效值與其對應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值擬 合結(jié)果進(jìn)行匹配，判斷匹配結(jié)果存在的誤差是否在誤差允許范圍內(nèi)，若是，則判定電力變壓 器的該相繞組正常，否則，則判定電力變壓器的該相繞組存在機(jī)械振動(dòng)故障。
[0026] 步驟6 =MUC將電力變壓器的各相繞組的判定結(jié)果通過顯示屏進(jìn)行顯示，判定結(jié)果 包括；繞組正常、A相繞組機(jī)械振動(dòng)故障、B相繞組機(jī)械振動(dòng)故障、C相繞組機(jī)械振動(dòng)故障和 H相繞組機(jī)械振動(dòng)故障。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是；本發(fā)明建立了多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝 置，采集各相繞組電流、各相繞組電壓及各相繞組機(jī)械振動(dòng)參量綜合信息，并通過變壓器繞 組正常及故障不同狀態(tài)特性試驗(yàn)，建立基于電抗信號和振動(dòng)信號的變壓器繞組狀態(tài)雙信息 組合采集裝置；通過對電流、電壓傳感器的誤差分析進(jìn)一步精確定義了在線短路電抗法的 電抗變化闊值，同時(shí)將FFT算法應(yīng)用于繞組機(jī)械振動(dòng)法中提取基頻振動(dòng)變化，進(jìn)一步提高 變壓器繞組診斷方法的智能性及精確性；電氣特性與機(jī)械特性相融合的電力變壓器繞組在 線多信息狀態(tài)診斷方法，將短路電抗法和機(jī)械振動(dòng)法相結(jié)合，來解決當(dāng)今變壓器繞組故障 診斷存在的診斷信號單一化及無法實(shí)時(shí)在線監(jiān)測繞組運(yùn)行狀況等問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本實(shí)施方式中多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖2為本實(shí)施方式中多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置中移相放大電 路的電路圖；
[0030] 圖3為本實(shí)施方式中多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置中信號調(diào)理電 路、A/D轉(zhuǎn)換控制電路及DSP的電路連接圖；
[0031] 圖4為本實(shí)施方式中多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置中DSP、雙口 RAM、MCU和OL邸液晶顯示電路的電路連接圖；
[0032] 圖5為本實(shí)施方式中多信息融合的電力變壓器繞組診斷方法的流程圖；
[0033] 圖6為本實(shí)施方式中多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置中變壓器等效 電路模型。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實(shí)施方式】加W詳細(xì)的說明。
[00巧]多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置，如圖1所示，包括電壓傳感器、電流 傳感器、振動(dòng)加速度傳感器、移相放大電路、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換控制電路、DSP、雙口 RAM 和 MCUo
[0036] 電壓傳感器的輸出端、電流傳感器的輸出端和振動(dòng)加速度傳感器的輸出端分別連 接移相放大電路的輸入端，移相放大電路的輸出端連接信號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理 電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸出端連接DSP的輸 入端，DSP與MCU通過雙口 RAM進(jìn)行連接。
[0037] 電流傳感器和電壓傳感器分別連接變電站的電流互感器二次側(cè)、電壓互感器二次 側(cè)。
[0038] 本實(shí)施方式中，選用型號為SCT254FK的電流傳感器，選用星格公司的型號為 SPT204A的電壓傳感器。
[0039] 振動(dòng)加速度傳感器安裝于電力變壓器H相繞組在油箱側(cè)壁的對應(yīng)位置。
[0040] 本實(shí)施方式中，選用朗斯公司型號為LC0154的振動(dòng)加速度傳感器。
[0041] 如圖2所示，移相放大電路用于將采集的信號進(jìn)行去禪和濾波處理，包括運(yùn)算放 大器、第一電容、第二電容C2、第H電容C3、反饋電阻R、第一滑動(dòng)變阻器r和第二滑動(dòng)變阻器 r'，運(yùn)算放大器的輸入端并聯(lián)兩個(gè)反接的二極管，運(yùn)算放大器的輸出端連接第H電容Cs的 一端，第H電容Cs的另一端接地，運(yùn)算放大器的輸入端還連接第一滑動(dòng)變阻器r的一端，第 一滑動(dòng)變阻器r的另一端連接反饋電阻R的一端，反饋電阻R的另一端連接運(yùn)算放大器的 輸出端，運(yùn)算放大器的輸入端還連接第二滑動(dòng)變阻器r'的一端，第二滑動(dòng)變阻器r'的另 一端連接第一電容Cl的一端，第一電容Cl的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端，運(yùn)算放大器 的輸入端還連接第二電容C,的一端，第二電容C,的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端。電容 C2和Cs選用400至IOOOpF的小電容，用來去禪和濾波。運(yùn)算放大器精度使用0P07系列， 可W較容易達(dá)到較高的精度和較好的穩(wěn)定性。
[0042] 如圖3所示，信號調(diào)理電路用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成全差分輸入信號，包括第一運(yùn) 算放大器、第二運(yùn)算放大器、第一電阻Ri、第二電阻R2、第H電阻Rs、第四電阻R4、第五電阻 Rs和第六電阻Re,第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接第H電阻Rs的一端，第H電阻Rs的另一 端接地，第一運(yùn)算放大器的正輸入端連接第四電阻Ra的一端，第四電阻Ra的另一端連接雙 極性輸入端，第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端還連接第一電阻Ri的一端，第一電阻Ri的另一端 連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一運(yùn)算放大器的正輸入端還連接第二電阻Rs的一端，第 二電阻Rs的另一端連接第二運(yùn)算放大器的輸出端，第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與輸出端短 接，第一運(yùn)算放大器的輸出端連接第五電阻咕的一端，第五電阻咕的另一端連接A/D轉(zhuǎn)換 控制電路的+IN端，第二運(yùn)算放大器的輸出端還連接第六電阻Re的一端，第六電阻Re的另 一端連接A/D轉(zhuǎn)換控制電路的-IN端，第二運(yùn)算放大器的正輸入端連接A/D轉(zhuǎn)換控制電路 的+15V電壓端。
[004引所選用的第H電阻Rs為4kQ，第四電阻Ra為2化0,第五電阻Rs為1.化Q，第六 電阻Re為1.化Q，
[0044] 信號調(diào)理電路的第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器采用運(yùn)算放大芯片0PA227,并 通過電阻Ri、R2使雙極性輸入范圍為±2. 5V，±5V，±10V之間。
[0045] Ri為化Q Rs為化Q時(shí)，雙極性輸入為± lOV，Ri為化Q Ra為1化Q時(shí)，雙極性輸 入為±5V，Ri為4k Q Ra為2化Q時(shí)，雙極性輸入為±2. 5V。
[0046] A/D轉(zhuǎn)換控制電路包括兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片，且兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片級聯(lián)，選用的A/D 轉(zhuǎn)換芯片的型號為ADS8365，
[0047] ADS8364的數(shù)據(jù)讀出方式主要包括直接地址讀方式、循環(huán)讀方式、FIFO讀方式H 種，本實(shí)施方式中選擇直接地址讀方式。
[0048] 每片ADS8364芯片可W實(shí)現(xiàn)六路信號的同步采集，兩片ADS8364可實(shí)現(xiàn)十二路信 號的同步采集，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的功能。
[0049] DSP 的型號為 TMS32CF28335。
[0050] ADS8365 的 A0、AU A2、CS、畑、E0C、化K 端分別連接 TMS32CF28335 的 XA0、XA1、 XA2、CS、RE、XINT1、RWM5 端，ADS8365 的 DO ?D15 端連接 TMS32CF28335 的 DO ?D15 端， ADS8365的BYTE和ADD端接地。
[0051] TMS32CF2833抓SP通過控制A2, Al, AO端口的電平使其為001,010?101，來控制 轉(zhuǎn)換通道CHA0, CHAl?CHCl。當(dāng)六通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)EOC信號來通知DSP轉(zhuǎn) 換結(jié)束，DSP檢測到此信號后將讀信號畑置低，從而將轉(zhuǎn)換后的信號依次讀入DSP中，完成 一組數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[005引如圖4所示，DSP、雙口 RAM、MCU和OL邸液晶顯示電路的電路連接圖， TMS32CF28335DSP 的 R/W、DS、畑、READY 端分別連接雙口 RAM 的 R/W、CE^、OE^、腳SY^ 端， TMS32CF2833抓SP 的 DO ?D7 連接雙口 RAM 的 DO ?D7l，TMS32CF2833抓SP 的 AO ?AlO 連 接雙口 RAM 的 AO ?AlOy 雙口 RAM 的 R/Wk、CEk、OEk、BUSYk 端分別連接 MCU 的 WR、ALE、畑、 畑Y 端，TMS32CF2833抓SP 的 DO ?D7k 端連接雙口 RAM 的 PBO ?PB7 端，TMS32CF28335DSP 與雙口 RAM的連接時(shí)需要對單片機(jī)進(jìn)行總線擴(kuò)展，利用鎖存器的鎖存功能，通過使能控制， 采用I/O 口分時(shí)復(fù)用的方式來實(shí)現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)的讀寫，TMS32CF28335DSP的AO?A7k端通 過鎖存器連接雙口 RAM的PBO?PB7, TMS32CF28335DSP的A8?AIOk端連接雙口 RAM的 PB8 ?PBlO 端。
[0053] DSP與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，為避免對同一地址進(jìn)行寫操作而產(chǎn)生沖突，設(shè)計(jì)中將 CY7C026地址空間分為兩個(gè)區(qū)域，分別分配給DSP和單片機(jī)使用，二者只能在分配給自己的 空間內(nèi)進(jìn)行寫操作，在對方區(qū)域內(nèi)進(jìn)行讀操作，該樣就可W避免沖突產(chǎn)生，提高了數(shù)據(jù)交換 可靠性。
[0054] 本實(shí)施方式中，選用OL邸液晶顯示器作為人機(jī)交互界面，選用集成SSD13050LED 驅(qū)動(dòng)器的VGY12864C顯示模塊，利用OL邸顯示模塊提升了監(jiān)測系統(tǒng)的就地顯示能力，也擴(kuò) 展了其應(yīng)用環(huán)境范圍。MCU可W通過連接OL邸液晶顯示器來顯示，MCU的PC8、PC9、PClO 端分別連接OL邸的DC、WR、畑端，MCU的PCO?PC7端連接OL邸的DBO?DB7端，MCU的 PCll端連接OL邸的CS端，MCU的PC12端連接OLED的RST端。
[00巧]本實(shí)施方式中，選用工業(yè)級的芯片和元件，采用合理PCB布局和制造工藝，W切斷 各種電磁禪合的干擾，盡可能保證整個(gè)系統(tǒng)的高度可靠性，采取了 W下措施：
[0056] (1)隔離和屏蔽措施。輸入、輸出電路通過光禪合器進(jìn)行有效隔離。二次回路布線 時(shí)將強(qiáng)、弱電信號線分開，實(shí)現(xiàn)隔離，避免了回路間相互感應(yīng)和互擾影響，印刷電路板的布 線將信號線與電源線分開、數(shù)字線路與模擬電路分開，起到很好的電路隔離效果。
[0057] 似電源電路的處理。在電源正、負(fù)極間并接大容量的電容，且所有插件和芯片的 電源和地之間都有退禪電容，電源零線采取浮空的方式，可W盡量減少電源線與機(jī)殼之間 的分布電容，避免干擾。
[0058] 采用多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置的電力變壓器繞組診斷方法，女口 圖5所示，包括W下步驟：
[0059] 步驟1 ;電壓傳感器通過變電站的電壓互感器二次側(cè)采集電力變壓器的H相一次 側(cè)電壓信號和H相二次側(cè)電壓信號，電流傳感器通過變電站的電流互感器二次側(cè)采集電力 變壓器的H相一次側(cè)電流信號，振動(dòng)傳感器采集電力變壓器的H相機(jī)械振動(dòng)信號。
[0060] 步驟2 ;移相放大電路將電力變壓器的各相一次側(cè)電壓信號、各相二次側(cè)電壓信 號和各相一次側(cè)電流信號及電力變壓器油箱各相機(jī)械振動(dòng)信號進(jìn)行去禪和濾波處理。
[0061] 步驟3 ;信號調(diào)理電路將去禪和濾波處理后的各相一次側(cè)電壓信號、各相二次側(cè) 電壓信號、各相一次側(cè)電流信號及各相機(jī)械振動(dòng)信號進(jìn)行限幅處理，使其滿足A/D轉(zhuǎn)換控 制電路的輸入范圍。
[0062] 步驟4 ;A/D轉(zhuǎn)換控制電路將限幅處理后的各相一次側(cè)電壓信號、各相二次側(cè)電壓 信號、各相一次側(cè)電流信號及各相機(jī)械振動(dòng)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到各相一次側(cè)電壓數(shù)字 信號、各相二次側(cè)電壓數(shù)字信號、各相一次側(cè)電流數(shù)字信號及各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號。
[0063] 步驟5 =DSP采用短路電抗法和機(jī)械振動(dòng)法對各相一次側(cè)電壓數(shù)字信號、各相二次 側(cè)電壓數(shù)字信號、各相一次側(cè)電流數(shù)字信號及各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號進(jìn)行處理，對電力變 壓器各相繞組進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)故障診斷。
[0064] 步驟5. 1 ;分別計(jì)算各相一次側(cè)電壓數(shù)字信號的相量、相角和有效值、各相二次側(cè) 電壓數(shù)字信號相量、相角和有效值、各相一次側(cè)電流數(shù)字信號相量、相角和有效值。
[0065] 步驟5. 2 ;將各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號通過FFT分解進(jìn)行頻域特征提取，得到各相機(jī) 械振動(dòng)信號的基頻幅值，將各相機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值作為電力變壓器各相繞組的機(jī)械 振動(dòng)特征值。
[0066] 步驟5. 3 ;建立電力變壓器的在線短路電抗模型，將各相一次側(cè)電壓數(shù)字信號、各 相二次側(cè)電壓數(shù)字信號和各一次側(cè)電流數(shù)字信號作為電力變壓器的在線短路電抗模型的 輸入，計(jì)算出電力變壓器各相繞組的短路電抗，將電力變壓器各相繞組的短路電抗作為電 力變壓器各相繞組的電氣特征值。
[0067] 如圖6所示的變壓器等效電路模型變壓器，變壓器短路阻抗是當(dāng)負(fù)載阻抗為零時(shí) 變壓器內(nèi)部的等效阻抗。短路阻抗的電抗分量，即短路電抗，就是繞組的漏電抗。短路電抗 與繞組的相對位置和幾何尺寸有關(guān)，通過監(jiān)測變壓器的短路電抗來檢測繞組的變形情況。 當(dāng)變壓器發(fā)生線圈位移或面間短路時(shí)，漏磁場將發(fā)生強(qiáng)烈的變化。漏磁場的變化直接影 響到繞組漏感的變化，即影響漏電抗的變化，進(jìn)而短路電抗值也就發(fā)生變化。圖中；>1為變 壓器一次側(cè)電壓；為變壓器二次側(cè)電壓；乙為變壓器二次側(cè)電壓在一次側(cè)的折算值； L為變壓器一次側(cè)電流；h為變壓器二次側(cè)電流；h'為變壓器二次側(cè)電流在一次側(cè)的折算 值；}1。為變壓器激磁電流（或空載電流）；Zi、Ri、Xi分別是變壓器一次側(cè)繞組的阻抗、電阻、 電抗；Z2、R2、X2分別是變壓器二次側(cè)繞組的阻抗、電阻、電抗；Z' 2、R' 2、X' 2分別是變壓 器二次側(cè)繞組的阻抗、電阻、電抗在一次側(cè)的折算值；Zi。、Ri。、Xi。分別為激磁阻抗、電阻、電 抗，馬=尺片石，22 =尺2+^疋，21。=而扣'^。，2'2 = 1?'2+巧'2。
[006引由=/iW + + (7^ +推導(dǎo)后獲得變壓器各相繞組的短路電抗 的計(jì)算公式如公式（1)所示：

【權(quán)利要求】
1. 多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置，其特征在于，包括電壓傳感器、電流傳 感器、振動(dòng)加速度傳感器、移相放大電路、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換控制電路、DSP、雙口 RAM 和 MCU ; 電壓傳感器的輸出端、電流傳感器的輸出端和振動(dòng)加速度傳感器的輸出端分別連接移 相放大電路的輸入端，移相放大電路的輸出端連接信號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理電路 的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸出端連接DSP的輸入端， DSP與MCU通過雙口 RAM進(jìn)行連接； 電流傳感器和電壓傳感器分別連接變電站的電流互感器二次側(cè)、電壓互感器二次側(cè)； 振動(dòng)加速度傳感器安裝于電力變壓器三相繞組在油箱側(cè)壁的對應(yīng)位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述的移相放大電路用于將采集的信號進(jìn)行去耦和濾波處理，包括運(yùn)算放大器、第一電容、 第二電容、第三電容、反饋電阻、第一滑動(dòng)變阻器和第二滑動(dòng)變阻器，運(yùn)算放大器的輸入端 并聯(lián)兩個(gè)反接的二極管，運(yùn)算放大器的輸出端連接第三電容的一端，第三電容的另一端接 地，運(yùn)算放大器的輸入端還連接第一滑動(dòng)變阻器的一端，第一滑動(dòng)變阻器的另一端連接反 饋電阻的一端，反饋電阻的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端，運(yùn)算放大器的輸入端還連接 第二滑動(dòng)變阻器的一端，第二滑動(dòng)變阻器的另一端連接第一電容的一端，第一電容的另一 端連接運(yùn)算放大器的輸出端，運(yùn)算放大器的輸入端還連接第二電容的一端，第二電容的另 一端連接運(yùn)算放大器的輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述的信號調(diào)理電路用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成全差分輸入信號，包括第一運(yùn)算放大器、第二 運(yùn)算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第六電阻，第一運(yùn)算放 大器的負(fù)輸入端連接第三電阻的一端，第三電阻的另一端接地，第一運(yùn)算放大器的正輸入 端連接第四電阻的一端，第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端還連接第一電阻的一端，第一電阻的 另一端連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一運(yùn)算放大器的正輸入端還連接第二電阻的一 端，第二電阻的另一端連接第二運(yùn)算放大器的輸出端，第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與輸出 端短接，第一運(yùn)算放大器的輸出端連接第五電阻的一端，第五電阻的另一端連接A/D轉(zhuǎn)換 控制電路的輸入端，第二運(yùn)算放大器的輸出端還連接第六電阻的一端，第六電阻的另一端 連接A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸入端，第二運(yùn)算放大器的正輸入端連接A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸 入端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述的A/D轉(zhuǎn)換控制電路包括兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片，且兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片級聯(lián)。
5. 采用權(quán)利要求1所述的多信息融合的電力變壓器繞組在線監(jiān)測裝置的電力變壓器 繞組診斷方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :電壓傳感器通過變電站的電壓互感器二次側(cè)采集電力變壓器的三相一次側(cè)電 壓信號和三相二次側(cè)電壓信號，電流傳感器通過變電站的電流互感器二次側(cè)采集電力變壓 器的三相一次側(cè)電流信號，振動(dòng)傳感器米集電力變壓器的三相機(jī)械振動(dòng)信號； 步驟2 :移相放大電路將電力變壓器的各相一次側(cè)電壓信號、各相二次側(cè)電壓信號和 各相一次側(cè)電流信號及電力變壓器油箱各相機(jī)械振動(dòng)信號進(jìn)行去耦和濾波處理； 步驟3 :信號調(diào)理電路將去耦和濾波處理后的各相一次側(cè)電壓信號、各相二次側(cè)電壓 信號、各相一次側(cè)電流信號及各相機(jī)械振動(dòng)信號進(jìn)行限幅處理，使其滿足A/D轉(zhuǎn)換控制電 路的輸入范圍； 步驟4 :A/D轉(zhuǎn)換控制電路將限幅處理后的各相一次側(cè)電壓信號、各相二次側(cè)電壓信 號、各相一次側(cè)電流信號及各相機(jī)械振動(dòng)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到各相一次側(cè)電壓數(shù)字信 號、各相二次側(cè)電壓數(shù)字信號、各相一次側(cè)電流數(shù)字信號及各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號； 步驟5 :DSP采用短路電抗法和機(jī)械振動(dòng)法對各相一次側(cè)電壓數(shù)字信號、各相二次側(cè)電 壓數(shù)字信號、各相一次側(cè)電流數(shù)字信號及各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號進(jìn)行處理，對電力變壓器 各相繞組進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)故障診斷； 步驟5. 1 :分別計(jì)算各相一次側(cè)電壓數(shù)字信號的相量、相角和有效值、各相二次側(cè)電壓 數(shù)字信號相量、相角和有效值、各相一次側(cè)電流數(shù)字信號相量、相角和有效值； 步驟5. 2 :將各相機(jī)械振動(dòng)數(shù)字信號通過FFT分解進(jìn)行頻域特征提取，得到各相機(jī)械振 動(dòng)信號的基頻幅值，將各相機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值作為電力變壓器各相繞組的機(jī)械振動(dòng) 特征值； 步驟5. 3 :建立電力變壓器的在線短路電抗模型，將各相一次側(cè)電壓數(shù)字信號、各相二 次側(cè)電壓數(shù)字信號和各一次側(cè)電流數(shù)字信號作為電力變壓器的在線短路電抗模型的輸入， 計(jì)算出電力變壓器各相繞組的短路電抗，將電力變壓器各相繞組的短路電抗作為電力變壓 器各相繞組的電氣特征值； 步驟5. 4 :計(jì)算電力變壓器各相繞組的短路電抗與歷史無故障的電力變壓器各相繞組 的短路電抗的電抗變化率； 步驟5.5 :設(shè)定電抗變化率的上限閾值和電抗變化率的下限閾值，若得到的電力變壓 器繞組的電抗變化率大于電抗變化率上限閾值，則判定電力變壓器的該相繞組存在機(jī)械振 動(dòng)故障，執(zhí)行步驟6,若得到的電力變壓器繞組的電抗變化率大于電抗變化率下限閾值且小 于電抗變化率上限閾值，則執(zhí)行步驟5. 6,若得到的電力變壓器繞組的電抗變化率小于電抗 變化率下限閾值，則判定電力變壓器的該相繞組正常，執(zhí)行步驟6 ; 步驟5. 6 :將電力變壓器繞組的各相電流有效值與其對應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值 進(jìn)行擬合，將得到的各相電流有效值與其對應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值擬合結(jié)果與歷史 無故障的電力變壓器繞組的該相電流有效值與其對應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)信號的基頻幅值擬合結(jié) 果進(jìn)行匹配，判斷匹配結(jié)果存在的誤差是否在誤差允許范圍內(nèi)，若是，則判定電力變壓器的 該相繞組正常，否則，則判定電力變壓器的該相繞組存在機(jī)械振動(dòng)故障； 步驟6 :MUC將電力變壓器的各相繞組的判定結(jié)果通過顯示屏進(jìn)行顯示，判定結(jié)果包 括：繞組正常、A相繞組機(jī)械振動(dòng)故障、B相繞組機(jī)械振動(dòng)故障、C相繞組機(jī)械振動(dòng)故障和三 相繞組機(jī)械振動(dòng)故障。
【文檔編號】G01M13/00GK104237705SQ201410526010
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】張彬, 徐建源, 林莘, 王奕飛 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)