CN112327221A - 变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置，包括数据采集模块、数据传输模块和数据分析模块，数据采集模块通过线缆及航空插头与数据传输模块上，数据传输模块通过RS232线缆及接头与数据分析模块连接；数据采集模块包括三个电流传感器和三个A/D采集器，三个电流传感器分别将主变铁芯地线、夹件地线、主变中性点或外壳地线穿入传感器铁心内作为一次侧，二次侧分别与三个A/D采集器连接；数据传输模块包括控制单元、运算单元和通讯管理单元，数据分析模块包括中央处理器、通讯管理、设备参数管理、波形回放、DFT/FFT/幅频波形分析、数据存储、显示器和上位机接口。本发明能够带电检测变压器铁芯、夹件多点接地故障。
Description
技术领域
本发明涉及变压器绝缘在线监测技术，特别涉及一种变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置。
背景技术
电力变压器是电力系统中重要的电气设备之一，承担着不同电压等级电网的互联以及功率交换的枢纽作用，其安全稳定运行直接关系到电力系统的安全与稳定，变压器一旦发生故障导致停电，将造成巨大的经济损失和社会影响；主变铁芯、夹件多点接地，是近年来变压器事故多发原因之一；据统计数据表明，铁芯、夹件多点接地造成的故障占变压器总事故中的第三位；由此可见，变压器铁芯、夹件多点接地故障不可忽视。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够带电检测变压器铁芯、夹件多点接地故障的变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置，包括数据采集模块、数据传输模块和数据分析模块，所述数据采集模块将电流传感器采集到的数据通过线缆及航空插头传输到所述数据传输模块上，所述数据传输模块通过RS232线缆及接头将数据传输到所述数据分析模块上并进行存储管理和实时显示；所述数据采集模块由三个电流传感器和三个A/D采集器组成，三个所述三个电流传感器分别将主变铁芯地线、夹件地线、主变中性点或外壳地线穿入传感器铁心内作为一次侧，二次侧分别与三个所述A/D采集器连接，用于将主变铁芯接地线、夹件接地线、中性点或外壳接地线流过的三路交流电流模拟信号转换成数字信号；所述数据传输模块包括控制单元、运算单元和通讯管理单元，所述运算单元和通讯管理单元均与所述控制单元连接，所述运算单元采用FPGA运算，用于高速接收三路所述数据采集模块中经过所述三个所述A/D采集器同步采集变换后传输过来的数据，所述通讯管理单元采用RS232通讯芯片，用于将数据流传输协议转换成RS232后与所述数据分析模块连接，将数据流传输协议转换成RS232，是便于长距离稳定传输，所述控制单元采用32位STM32单片机，用于调控所述A/D采集器、运算单元和通讯管理单元的工作流程；所述数据分析模块包括中央处理器、通讯管理、设备参数管理、波形回放、DFT/FFT/幅频波形分析、数据存储、显示器和上位机接口，所述中央处理器用于协调整个所述数据分析模块各个单元工作时序，并将数据结果输送到所述显示器进行实时显示，所述通讯管理用于接收所述数据传输模块上传数据及通过所述上位机接口与其他主机传输数据，所述设备参数管理用于设置模拟信号采样频率、量程、注意值和信号阈值参数，所述波形回放用于将存储的历史数据进行波形显示，所述DFT/FFT/幅频波形分析用于对数据进行实时变换分析，所述数据存储用于将数据批量存储在所述中央处理器连接的硬盘中，所述上位机接口用于本机与上位机进行通信。
所述电流传感器采用坡莫合金为磁性材料制作的宽频钳式电流传感器，宽频频率为50Hz-100KHz，所述电流传感器在主变铁芯地线、夹件地线和中性点或外壳地线上获取被测电流波形信号；所述A/D采集器采用4路14位40MSPs高速交流采集芯片，带电测量电流幅值和被测波形，且三路A/D采集器同步采样，排除铁磁式、铁氧体式磁芯对不同频段限制和传感器固有特性的影响。最大可测量100KHz信号。
所述控制单元采用32位STM32单片机，用于调控所述A/D采集器、运算单元和通讯管理单元的工作流程，控制内容有采集频率、多路采集及采集方式、波形采集精度的设定以及选择波形采集所需点数。
所述电流传感器将收集到的数据通过信号按比例放大后，输出接A/D采集器的输入，A/D采集器的控制端和输出端，分别接所述单片机输入端，由所述单片机控制A/D采集器的工作，所述单片机接收波形数据并缓存，缓存后由通讯管理单元将所采集的数据上传到所述数据分析模块上的中央处理器上。
依据被测主变结构和设备参数，通过各次电流谐波幅值变化、波形特征分析，为主变运行状态综合评价提供新的手段和方法；使用模拟仿真的方法，研究使用等效模拟、仿真实验等方法，建立故障类型、缺陷部位的铁芯、夹件电流波形参数库，与建立的主变铁芯、夹件故障类型、缺陷部位的电流波形参数库进行比对，对运行变压器铁芯、夹件绝缘缺陷类型和部位快速诊断，通过被测波形高层分析，掌握变压器铁芯、夹件绝缘早期缺陷及发展过程等信息，为快速诊断变压器铁芯故障及部位提供新手段，达到有的放矢的消缺。
本发明的积极有益效果是：
本发明中在主变铁芯地线、夹件地线和中性点或外壳地线上设置电流传感器，在不改变原设备接线的状态下，以变压器铁芯接地电流作为信号源，电流波形信号获取使用接地线上采用宽频电流互感器取样技术，通过三路40MHz高速交流采集模块，带电测量主变铁芯、夹件和中性点或外壳实时电流值和被测波形，试验电压为设备运行电压，综合诊断变压器运行状态及缺陷情况，积累运行状态参数，为故障判断、停电检修提供依据，通过被测波形具体分析，掌握变压器铁芯绝缘早期缺陷及发展过程等信息，为快速诊断变压器铁芯故障及部位提供具体数据，达到有的放矢的消缺。
附图说明
图1是本发明变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施例对本发明作进一步的解释和说明：
实施例：一种变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置，包括数据采集模块、数据传输模块和数据分析模块，数据采集模块将电流传感器采集到的数据通过线缆及航空插头传输到数据传输模块上，数据传输模块通过RS232线缆及接头将数据传输到数据分析模块上并进行存储管理和实时显示；数据采集模块由三个电流传感器和三个A/D采集器组成，三个所述三个电流传感器分别将主变铁芯地线、夹件地线、主变中性点或外壳地线穿入传感器铁心内作为一次侧，二次侧分别与三个所述A/D采集器连接，用于将主变铁芯接地线、夹件接地线、中性点或外壳接地线流过的三路交流电流模拟信号转换成数字信号；数据传输模块包括控制单元、运算单元和通讯管理单元，运算单元和通讯管理单元均与控制单元连接，运算单元采用FPGA运算，用于高速接收三路数据采集模块中经过三个A/D采集器同步采集变换后传输过来的数据，通讯管理单元采用RS232通讯芯片，用于将数据流传输协议转换成RS232后与数据分析模块连接，将数据流传输协议转换成RS232，是便于长距离稳定传输，控制单元采用32位STM32单片机，用于调控A/D采集器、运算单元和通讯管理单元的工作流程；数据分析模块包括中央处理器、通讯管理、设备参数管理、波形回放、DFT/FFT/幅频波形分析、数据存储、显示器和上位机接口，中央处理器用于协调整个数据分析模块各个单元工作时序，并将数据结果输送到显示器进行实时显示，通讯管理用于接收数据传输模块上传数据及通过上位机接口与其他主机传输数据，设备参数管理用于设置模拟信号采样频率、量程、注意值和信号阈值参数，波形回放用于将存储的历史数据进行波形显示，DFT/FFT/幅频波形分析用于对数据进行实时变换分析，数据存储用于将数据批量存储在中央处理器连接的硬盘中，上位机接口用于本机与上位机进行通信。
电流传感器采用坡莫合金为磁性材料制作的宽频钳式电流传感器，宽频频率为50Hz-100KHz，电流传感器在主变铁芯地线、夹件地线和中性点或外壳地线上获取被测小电流波形信号；A/D采集器采用4路14位40MSPs高速交流采集芯片，带电测量电流幅值和被测波形，且三路A/D采集器同步采样，排除铁磁式、铁氧体式磁芯对不同频段限制和传感器固有特性的影响。最大可测量100KHz信号。
控制单元采用32位STM32单片机，用于调控A/D采集器、运算单元和通讯管理单元的工作流程，控制内容有采集频率、多路采集及采集方式、波形采集精度的设定以及选择波形采集所需点数。
电流传感器将收集到的数据通过信号按比例放大后，输出接A/D采集器的输入，A/D采集器的控制端和输出端，分别接单片机输入端，由单片机控制A/D采集器的工作，单片机接收波形数据并缓存，缓存后由通讯管理单元将所采集的数据上传到数据分析模块上的中央处理器上。
本装置在主变铁芯、夹件地线上，不改变原设备接线的状态下，以变压器铁芯接地电流作为信号源，电流波形信号获取采用宽频（50Hz-100KHz）技术，通过多路40MSPs高速交流采集，带电测量电流值和被测波形，试验电压为设备运行电压，电流采集组件（3路，其中1路备用，可用于中性点或外壳接地电流测试），获取宽频带电流信号，获取宽频带电流信号主要是在主变铁芯、夹件地线上，采用坡莫合金为磁性材料制作的宽频钳式电流传感器，在变压器铁芯、夹件接地线上获取被测电流波形信号，通过3路40MSPs高速交流采集，带电测量电流值和被测波形，排除铁磁式、铁氧体式磁芯对不同频段限制和传感器固有特性的影响，最大可测量100KHz信号；电流采集组件通过信号按比例放大后，输出接A/D采集器的输入， A/D采集器的控制端和输出端，分别接单片机输入端，由单片机控制A/D采集器工作，控制内容：采集频率、多路采集及采集方式（同步或单路等可设定）；波形采集精度的设定：选择波形采集所需点数等。
单片机通过接收到的波形数据、缓存、通讯控制等，由通讯部件，将所采集的数据上传到测试主机，测试主机通过分析软件将所采集的主变铁芯、夹件接地电流波形（备用1路可用于中性点或本体外壳接地电流测试）、原始波形回放、傅里叶、小波变换等算法，对特征波形进行分析等工作。
使用前，连接装置接线，其中数据采集模块通过线缆及航空插头与数据处理模块相连，数据处理模块通过RS232线缆及接头与数据分析模块相连，使用时，首先将数据采集模块的钳形电流表钳至主变铁芯、夹件等接地线，通过A/D转换，将电流模拟信号转换为电流数字信号，使钳形电流表与主变铁芯、夹件呈垂直状态；数据采集模块将采集到的电流数字信号通过线缆传输至通信传输模块，通信传输模块将数据进行本地存储后，转换通信协议，将数据通过RS232串口协议形式传输至数据分析模块。
数据分析模块对接收的实时数据进行傅里叶变换、小波变换等处理，自动分析数据异常并提供其他检测手段及相应检修方法建议，同时数据分析模块对数据进行存储管理和实时显示。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (5)
1.一种变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置，包括数据采集模块、数据传输模块和数据分析模块，所述数据采集模块将采集到的数据通过线缆及航空插头传输到所述数据传输模块上，所述数据传输模块通过RS232线缆及接头将数据传输到所述数据分析模块上并进行存储管理和实时显示；其特征是：所述数据采集模块包括三个电流传感器和三个A/D采集器，三个电流传感器分别将主变铁芯地线、夹件地线、主变中性点或外壳地线穿入传感器铁心内作为一次侧，二次侧分别与三个A/D采集器连接；所述数据传输模块包括控制单元、运算单元和通讯管理单元，所述运算单元和通讯管理单元均与所述控制单元连接，所述运算单元采用FPGA运算，用于高速接收三路所述数据采集模块中经过所述三个所述A/D采集器同步采集变换后传输过来的数据，所述通讯管理单元采用RS232通讯芯片，用于将数据流传输协议转换成RS232后与所述数据分析模块连接，所述控制单元采用32位STM32单片机，用于调控所述A/D采集器、运算单元和通讯管理单元的工作流程；所述数据分析模块包括中央处理器、通讯管理、设备参数管理、波形回放、DFT/FFT/幅频波形分析、数据存储、显示器和上位机接口，所述中央处理器用于协调整个所述数据分析模块各个单元工作时序，并将数据结果输送到所述显示器进行实时显示，所述通讯管理用于接收所述数据传输模块上传数据及通过所述上位机接口与其他主机传输数据，所述设备参数管理用于设置模拟信号采样频率、量程、注意值和信号阈值参数，所述波形回放用于将存储的历史数据进行波形显示，所述DFT/FFT/幅频波形分析用于对数据进行实时变换分析，所述数据存储用于将数据批量存储在所述中央处理器连接的硬盘中，所述上位机接口用于本机与上位机进行通信。
2.根据权利要求1所述的变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置，其特征是：所述电流传感器采用坡莫合金为磁性材料制作的宽频钳式电流传感器，宽频频率为50Hz-100KHz，所述电流传感器在主变铁芯地线、夹件地线和中性点或外壳地线上获取被测小电流波形信号；所述A/D采集器采用4路14位40MSPs高速交流采集芯片，带电测量电流幅值和被测波形，且三路A/D采集器同步采样。
3.根据权利要求1所述的变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置，其特征是：所述控制单元采用32位STM32单片机，用于调控所述A/D采集器、运算单元和通讯管理单元的工作流程，控制内容有采集频率、多路采集及采集方式、波形采集精度的设定以及选择波形采集所需点数。
4.根据权利要求3所述的变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置，其特征是：所述电流传感器将收集到的数据通过信号按比例放大后，输出接A/D采集器的输入， A/D采集器的控制端和输出端，分别接所述单片机输入端，由所述单片机控制A/D采集器的工作，所述单片机接收波形数据并缓存，缓存后由通讯管理单元将所采集的数据上传到所述数据分析模块上的中央处理器上。
5.根据权利要求1所述的变压器内部绝缘缺陷带电诊断装置，其特征是：所述数据分析模块依据被测主变结构和设备参数，通过各次电流谐波幅值变化、波形特征分析，使用模拟仿真的方法，研究使用等效模拟和仿真实验方法，建立故障类型、缺陷部位的铁芯、夹件电流波形参数库，与预先建立的主变铁芯、夹件故障类型、缺陷部位的电流波形参数库进行比对，对运行变压器铁芯绝缘缺陷类型和部位快速诊断。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117538632A (zh) * | 2023-08-08 | 2024-02-09 | 沈阳工业大学 | 换流变压器接地故障诊断装置及方法 |
| CN118425839A (zh) * | 2024-04-29 | 2024-08-02 | 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 | 一种变压器铁心及夹件状态监测方法、介质及系统 |
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2020
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