一種變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型實施例公開了一種變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，信號控制與分析顯示終端控制信號發(fā)生器發(fā)出一定幅值和頻率的白噪聲，所述白噪聲通過功率放大器和激振器注入待測變壓器上；振動傳感器采集所述待測變壓器繞組的振動信號，并將所述振動信號發(fā)送回所述信號控制與分析顯示終端，所述信號控制與分析顯示終端可對信號發(fā)生器發(fā)出的白噪聲信號幅值和頻率進行設(shè)定，并使用模態(tài)識別法對所述振動信號進行計算處理，最終計算出所述待測變壓器繞組的固有頻率和阻尼比等模態(tài)參數(shù)。從上述檢測過程中，所述變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)具有很好的可操作性，易于實施，能夠高效且準確地計算得出變壓器的模態(tài)參數(shù)。
【專利說明】
一種變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及信號檢測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測 試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器是電力系統(tǒng)各種設(shè)備中最重要且貴重的關(guān)鍵設(shè)備之一，其運行的穩(wěn)定 性對電網(wǎng)的安全可靠運行影響重大。變壓器在長期連續(xù)運行過程中，不可避免地會發(fā)生各 種形式的故障。除了會可能導致大面積停電外，還會有較高的檢修費用，直接和間接經(jīng)濟損 失巨大。此外，變壓器出口短路形成的沖擊電流所產(chǎn)生的巨大電磁作用力，會對變壓器繞組 的機械強度和動穩(wěn)定性構(gòu)成嚴重威脅。若不及時對故障變壓器進行維修，不僅會損害變壓 器，更會對電網(wǎng)的正常運行造成影響，甚至導致電力系統(tǒng)崩潰。
[0003] 變壓器突發(fā)短路故障時，其繞組內(nèi)會流過較大短路電流，在漏磁場的作用下對繞 組產(chǎn)生較大電動力，進而導致繞組發(fā)生松動或變形?，F(xiàn)有研究表明，變壓器繞組變形具有累 積效應(yīng)，若不及時發(fā)現(xiàn)并修復松動或輕微變形故障，則當繞組松動或變形積累到一定程度 后，會使變壓器的抗短路能力大幅下降，較易引發(fā)重大事故。同時，繞組的松動或變形還會 導致線圈內(nèi)部局部絕緣距離發(fā)生變化，使局部出現(xiàn)絕緣薄弱點。當遇到過電壓時，繞組可能 發(fā)生餅間或匝間短路，或者由于局部場強增大而引起局部放電，隨著絕緣損傷部位的逐漸 擴大，最終導致變壓器發(fā)生絕緣擊穿事故，進而進一步擴大事態(tài)。因此，在運行過程中，當變 壓器經(jīng)歷了外部短路事故或進行常規(guī)檢修時，如何有效診斷變壓器繞組是否存在松動或變 形，進而判斷變壓器是否需要進行檢修處理是保障變壓器安全運行的重要措施。
[0004] 目前，主要通過固有頻率(特征值)和阻尼比等模態(tài)參數(shù)來描述變壓器繞組機械振 動特性，變壓器繞組的松動、變形或振動加劇等現(xiàn)象均意味著繞組機械動力性特性的變化， 從而可以反應(yīng)在所述模態(tài)參數(shù)的變化上。因此，準確獲取變壓器繞組的模態(tài)參數(shù)(固有頻率 和阻尼比），使其遠離激勵頻率對變壓器的設(shè)計與制造意義重大，如何準確獲取所述模態(tài)參 數(shù)一直是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型實施例中提供了一種變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù) 中的變壓器繞組模態(tài)參數(shù)難以準確獲取的問題。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型實施例公開了如下技術(shù)方案：
[0007] 本實用新型實施例公開了一種變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，包括：
[0008] 設(shè)置于待測變壓器上的振動傳感器；
[0009]與所述振動傳感器相連接的信號采集模塊；
[0010]與所述信號采集模塊相連接的信號控制與分析顯示終端；
[0011]與所述信號控制與分析顯示終端相連接的信號發(fā)生器；
[0012]與所述信號發(fā)生器相連接的功率放大器；
[0013] 與所述功率放大器、所述信號采集模塊以及所述待測變壓器均相連接的激振器。
[0014] 優(yōu)選地，所述信號采集模塊還包括通信模組和信號調(diào)理模塊，其中：
[0015] 所述通信模組與所述信號控制與分析顯示終端相連接；
[0016] 所述信號調(diào)理模塊與所述振動傳感器相連接，并通過所述通信模組連接至所述信 號控制與分析顯示終端、并通信。
[0017] 優(yōu)選地，所述信號調(diào)理模塊包括濾波器和放大器，其中：
[0018] 所述濾波器的一端與所述振動傳感器相連接、另一端與所述放大器相連接；
[0019] 所述放大器的一端與所述濾波器相連接、另一端通過所述通信模組連接至所述信 號控制與分析顯示終端、并通信。
[0020] 優(yōu)選地，所述信號采集模塊通過以太網(wǎng)連接所述信號控制與分析顯示終端。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述振動傳感器為振動加速度傳感器。
[0022] 優(yōu)選地，所述信號控制與分析顯示終端包括信號控制分析處理器、存儲器和顯示 器，其中：
[0023]所述顯示器與所述存儲器均與所述信號控制分析處理器相連接；
[0024]所述存儲器為保存振動頻響曲線以及模態(tài)參數(shù)結(jié)果的存儲器；
[0025]所述信號控制分析處理器與所述信號采集模塊和所述信號發(fā)生器均相連接。
[0026] 由以上技術(shù)方案可見，本實用新型實施例提供的變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)， 通過信號控制與分析顯示終端控制信號發(fā)生器發(fā)出一定幅值和頻率的白噪聲，所述白噪聲 通過功率放大器和激振器注入待測變壓器1上;振動傳感器采集所述待測變壓器繞組的振 動信號，并將所述振動信號發(fā)送回所述信號控制與分析顯示終端，所述信號控制與分析顯 示終端使用模態(tài)識別法對所述振動信號進行計算處理，最終計算出所述待測變壓器繞組的 固有頻率和阻尼比等模態(tài)參數(shù)。從上述檢測過程中，所述變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)具 有很好的可操作性，易于實施，能夠高效且準確地計算得出變壓器的模態(tài)參數(shù)。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028] 圖1為本實用新型實施例提供的一種變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0029] 圖2為本實用新型實施例提供的一種信號采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3為本實用新型實施例提供的一種信號控制與分析顯示終端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ] 圖卜3中，符號表不為：
[0032] 1-待測變壓器，2-振動傳感器，3-信號采集模塊，31-通信模組，32-信號調(diào)理模塊， 321-濾波器，322-放大器，4-信號控制與分析顯示終端，41-信號控制分析處理器，42-存儲 器，43-顯示器，5-信號發(fā)生器，6-功率放大器，7-激振器。
【具體實施方式】
[0033]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實 用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然， 所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦?中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都應(yīng)當屬于本實用新型保護的范圍。
[0034] 參見圖1，為本實用新型實施例提供的一種變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖，所述檢測系統(tǒng)包括振動傳感器2、信號采集模塊3、信號控制與分析顯示終端4、信號 發(fā)生器5、功率放大器6和激振器7。
[0035] 其中，振動傳感器2設(shè)置于待測變壓器1上，以采集所述待測變壓器1的振動信號。 所述振動傳感器2選用振動加速度傳感器，在本實用新型實施例中，所述變壓器繞組模態(tài)參 數(shù)測試系統(tǒng)包括20個振動傳感器。
[0036] 所述信號采集模塊3與所述振動傳感器2相連接，用于接收所述振動傳感器2采集 到的振動信號，并將所述振動信號發(fā)送至所述信號控制與分析顯示終端。在本實用新型實 施例中，如圖2所示，為本實用新型實施例提供的一種信號采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，所述信 號采集模塊3包括通信模組31和信號調(diào)理模塊32,其中所述信號調(diào)理模塊32包括濾波器321 和放大器322。所述通信模組31包括以太網(wǎng)通信模組，所述信號采集模塊3通過以太網(wǎng)連接 所述信號控制與分析顯示終端4;所述濾波器321的一端與所述振動傳感器2相連接、另一端 與所述放大器322相連接，對所述振動信號進行抗混疊濾波;所述濾波器321將濾波后的振 動信號傳送至所述放大器322,所述放大器322的一端與所述濾波器321相連接、另一端通過 所述通信模組31連接至所述信號控制與分析顯示終端4,所述放大器322與所述信號控制與 分析顯示終端4通信，將放大后的振動信號發(fā)送至所述信號控制與分析顯示終端4。
[0037]所述信號控制與分析顯示終端4與信號采集模塊3相連接，接收來自所述信號采集 模塊3的振動信號，并向所述信號發(fā)生器5發(fā)出控制信號，控制所述信號發(fā)生器5輸出白噪 聲。在本實用新型實施例中，參見圖3,為本實用新型實施例提供的一種信號控制與分析顯 示終端的結(jié)構(gòu)示意圖，所述信號控制與分析顯示終端4包括信號控制分析處理器41、存儲器 42和顯示器43;其中，所述顯示器43和所述存儲器42與所述信號控制分析處理器41均相連 接，所述顯示器43用于顯示所述信號控制分析處理器41的信號和數(shù)據(jù)處理結(jié)果，例如振動 頻響曲線等;所述存儲器42用于所述信號控制分析處理器41分析計算得到的振動頻響曲線 和變壓器繞組的模態(tài)結(jié)果等，并建立所述振動頻響曲線和模態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，方便技術(shù)人員 分析和查看;所述信號分析控制處理器41與所述信號采集模塊3和所述信號發(fā)生器5均相連 接，所述信號分析控制處理器41利用所述信號采集模塊3發(fā)送來的信號和數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分 析和計算得到所述變壓器繞組的模態(tài)結(jié)果，所述信號控制分析處理器還用于箱所述信號發(fā) 生器5發(fā)出控制信號，控制所述信號發(fā)生器發(fā)出白噪聲。
[0038]所述信號發(fā)生器5與所述信號控制與分析終端4相連接，接收來自所述信號控制與 分析終端4的控制信號，并根據(jù)所述控制信號發(fā)出一定幅值和頻譜的白噪聲信號，所述白噪 聲信號的幅值和頻譜根據(jù)所述變壓器繞組的機械動力特性確定，保證可以獲得信噪比好的 變壓器繞組振動頻響曲線;所述功率放大器6與所述信號發(fā)生器5相連接，對所述白噪聲信 號進行功率放大;所述激振器7與所述功率放大器6相連接，接收經(jīng)所述功率放大器6放大后 的白噪聲信號，所述激振器與所述待測變壓器1相連接，具體地可以通過頂桿置于所述待測 變壓器1的上方，將所述白噪聲信號作為激勵施加在所述待測變壓器1的繞組上;另外，所述 激振器7還與所述信號采集模塊3相連接，通過所述信號采集模塊3將所述白噪聲信號傳輸 至所述信號控制與分析顯示終端4,進行信號和數(shù)據(jù)處理。
[0039]在本實用新型實施例中，所述信號控制與分析顯示終端4根據(jù)所述振動傳感器2得 到的振動信號使用模態(tài)參數(shù)識別方法計算待測變壓器1繞組的模態(tài)參數(shù)。具體地，所述信號 控制與分析顯示終端4將20個振動傳感器2采集得到的振動信號表示為矩陣形式，記為矩陣 X，并設(shè)定模態(tài)參數(shù)識別結(jié)束閾值ε，本實用新型將所述待測變壓器1的繞組視為一個機械系 統(tǒng)，通常所述繞組具有若干階固有頻率，但結(jié)合變壓器的工作狀態(tài)，技術(shù)人員可能直觀前其 前3階或前4階固有頻率，因此，通過設(shè)定所述模態(tài)參數(shù)識別結(jié)束閾值ε可以獲得需要階數(shù)的 固有頻率。其中所述矩陣X可以表示為如下形式：
[0040] X(t) = [xi(t) X2(t)…XM(t)]
[0041] 其中，Μ為所述矩陣X的列數(shù)。進一步，計算所述矩陣X的自相關(guān)矩陣C，所述自相關(guān) 矩陣C的計算公式為：
[0042] C = E[XXT]
[0043] 計算所述自相關(guān)矩陣C的特征值\(1 = 1，2, . . .，N)及與所述特征值相對應(yīng)的特征 向量Vi(i = l，2, . . .，N)，并將所述特征值按降序排列，使得λ0λ2彡…λ?彡…AN(i = l，2，···， N)〇
[0044] 計算所述自相關(guān)矩陣C的第i個特征值的方差貢獻率，所述方差貢獻率的計算公式 為：
[0045]
[0046] 計算所述自相關(guān)矩陣C的前k個特征值的累計方差貢獻率，所述累計方差貢獻率的 計算公式為：
[0047]
[0048] 對數(shù)值超過所述模態(tài)參數(shù)識別結(jié)束閾值ε的Ak所對應(yīng)的k值進行比較，所述模態(tài)參 數(shù)識別結(jié)束閾值ε的大小在本實用新型實施例中不做限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)置所述 模態(tài)參數(shù)識別結(jié)束閾值ε為任意值，記其中的最小值為1，這1個特征向量的是實部和虛部分 別為〇i(i-l，2，~，l)和《^(1-1，2，一，1)，在本實用新型實施例中，所述1的值為4。其中， ? dl為待測變壓器1繞組的固有頻率，阻尼比的計算公式如下所示：
[0049]
[0050] 如表一所示，本實用新型實施例的變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)對一 10kV變壓器 進行檢測，獲得了所述變壓器的4階固有頻率和阻尼比。
[0051] 表一：
[0052]
[0053]由上述實施例可見，所述變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，所述信號控制與分析顯 示終端4,控制所述信號發(fā)生器5發(fā)出一定幅值和頻率的白噪聲，所述白噪聲通過功率放大 器6和激振器7注入待測變壓器1上;所述振動傳感器2采集所述待測變壓器1繞組的振動信 號，并將所述振動信號發(fā)送回所述信號控制與分析顯示終端4,所述信號控制與分析顯示終 端4使用模態(tài)識別法對所述振動信號進行計算處理，最終計算出所述待測變壓器1繞組的固 有頻率和阻尼比等模態(tài)參數(shù)。從上述檢測過程中，所述變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)具有 很好的可操作性，易于實施，能夠高效且準確地計算得出變壓器的模態(tài)參數(shù)。
[0054]本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部 分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置或 系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法 實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，其中所述作為 分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或 者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿?據(jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。
[0055]以上所述僅是本實用新型的【具體實施方式】，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本 實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所 定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。 因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原 理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，包括： 設(shè)置于待測變壓器（1)上的振動傳感器(2); 與所述振動傳感器(2)相連接的信號采集模塊(3); 與所述信號采集模塊(3)相連接的信號控制與分析顯示終端(4); 與所述信號控制與分析顯示終端(4)相連接的信號發(fā)生器(5); 與所述信號發(fā)生器(5)相連接的功率放大器(6); 與所述功率放大器(6)、所述信號采集模塊(3)以及所述待測變壓器（1)均相連接的激 振器(7)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集模 塊(3)還包括通信模組(31)和信號調(diào)理模塊(32)，其中： 所述通信模組(31)與所述信號控制與分析顯示終端(4)相連接； 所述信號調(diào)理模塊(32)與所述振動傳感器（2)相連接，并通過所述通信模組（31)連接 至所述信號控制與分析顯示終端(4)、并通信。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述信號調(diào)理模 塊(32)包括濾波器(321)和放大器(322)，其中： 所述濾波器(321)的一端與所述振動傳感器(2)相連接、另一端與所述放大器(322)相 連接； 所述放大器(322)的一端與所述濾波器(321)相連接、另一端通過所述通信模組(31)與 所述信號控制與分析顯示終端(4)連接并通信。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集模 塊(3)通過以太網(wǎng)連接所述信號控制與分析顯示終端(4)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述振動傳感器 (2)為振動加速度傳感器。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器繞組模態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述信號控制與 分析顯示終端(4)包括信號控制分析處理器(41)、存儲器(42)和顯示器(43)，其中： 所述顯示器(43)與所述存儲器(42)均與所述信號控制分析處理器(41)相連接； 所述存儲器(42)為保存振動頻響曲線以及模態(tài)參數(shù)結(jié)果的存儲器； 所述信號控制分析處理器(41)與所述信號采集模塊(3)和所述信號發(fā)生器(5)均相連 接。
【文檔編號】G01R31/00GK205608102SQ201620086837
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年1月28日
【發(fā)明人】錢國超, 于虹, 王豐華
【申請人】云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院, 上海交通大學